 |
| Airfoil atau bentuk penampang potongan melintang sayap |
Untuk mendesain sayap pesawat terbang ataupun model skala, diperlukan beberapa pengetahuan tentang aerodinamika serta terminologi (istilah-istilah) yang biasa digunakan dalam penerbangan.
Pada prinsipnya pesawat terbang memanfaatkan sayap untuk menghasilkan gaya angkat (lift). Adapun untuk menghasilkan lift tersebut, sayap pesawat memanfaatkan dua prinsip utama, pertama yaitu perbedaan tekanan antara permukaan atas dan bawah sayap, serta kedua adalah perubahan kecepatan (momentum) udara karena perubahan arah aliran
udara. Pertama, untuk menghasilkan perbedaan tekanan antara permukaan atas dan bawah sayap, bentuk penampang potongan melintang sayap (airfoil) dibuat tidak simetris antara atas dan bawah, lintasan udara diatas airfoil dibuat lebih jauh daripada dibawah airfoil, sehingga dengan waktu tempuh yang sama, udara yang melewati bagian atas sayap akan memiliki kecepatan yang lebih tinggi daripada dibawah sayap, dengan prinsip bernoulli, bahwa semakin tinggi kecepatan maka akan semakin rendah tekanan udara, maka dapat disimpulkan bahwa tekanan diatas sayap lebih rendah daripada dibawah sayap, karena tekanan diatas sayap lebih rendah, maka sayap akan cenderung “terangkat” keatas (Penjelasan berdasarkan prinsip bernoulli ini hanyalah penyederhanaan, namun dapat memberikan gambaran kualitatif yang cukup).
Yang kedua, yaitu prinsip perubahan kecepatan (momentum). perubahan kecepatan dapat menghasilkan gaya, atau sesuai hukum kedua newton bahwa gaya adalah laju dari perubahan momentum. untuk menghasilkan perubahan kecepatan ini, sayap dibuat memiliki sudut relatif terhadap arah datangnya udara atau dikenal dengan angle of attack atau sudut serang seperti dijelaskan gambar berikut :
 |
| Angle of attack atau sudut serang |
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa mula-mula udara bergerak lurus (horisontal) menuju sayap, kemudian setelah mencapai ujung belakang sayap, arah udara akan kearah condong ke bawah, dapat diamati bahwa perubahan arah kecepatan adalah kearah bawah (dari lurus menjadi condong kebawah), sehingga untuk “mendorong” udara kearah bawah, sayap akan “terdorong” oleh udara kearah atas.
Dapat diamati dari uraian diatas bahwa gaya yang ditimbulkan dari perbedaan tekanan maupun perubahan momentum tidak sepenuhnya mengarah keatas, namun agak condong ke belakang. gaya yang mengarah keatas adalah lift seperti yang telah diuraikan diatas, sedangkan yang mengarah ke belakang adalah gaya hambat atau sering dikenal dengan istilah drag.
Menghasilkan lift dengan memanfaatkan prinsip kedua ini memang efektif, tetapi tidak efisien, karena menghasilkan drag yang relatif besar pula dibanding dengan memanfaatkan perbedaan tekanan berdasarkan hukum bernoilli (penjelasan pertama). Pada pesawat terbang, lift merupakan kombinasi dari kedua prinsip tersebut secara bersama-sama.
Drag dapat timbul karena perbedaan tekanan antara bagian depan dan belakang airfoil (form drag), perubahan kecepatan (momentum) udara ataupun karena gesekan dengan udara (skin friction drag). perbedaan tekanan yang menghasilkan drag disebut juga dengan form drag karena besarnya drag ini sangat dipengaruhi oleh bentuk benda yang melewati udara tersebut, semakin luas permukaan yang “menghadang” aliran udara, semakin besar pula drag nya, kemudian semakin halus aliran udara, semakin kecil drag-nya. bentuk yang membuat aliran udara berubah secara tiba-tiba dapat mengakibatkan bagian belakang benda memiliki tekanan rendah, sehingga perbedaan tekanan semakin tinggi (drag makin besar).
 |
| Pengaruh bentuk terhadap drag |
Kemudian, drag karena perubahan momentum memiliki penjelasan yang identik dengan teori pada lift. Udara yang pada mulanya berkecepatan tinggi dibelokkan ke arah bawah, sehingga mengurangi kecepatan udara kearah horisontal. untuk “mendorong” udara sehingga kecepatanya berkurang, sayap akan”terdorong” ke belakang sehingga menghasilkan drag. Drag yang dihasilkan sebagai akibat dari meningkatnya lift disebut juga dengan Induced drag. Adapun drag akibat gesekan dapat diabaikan pada desain pesawat terbang yang besar dan berkecepatan tinggi karena pada kasus ini drag didominasi oleh form drag, tetapi pada desain pesawat model skala kecil ataupun wahana yang bergerak dalam air, jenis drag ini dapat menjadi pertimbangan.
Salah satu metode dalam mendesain pesawat terbang yang digunakan untuk menghitung lift dan drag, baik untuk airfoil, sayap, ataupun detail control surface dan lain-lainya adalah menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD), salah satu yang paling umum digunakan di industri adalah Cradle CFD seperti contoh di bawah ini:
