Bagaimana Pesawat Udara Bisa Terbang - Seri Tulisan Dinamika Terbang I

Secara kodrati manusia diciptakan untuk hidup di darat. Manusia tidak memiliki alat gerak yang bisa digunakan untuk terbang. Namun, burung-burung yang dapat terbang bebas di angkasa telah memberi inspirasi bagi manusia untuk menjelajah lebih jauh dari habitatnya. Kemampuan untuk terbang bebas di angkasa menjadi suatu simbol kebebasan dan lepas dari belenggu gravitasi.

Pada awalnya manusia menganggap bahwa untuk bisa terbang maka kita harus melakukannya sebagaimana burung terbang. Dan satu-satunya cara adalah dengan mengepakkan sayap seperti halnya burung. Atas dasar itu lah kemudian bermunculan para peloncat-peloncat menara dengan desain sayap yang mereka ciptakan sendiri. Mereka tidak hanya satu, tapi puluhan, dengan satu mimpi yang sama: terbang. Namun malang, tak ada satupun yang berhasil. Bahkan lebih banyak yang justru menemui ajal.

Orang sekaliber Leonardo da Vinci pun ikut terbawa oleh euforia impian terbang. Da Vinci pernah manciptakan suatu desain mesin terbang yang disebut ornitopter. Meskipun bukan alat yang berhasil membuat manusia dapat terbang, namun saya sangat kagum dengan desain ini. Berbeda dengan para peloncat menara, da Vinci tidak lah bodoh. Sebelum desainnya direalisasikan, ia segera meyadari bahwa tidak mungkin manusia -dengan tenaga yang dimilikinya- bisa melakukan pengendalian, mengepakkan sayap, dan navigasi dalam waktu bersamaan. Banyak waktu yang ia curahkan untuk sekedar mempelajari bagaimana burung-burung terbang.

Suatu pernyataan da Vinci yang begitu visioner adalah metode separasi. Sekitar 1500 tahun yang lalu da Vinci telah mengemukakan bahwa untuk bisa terbang cukuplah dilakukan dengan sayap tetap dan memberinya gaya dorong. Hal ini didasari dari hasil pengamatannya dari teknik burung untuk terbang. Menurutnya, sayap burung terdiri dari dua bagian yang memiliki fungsi masing-masing. Bagian pangkal sayap burung yang relatif tetap (fixed) berfungsi membangkitkan gaya angkat. Sedangkan bagian ujung sayap burung berfungsi untuk mengepak dan membangkitkan gaya dorong. Separasi gaya menjadi gaya angkat dan gaya dorong inilah yang sampai sekarang dipakai untuk menciptakan mesin terbang.

Lalu bagaimana pesawat udara dapat terbang? Adalah suatu yang salah jika kita berfikir bahwa mesin (engine) lah menyebabkan pesawat dapat terbang. Pada dasarnya, sayap lah yang memberi gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang, sedangkan engine hanya memberi gaya dorong (thrust) untuk bengerak maju. Jadi, kesimpulan mudahnya adalah bahwa pesawat udara (bukan pesawat antarikasa) dapat terbang karena memiliki sayap.

Pertanyaan selanjutnya, bagaimana gaya angkat (lift) dapat terbangkit di sayap? Secara mudah dapat dijelaskan bahwa gaya angkat terbangkitkan karena ada perbedaan tekanan di permukaan atas dan permukaan bawah sayap. Bentuk airfoil sayap diciptakan sedemikian rupa agar tercipta karakteristik aliran yang sesuai dengan keinginan. Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap. Perbedaan tekanan ini dapat terjadi karena perbedaan kecepatan aliran udara diatas dan dibawah permukaan sayap. Sesuai hukum Bernoulli semakin cepat kecepatan aliran maka tekanannya makin rendah. Besarnya gaya angkat yang dibangkitkan berbanding lurus dengan Luas permukaan sayap, kerapatan udara, kuadrat kecepatan, dan koefisien gaya angkat.

