ANALISIS STRUKTUR SAYAP PESAWAT TERBANG

 

ANALISIS STRUKTUR SAYAP

1. PEMODELAN

Struktur sayap tiga dimensi dapat dimodelkan dengan berbagai pemodelan. Tujuan pemodelan yaitu mengidealisasikan     struktur sayap sehingga stringers (penguat) hanya menerima tegangan normal dan kulit sayap hanya menerima     tegangan geser.

2. PENENTUAN GEOMETRI STRINGERS DAN SPAR

Geometri yang perlu diketahui yaitu dimensi model (ketebalan dan panjang spar), serta luas area dari stringers.

3. PENENTUAN LETAK CENTROID

Posisi Centroid perlu terlebih dahulu ditentukan untuk keperluan analisis momen inersia (pada centroid). Letak centroid     ditentukan melalui formula :

X = ∑ (A.x) / ∑ A

Z = ∑ (A.z) / ∑ A

Perhitungan ini dilakukan dengan mengasumsikan salah satu stringers sebagai titik acuan (0,0).

4. PERHITUNGAN MOMEN INERSIA (PADA CENTROID)

Perhitungan momen inersia pada centroid dilakukan guna mendapatkan harga tegangan normal dan tegangan geser.     Perhitungannya dapat dilakukan dengan menggunakan formula :

I       =  Io +A.d^2

Io     =  I – A.d^2    (Momen Inersia pada centroid)

Ixx   =  A.z^2  -  A.Z^2

Izz   =  A.x^2  -  A.X^2

Ixz   =  A.x.x    -  A.Z.Y

5. PERHITUNGAN TEGANGAN NORMAL PADA STRINGERS

Selanjutnya dapat ditentukan tegangan normal pada stringers, dengan menggunakan formula :

σ  =  -(K3Mz – K1Mx) x – (K2Mx – K1Mz) z  (MPa)

dimana :

K1 = Ixz / Ixx . Izz – (Ixz)^2

K2 = Izz / Ixx . Izz – (Ixz)^2

K3 = Ixx / Ixx . Izz – (Ixz)^2

x = jarak horizontal stringers terhadap centroid

z = jarak vertikal stringers terhadap centroid

6. PERHITUNGAN TEGANGAN GESER PADA KULIT

Berikutnya tegangan geser dapat ditentukan dengan menggunakan step sebagai berikut :

a. Asumsikan struktur sayap dengan penampang tertutup menjadi penampang yang terbuka, dengan cara         menghilamngkan n buah flange untuk n buah cell sehingga dapat digunakan persamaan berikut untuk menentukan         arus gesernya (q) :

q1 =  - (Vz / Ixx) . ∑ (A.z)

dimana :

q1     =  arus geser (N/m)

Vz  =  Gaya Lintang  (N)

∑ (A.z) = Summation Luas stringers dikalikan dengan jarak z-nya terhadap centroid

b. Berikutnya solusi arus geser tersebut dicek dengan menggunakan hukum statika :

∑ Fx  =  0

∑ Fy  =  0

∑ M   =  0 (Pada stringers yang dijadikan acuan (0,0))

Pengecekan tersebut dilakukan dengan asumsi atas , kanan, dan CW (Clock Wise) positif

c. Jika hasil pengecekan tersebut menghasilkan momen sebesar M (Nm) CCW maka harus ada momen sebesar M        lagi tetapi arahnya CW agar ∑ M = 0 terpenuhi. Hal tersebut berlaku sebaliknya.

Momen sebesar M yang ditambahkan tadi ditransformasikan kedalam arus geser dengan formula :

q2  =  M / 2A

d. Selanjutnya arus geser total dapat diperoleh dengan menambahkan arus geser akibat momen tadi kedalam

solusi ”cut” tadi, sehingga :

q total = q1 + q2

e. Maka tegangan geser pada sayap dapat ditentukan dengan formula :

τ  = q total / tebal spar (MPa)

7. ANALISIS KEGAGALAN

a. Kegagalan Material

Terjadi jika tegangan normal ataupun tegangan geser yang terjadi melebihi nilai yield strength bahan.

