Terowongan angin (wind tunnel)

Wind Tunnel atau terowongan angin adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan pengujian aerodinamik terhadap sebuah model (umumnya pesawat). Model ditempatkan di dalam seksi uji terowongan angin. Dengan demikian ukuran model dibatasi ukuran seksi uji. Umumnya dimensi yang digunakan adalah panjang bentangan sayap. Jika seksi uji memiliki ukuran 4 m x 3 m x 15 m dan blockage 98% maka bentang sayap maksimum yang mampu masuk dalam seksi uji terowongan angin itu adalah 3.5 m. Dalam simulasi terowongan angin, model diasumsikan diam dan angin bergerak dengan kecepatan tertentu. Sedang pada kondisi nyata pesawat dianggap bergerak dan angin relatif diam. Itu sebabnya aliran udara dalam seksi uji terowongan angin harus memenuhi persyaratan tertentu. Antara lain angin yang bergerak dalam seksi uji harus homogen secara lateral, longitudinal dan vertikal, baik kecepatan, tekanan statik, angularitas dan intensitas turbulensinya. Oleh karena itu kecepatan angin homogen yang mampu dihasilkan di seksi uji terowongan angin juga menjadi salah satu ukuran kinerja terowongan angin. Untuk terowongan angin kecepatan rendah umumnya mampu menghasilkan kecepatan terendah 5 m/s dan tertinggi 80 m/s.  Perlu dicatat bahwa sifat aerodinamis dari sebuah objek tidak tetap sama untuk model skala. Itu sebabnya konstruksi terowongan angin relatif rumit. Terdiri dari beberapa bagian yang masing-masingnya dirancang untuk menghasilkan kondisi angin di seksi uji.                                                                        Instalasi model dalam seksi uji pun macam-macam, ada yang menggunakan single strut yang menghubungkan model dengan timbangan, biasanya dipasang pada badan pesawat. Atau double strut yang dipasang pada kedua sayap sedemikian rupa sehingga model dapat digerakkan dalam 2 sumbu geraknya, yaitu sumbu lateral dan vertikal. Timbangan atau biasa disebut (internal/external) balance akan membaca gaya dan momen reaksi model akibat udara yang mengalir di sekitarnya. Gaya dan momen ini nantinya dinormalisasi terhadap referensi area model dan aliran udara terowongan angin, sehingga didapatkan beberapa besaran tak berdimensi seperti CL (lift coefficient) CD (drag coeff.) Cm (pitching momen) CN (yawing momen) Cl (rolling momen) CY (side force coeff.). Koefisien-koefisien ini kemudian ditampilkan dalam bentuk kurva CL-alpha, Drag Polar, CY-betha, dan lain-lain. Biasanya bidang-bidang kendali model, seperti aileron, flap, elevator, dll bisa dirubah posisinya, sehingga didapatkan harga koefisien dalam turunan gerak bidang-bidang kendali tersebut. Kurva ini kemudian akan digunakan untuk menganalisa hasil perancangan apakah sudah sesuai dengan tujuan desain, atau modifikasi seperti apa yang harusnya dilakukan.

Sayap tirus

Sayap  dan horizontal stabilator pesawat terbang ada kalanya dibuat tirus (Taper) yaitu penampang sayap.Pada pangkalnya lebih besar dari pada ujungnya. Sayap tirus bisa kombinasi atau salah satu dari tirus pada permukaan atau tirus pada ketebalan. Tirus pada ketebalan telah dibahas sebelumnya, ole karena itu yang kita bahas di sini hanyalah tirus pada permukaan. Disebut tirus bila panjang tali busur pada pangkal sayap (Root chord = Rc ) >tali busur pada ujung sayap (tip chord=Tc) Tapper ratio ( adalah perbandingan antara tip chord dengan root chord. = Ct/Cr.   

 Karakteristik sayap tirus (swep back wing)

a.       Rectangular,  , turbulen diawali dari trailing edge bagian root

b.      Moderate tapper ratio,  turbulen diawali dari trailing edge bagian tengah

c.       Low tapper ratio, .Turbulen diawali dari trailing edge dekat tip

d.      Pointed tip, .Turbulen diawali dari trailing edge bagian tip

e.       Sweepback, turbulen diawali dari trailing edge bagian tip

Turbulence tersebut  harus  terjadi  ada baiknya  kalau di awali dari trailing edge bagian pangkal (root). Sebab jika kejadian tersebut di awali dari  trailing edge pada bagian wing tip, aileron menjadi tidak bekerja  secara efektif jika diperlukan. Perhatikan gambar, dari mana anak panah berawal dari   situlah mulai terjadinya turbulence, dan di daerah itu pula penghasil coefisient lift maksimum yang terbesar. Dari gambar juga terlihat bahwa apabila tapper ratio semakin kecil, maka asal mulainya turbulence semakin dekat dengan wing tip. Oleh karena itu perlu diusahakan  bahwa memperkecil induced drag adalah sangat diperlukan dalam penerbangan. 

