Terowongan Angin (Wind Tunnel)

Proses desain pesawat terbang merupakan proses yang panjang dan kompleks yang membutuhkan berbagai disiplin ilmu mulai dari aerodinamika, struktur, propulsi, avionik hingga ke teknik fabrikasinya.

Tahap awal desain pesawat terbang dimulai dengan desain konseptual, yaitu dengan perhitungan menggunakan persamaan-persamaan dasar aerodinamika, seperti perhitungan luas sayap, aspect ratio, taper ratio ukuran ekor dan sejenisnya. Perhitungan-perhitungan yang dilakukan menggunakan persamaan-persamaan matematika ini menggunakan asumsi-asumsi yang ideal, misalkan mengasumsikan tidak ada fuselage, tidak ada interaksi antara fuselage dengan sayap, tidak ada interaksi fuselage dengan ekor, tidak ada drag dari antena, landing gear, fairing dan lain-lain.

Desainer pesawat terbang pada umumnya menggunakan dua metode untuk menghitung efek dari fitur-fitur aerodinamika tambahan tersebut, yaitu dengan simulasi komputer menggunakan program computational fluid dynamics (CFD) ataupun menggunakan pengujian model skala yaitu dengan bantuan terowongan angin. Adapun kombinasi dari simulasi CFD dan terowongan angin menjadi trend desain konseptual dan penelitian ilmiah pesawat terbang saat ini. (untuk desain pesawat menggunakan CFD baca disini)

Desain pesawat menggunakan software CFD:

Desain pesawat menggunakan wind tunnel :

Kedua metode tersebut tentu memiliki keunggulan dan kekurangan masing-masing sehingga saling melengkapi.

Uji terowongan angin dilakukan dengan membuat model skala pesawat terbang atau dapat juga dilakukan menggunakan pesawat skala penuh (1:1).

Namun tentu lebih hemat biaya dan lebih praktis dilakukan dengan model skala kecil sehingga ukuran wind tunnel tidak perlu terlalu besar yang mana daya penggeraknya lebih besar dan biaya pengadaan alatnya lebih mahal. Tentu saja terdapat aturan-aturan tertentu dalam membuat model skala, yaitu dengan parameter non-dimensional.

Pengujian terowongan angin dapat digunakan untuk banyak keperluan, seperti mengukur lift, drag dan moment, visualisasi aliran (stremaline) menggunakan asap atau tuft, visualisasi dinamis (flutter, aeroelastisitas, stall, spin dll.). Sedangkan objek yang biasa diuji di wind tunnel antara lain airfoil, pesawat terbang, roket, helikopter, kapal selam, rudal, turbin angin, mobil, truk, sepeda motor hingga gedung-gedung tinggi.

Berikut ini adalah bagian-bagian utama dari terowongan angin (wind tunnel):

Intake: Bagian ini adalah bagian masuknya udara luar menuju test section yang berfungsi untuk “mengatur” aliran udara agar tidak terjadi perubahan kecepatan yang mendadak. Pada bagian ini juga biasanya terdapat honey comb yaitu semacam screen berbentuk jaring-jaring dengan pola sarang lebah (honey comb) yang berfungsi untuk meluruskan aliran udara masuk, hal ini sangat mempengaruhi hasil pengukuran model dan sangat mempengaruhi hasil visualisasi aliran.

Working section: Bagian ini berfungsi untuk meletakkan model yang akan diuji sehingga biasanya tembus pandang. Pada bagian ini juga terdapat alat ukur lift, drag, moment dll. Udara yang melalui working section harus se-“halus” mungkin atau se-homogen mungkin. Tingkat kehalusan aliran ini dapat dicapai dengan desain intake dan diffuser yang baik dan peran honey comb dominan disini.

Diffuser: Berfungsi untuk memperlambat aliran secara teratur dari test section menuju fan. Aliran masuk menuju fan haruslah serendah mungkin untuk memaksimalkan efisiensi fan. Perubahan kecepatan yang mendadak dari test section menuju fan dapat membuat aliran pada test section menjadi tidak bersih serta mengurangi homogenitas dan hal ini juga membuat daya yang dikeluarkan fan lebih besar.

Fan dan Motor: Kedua bagian ini adalah sumber daya penggerak udara agar mengalir dari intake hingga ke diffuser. Terdapat dua jenis wind tunnel yaitu open-cycle dan close-cycle. Pada jenis open-cycle, fan berfungsi untuk menghisap udara dari bagian belakang dan langsung dibuang ke lingkungan sekitar. sedangkan pada jenis closed-cycle, udara buangan fan “diputar” kembali masuk ke intake.

Berdasarkan kecepatanya, wind tunnel juga dibagi menjadi low-speed wind tunnel, High-speed wind tunnel, sub-sonic dan transonic wind tunnel, supersonic wind tunnel serta hypersonic wind tunnel.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang CFD, klik di sini.

Untuk mempelajari artikel-artikel lain terkait mekanika fluida, klik di sini

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.