Indikatornya yaitu Safety Factor :

SF =  σ yield / σ apllied

SF > 1  : aman

SF ≤ 1  : gagal

b. Buckling

Terjadi pada daerah yang mengalami compression

Indikatornya juga Safety Factor :

σ critical stringers / σ applied

SF > 1  : aman

SF ≤ 1  : gagal

c. Fatigue

Analisis fatigue atau kelelehan material dilakukan untuk mengetahui pada cycle ke berapa struktur tersebut perlu        perbaikan, sehingga analisis yang dilakukan yaitu menentukan :

• Spektrum beban fatigue
• Perpanjangan retak agar bisa diprediksi

About Astrodynamic

 

Astrodinamika adalah cabang ilmu astronautika yang mempelajari dinamika gerak wahana antariksa (man-made objects) di bawah pengaruh gaya-gaya baik buatan (misalnya sistem propulsi) maupun alamiah (gravitasi benda langit di sekitarnya, gaya hambat atmosfer, tekanan radiasi matahari, dan sebagainya).
Sebenarnya astrodinamika adalah ilmu kuno, ilmu yang telah dikembangkan orang jauh sebelum diluncurkannya satelit buatan (artificial satellite) yang pertama. Ilmu ini dikembangkan pertama kali oleh ahli-ahli astronomi dan matematika sejak abad 18 dan disebut dengan mekanika benda langit (celestial mechanics). Baru setelah perkembangan satelit-satelit buatan untuk misi-misi angkasa luar dan antar planet dimunculkan nama astrodinamika (astrodynamics) dan dipakai sampai sekarang.
Ahli-ahli astronomi mengembangkan mekanika benda langit untuk menentukan parameter orbit suatu planet, bintang, asteroid, komet atau benda langit lain, sehingga setiap saat dapat diketahui posisi benda tersebut relatif terhadap pengamat. Parameter-parameter orbit tersebut menunjukkan bentuk orbit, ukuran atau besar orbit, orientasi orbit terhadap suatu acuan dan referensi waktu untuk mengetahui kedudukan benda langit tersebut dalam orbitnya pada setiap saat.
Penerapan astrodinamika saat ini adalah dalam perancangan dan pengoperasian satelit baik untuk satelit yang mengorbit bumi (earth observation, komunikasi, militer) maupun untuk penerbangan antar planet (fly by, orbiter atau lander). Dengan demikian, adanya faktor desain dan operasional-lah yang membedakan astrodinamika dan mekanika benda langit.
Dasar kedua ilmu ini adalah tiga buah hukum gerak yang dikenal sebagai Hukum Newton I, II dan III, hukum gravitasi universal dan tiga hukum Kepler. Di samping itu ilmu ini sangat matematis, karena telah dikembangkan jauh sebelum tersedianya komputer digital dengan kemampuan hitung tinggi seperti sekarang. Dengan adanya kemampuan komputer yang tinggi desain dan pelaksanaan penerbangan ruang angkasa dapat dilaksanakan.
Secara umum, sebenarnya masalah astrodinamika atau gerak benda langit (alami atau buatan) adalah dipengaruhi oleh semua faktor (gaya) yang telah disebutkan di atas. Persamaan gerak untuk masalah umum ini akan sangat rumit dan tidak mungkin dipecahkan secara analitis. Bahkan bila masalah tersebut disederhanakan dengan hanya mempertimbangkan pengaruh gaya tarik benda-benda langit alami di sekitarnya dan dengan mengasumsikan massa benda-benda langit tersebut terpusat di satu titik yaitu titik pusat massanya, yang disebut sebagai masalah umum N buah benda langit, tidak mungkin diperoleh solusi analitis selain dengan N = 2.

Pemecahan masalah astrodinamika dengan asumsi masalah dua benda, memiliki solusi analitis. Karena merupakan pendekatan, penerapannya harus digabungkan dengan teori gangguan untuk memasukkan pengaruh faktor-faktor yang lain (bentuk planet penarik yang tidak bulat simetris, distribusi massa planet penarik yang tidak homogen, benda langit lain, atmosfer planet, tekanan radiasi matahari, medan elektromagnetik dan lainnya).

MATERIAL PESAWAT

 

Struktur pesawat dibuat dari bermacam-macam material. Material ini dipilih berdasarkan kerapatan, dan sifat-sifat mekanik, seperti kekuatan. Material yang terbaik untuk pesawat terbang adalah material yang memiliki sifat-sifat spesifik yang tinggi (sifat-sifat mekanik/kerapatan). Berikut beberapa jenis material berikut sifat-sifatnya yang sering dipilih untuk dijadikan material pesawat.

1. Aluminium

Penelitian oleh ahli material Jerman pada tahun 1911, bahwa Alumunium yang dipadukan dengan tembaga dapat     membuatnya lebih kuat daripada baja yang dikenai proses penempaan.

Salah satu aplikasi paduan Alumunium ini pada     pesawat terbang yaitu dipakai  sebagai frame  untuk kulit pesawat     (Al 7075 T3 kulit sayap bagian atas, Al 2024 T3 kulit sayap bagian bawah).