Bentuk ujung airfoil

Bentuk ujung airfoil adalah:

a. Persegi empat (rectangular)

b. Elip

c. Positif raked

d. Negatif raket

Positif raked bila leading edge lebih pendek dari pada trailing edge, sebaliknya bila leading edge,

sebaliknya bila leading edge lebih panjang dari pada trailing edge disebut negatif raked. dibandingkan dengan ujung sayap persegi empat, ketiga ujung yang lain di samping mempunyai Cl dan Cl/Cd lebih besar sedang Cd relatif lebih kecil.

Karakteristik Airfoil

Gaya angkat pada airfoil bergantung pada koefisien gaya angkat yang dihasilkan oleh airfoil tersebut. Koefisien gaya angkat (cl) dipengaruhi oleh desain bentuk camber dari airfoil. cl yang dihasilkan oleh suatu airfoil bervariasi secara linear dengan sudut serang (α) tertentu. Kemiringan garis ditandai dengan a(0) yang disebut lift slope. Pada daerah ini aliran udara bergerak dengan mulus dan masih menempel pada hampir seluruh permukaan airfoil. Dengan bertambah besarnya α, aliran udara cenderung untuk separasi dari permukaan atas airfoil, membentuk ulakan besar “dead air” di belakang airfoil. Pada aliran separasi ini, aliran urdara berputar dan sebagian aliran bergerak ke arah yang berlawanan dengan aliran freestream disebut juga reversed flow. Aliran yang berpisah merupakan efek dari viskositas. Konsekuensi dari perpisahan aliran pada α tinggi adalah pengurangan gaya angkat atau cl dan bertambah besarnya gaya hambat akibat pressure drag, kondisi ini disebut kondisi stall. Harga maksimum dari cl berada pada tepat sebelum kondisi stall yang dilambangkan dengan max cl . max cl merupakan aspek paling penting dari performa airfoil, karena menentukan kecepatan stall pesawat udara khususnya saat fasa terbang kritis yaitu terbang tinggal landas dan mendarat.

Gaya dan momen pada aerodinamika ditentukan oleh perbedaan tekanan antara permukaan atas (upper surface) dengan permukaan bawah (lower surface). Perbedaan tekanan ini akan menghasilkan resultan gaya aerodinamika yang berkaitan dengan bentuk dan sudut serang airfoil. Resultan gara aerodinamika (R) dapat diuraikan dalam dua komponen yaitu gaya angkat (lift) dan gaya hambat (drag).Lift (L) adalah komponen resultan (R) yang arahya tegak lurus terhadap vektor kecepatan aliran udara, sedangkanDrag (D) adalah komponen resultan (R) yang arahnya sejajar dengan vektor kecepatan aliran udara.

Aerodynamic centre:

 Sebuah titik dalam airfoil, yang secara teoritis dianggap titik tekan seakan-akan tetap tempatnya, walaupun sudut serang berubah-ubah besarnya.

Pada kenyataannya titik tekan dipengaruhi oleh besar kecilnya angle of attack. Dengan kata lain angle of attack berubah maka CP akan berubah kedudukannya. Dengan perubahan angle of attack, beasr liftnya berubah, beasrnya drag berubah dan kedudukan CP berubah.

Dengan demikian :

Perubahan angle of attack akan merubah besarnya lift dan letak CP

Perubahan angle of attack akan hanya merubah beasrnya lift saja sedangkan CP dunaggap tetap

Netral lift line

Netral lift line : sebuah garis lurus yang sejajar

dengan aliran udara, dimana airfoil tersebut

 tidak menghasikna gaya angkat.

Apabila leading edge wing down, sedangkan

letak trailling nya tetap seperti semula

(terhadap aliran udara), sehingga airfoil tersebut

 tidak menghasilkan lift sama halnya ketika kita

letakkan plat datar atau airfoil yang simetris yang

 sejajar dengan aliran udara

WAS IN dan WASH OUT

Wash in ialah sudut pasang sayap angle of incidence) makin ke ujung (wing tip) makin besar

Wash out ialah sudut pasang sayap angle of incidence) makin ke ujung (wing tip) makin kecil

Wash inatau wash out ada yang dilaksanakan bersama-sama pada satu pesawat terbang atau sendiri-sendiri, misalnya sayap kanan wash out sedang sayap kiri wash in atau sayap kanan wash out  sedang sayap kiri normal. Selain untuk mengatasi puntiran akibat perputaran baling-baling (propeller torque), wash out dapat digunakan untuk menghindari stall pada wingbila  sudut pasang di ujung sayap lebih besar dari pada pada pangkal sayap. 
Selain untuk mengatasi puntiran akibat perputaran baling- baling (propeller torque),