Jadi, untuk pesawat udara, engine berfungsi memberikan gaya dorong agar pesawat dapat bergerak maju. Akibat gerak maju pesawat maka terjadi gerakan relatif udara di permukaan sayap. Dengan bentuk geometri airfoil tertentu dan sudut serang sayap (angel of attack) tertentu maka akan menghasilkan suatu karakteristik aliran udara dipermukaan sayap yang kemudian akan menciptakan beda tekanan dipermukaan atas dan permukaan bawah sayap yang kemudian membangkitkan gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang.

Major Airplane Components

A single engine airplane typically used by student pilots is shown above.

The fuselage is the structure which houses the pilot and passengers, as well as the instrument panel and controls.

The wings provide the major LIFT for the airplane.

Ailerons are located near the outer portion of the wing. The ailerons operate in opposition to each other, such as when the left aileron is up, the right aileron is down. This configuration causes the aircraft to "roll" to the left. Placing the ailerons in the opposite position causes a roll to the right.

Flaps are located on the inboard end of the wing, next to the fuselage. Flaps can be deployed during descent to landing to provide increased lift, and increased drag to slow the aircraft. Flaps permit a steeper descent without build-up of excessive speed.

The horizontal stabilizer and elevators are located on the tail of the fuselage. The horizontal stabilizers are fixed. The elevators are hinged at the aft end of the stabilizers. The Elevators control the pitch (nose-up or nose-down) state of the aircraft.

The vertical stabilizer is attached to the tail of the fuselage. The rudder is hinged to the aft end of the vertical stabilizer. The rudder permits the pilot to move the tail of the aircraft left or right by use of the rudder pedals in the cockpit..

The landing gear shown above is a "tricycle" type, which is comprised of the main gear and the nose wheel. Some aircraft, however, have a tail wheel instead of the nose wheel. These aircraft are usually of earlier design, and are lovingly called "tail draggers" by many pilots. Most "training type" aircraft have "fixed" landing gear, such as the gear remains stationary in flight and cannot be "retracted". Higher performance aircraft usually are equipped with "retractable" landing gear to reduce aerodynamic drag during flight.

The engine and propeller provide the forward thrust necessary to attain sufficient speed to achieve flight. The engine is housed under the cowling, at the nose of the aircraft.

Some aircraft have secondary control surfaces called trim tabs. These tabs can be located on the elevators to aid in maintaining pitch of the aircraft. Other tabs can also be located on the ailerons and rudder to aid in stabilizing the roll and yaw characteristics as an assist in maintaining the flight configuration selected by the pilot.

Axes of Rotation
The aircraft is free to move around 3 different axes.

• The LONGITUDINAL AXIS is an imaginary line( line X - X ) from nose to tail. Rotation around the LONGITUDINAL axis is called ROLL. Roll is controlled by the ailerons. When the pilot turns the CONTROL WHEEL (or in some aircraft a control stick), to the RIGHT the right aileron deflects upward, while the left aileron deflects downward. This causes the right wing to produce less lift and the left wing to produce greater lift. This unequal lift causes the airplane to ROLL to the right as long as the ailerons remain in this condition. In order to stop the roll, it is necessary to neutralize the ailerons. The aircraft will remain in a "banked" condition until rolled back to level by application of opposite aileron action.
• The LATERAL AXIS is an imaginary line ( line Y-Y ) from wingtip to wingtip. Rotation around the LATERAL axis is called PITCH. The "nose up" or "nose down" pitch of the aircraft is controlled by use of the elevator surfaces of the tail. When the pilot pulls the control wheel (or control stick) rearward, the elevators deflect upward, forcing the tail downward. This is referred to as a "nose up attitude". When the control wheel or stick is moved forward, the opposite reactions occur, causing a "nose down attitude".
• The VERTICAL AXIS is an imaginary vertical line (line Z_Z )running through the center of gravity of the aircraft. Rotation around the VERTICAL axis is called YAW. Yaw is predominately controlled by use of the rudder. Left rudder pedal depression in the cockpit deflects the rudder surface to the left. This causes the tail of the aircraft to move to the right, creating a yaw to the left about the vertical axis. Application of right rudder similarly causes yaw to the right.