Penggunaan paduan alumunium dengan tembaga atau yang lebih dikenal dengan Duralumin alloys ini membuat material     ini ikut menahan beberapa dari gaya aerodinamik yang disebabkan oleh tegangan di kulit pada sayap dan badan     pesawat.

2. Titanium

Titanium mempunyai kerapatan lebih kurang dua kali dibandingkan dengan Alumunium, tetapi ketika dipadukan     dengan elemen-elemen lainnya, maka akan dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik bahan. Sebagai contoh struktur     pylon yang menahan   mesin pesawat pada sayapnya di pesawat komersil. Alasan paduan Titanium tidak sering     digunakan pada struktur kulit pesawat adalah karena biaya produksinya.

Paduan Titanium dapat mencapai biaya     produksi sepuluh kali lipat  dibandingkan dengan paduan Alumunium.

3. Composite

Susunan material komposit banyak ditemukan pada pesawat modern, karena struktur komposit ini mempunyai     kerapatan yang rendah dan sifat-sifat mekanik yang tinggi. Komposit pada umumnya terdiri dari sebuah matrix plastik     dari resin epoxy, diikat oleh banyak serat baik serat karbon, boron, dan kaca atau kevlar.

Struktur komposit menggantikan posisi paduan Alumunium pada kulit pesawat terbang, dan kebanyakan pesawat     modern memakai     struktur komposit pada stabilizer horizontal dan vertical, rudder, aileron, dan pembungkus mesin     (nacel),

4. Baja

Baja memiliki kerapatan yang tinggi dibandingkan dengan Alumiunium dan Titanium, baja dapat dipadukan dan diberi     perlakuan panas untuk menghasilkan sifat-sifat mekanik bahan yang sangat tinggi. Sifat-sifat seperti ini sangat cocok     untuk diaplikasikan pada landing gear pesawat, yang mana landing gear haruslah sangat kuat, tetapi tidak terlalu     banyak memakan tempat.

STUDI KASUS FLIGHT 427

KRONOLOGI KECELAKAAN

 

US Air Flight 427 dijadwalkan terbang dari Bandara Internasional O’Hare, Chicago menuju Pittsburgh, Pennsylvania dengan tujuan akhir di West Palm Beach, Florida. Kecelakaan udara ini terjadi pada tanggal 8 September 1994 dan menewaskan seluruh orang didalam penerbangan tersebut. Pesawat Boeing 737-300 dengan nomor registrasi N513AU saat itu tengah approuch ke runway 28R dari Bandara internasional Pittsburgh, tepatnya berada di Findlay Township, Pennsylvania. Saat itu pesawat pada ketinggian 6000 feet dan pada jarak 6 mil dari runway, hingga kemudian pesawat secara tiba-tiba mengalami kehilangan kendali dan jatuh menghempas tanah dengan posisi nose down hampit vertikal. Kecelakaan ini menewaskan 127 penumpang, termasuk seorang anak berusia dua setengah tahun yang tengah berada di pangkuan ibinya, dan 5 orang awak pesawat.
Setelah dilakukan investigasi terhadap catatan penerbangan pesawat jenis ini selama lebih dari empat setengah tahun, ditarik kesimpulan yaitu National Trasportation Safety Board (NTSB) menetapkan bahwa kemungkinan penyabab kecelakaan USAair 427 adalah hilangnya kendali pesawat akibat rudder yang terdefleksi melewati batas. Rudder terdefleksi pada arah arah yang berlawanan dengan perintah yang diberikan oleh pilot dikarenakan macetnya/tidak berfungsinya kontrol daya pada rudder. NTSB menyimpulkan bahwa masalah yang sama pada rudder juga menyebabkan kecelakaan pada 3 Maret 1991 pada United Airlines Flight 585 dan 9 Juni 1996 pada Eastwind Airlines Flight 517, dan keduanya adalah Boeing 737.
Berdasarkan hasil investigasi maka pilot diberikan peringatan dan dilatih bagaimana mengatasi masalah hilang/kurangnya kendali terhadap rudder pada kecepatan 190 knot dan lebih rendah, dimana hal ini biasa terjadi pada B737 kecepatan approach. Sementara Boeng juga melakukan redesign pada sistem rudder 737 dan menarik pesawat yang ada hingga sistem yang bermasalah tersebut dapat diganti. Sejak kecelakaan udara itu hingga kini, nomor penerbangan 427 tidak lagi dipakai di US Airways.