Bagaimana Cara Kerja Mesin Jet (Aircraft Power Plant)

 

Pesawat terbang, adalah salah satu obyek yang selalu menarik untuk disimak. Kali ini kita akan melihat perkembangan salah satu “organ vital” pesawat terbang yaitu mesin pendorong yang berjenis mesin Jet atau dalam dunia penerbangan biasa disebut Aircraft Power Plant.
Mengapa disebut sebagai “organ vital” tentu saja…mesin Jet ini ibarat organ jantung pada manusia yang berfungsi mengatur denyut nadi, juga tekanan darah, yang secara umum pada akhirnya menentukan kelangsungan hidup manusia itu sendiri.Apabila jantung manusia berhenti, maka seluruh kegiatan kehidupan yang ditunjang olehnya juga akan berhenti. Begitupun dengan mesin pesawat terbang. Apabila mesin itu mati karena suatu hal, maka secara umum sistem internal di dalam pesawat itu akan terancam kelangsungan hidupnya. Hal ini disebabkan karena mesin itu menyediakan fungsi sistem-sistem internal yang ada di dalam pesawat terbang tersebut. Sistem apa sajakah itu?

Sistem-sistem tersebut adalah Sistem Kelistrikan (Electrical System), Sistem Hidrolis (Hydraulic System), Sistem Tekanan Kabin (Pressurization System), Sistem Kendali Pesawat Terbang (Flight Control System), serta sistem-sistem sekunder lain yang ada dalam pesawat terbang.

Roda pendarat sangat tergantung dengan adanya Sistem Hidrolis ini. Penumpang di dalam pesawat terbang sangat tergantung dengan keberadaan sistem tekanan kabin, agar dapat bernapas dengan leluasa serta normal seperti layaknya diatas daratan. Sang penerbang pun sangat tergantung dengan sistem kelistrikan, supaya alat navigasi, alat komunikasi, serta alat-alat penunjuk lain dapat diandalkan. Sehingga dapat dibayangkan seandainya mesin pesawat terbang tersebut berhenti bekerja, maka semua sistem diatas akan berhenti juga. Itulah sebabnya mesin pesawat terbang mempunyai peran sebagai “organ vital”. Dahulu saat pesawat terbang berhasil dibuat oleh Wright bersaudara, satu-satunya tenaga penggerak dan pendorong adalah mesin sederhana yang menggerakkan baling-baling. Baling-baling itu lalu menimbulkan daya dorong (thrust), yang didukung oleh profil tertentu sayap pesawat, sehingga menimbulkan gaya angkat (lift ). Gabungan dari daya dorong dan gaya angkat itulah yang membuat pesawat terbang mampu mengudara seperti yang kita lihat.

Tentunya dua gaya itu harus lebih besar dari dua gaya “lawannya”, yaitu gaya berat (weight) dan hambatan(drag). Seiring berjalannya waktu, mesin berbaling-baling dirasakan tidak mencukupi lagi kebutuhan manusia untuk dapat menikmati pesawat terbang. Hal ini disebabkan pesawat berbaling-baling (Propelled Aircraft) memiliki keterbatasan dalam hal ketinggian jelajah, pemborosan bahan bakar, jarak tempuh, serta waktu tempuh penerbangan. Para insinyur penerbangan ingin membuat pesawat terbang yang mampu menjelajah pada ketinggian yang optimal sekaligus menghemat bahan bakar, memanfaatkan massa udara yang sedikit untuk dimampatkan lalu menghasilkan daya dorong yang spektakuler, serta mampu menempuh jarak yang cukup jauh dengan waktu tempuh yang pendek. Terdengar hampir mustahil memang. Namun, para insinyur penerbangan bersungguh-sungguh ingin mewujudkan keinginan itu. Untuk memenuhi “ambisi” ini, maka dibuatlah mesin Jet.
Prinsip Prinsip Daya Dorong Jet

Apa arti Jet sebenarnya? Darimana konsep Jet itu berasal? Siapakah manusia pertama yang menemukannya? Jet artinya pancaran atau semprotan.Konsep reaksi Jet pertama kali dipercaya oleh para ilmuwan dari sebuah alat permainan di negeri Romawi kuno yang dikenal dengan sebutan Hero’s Engine. Alat permainan ini dipercaya dibuat pada masa 120 tahun SM. Alat ini menggambarkan bahwa gaya/momentum (berupa uap) yang dikeluarkan oleh mulut Jet itu mampu menghasilkan reaksi yang sama besar dengan daya dorong Jet itu sendiri.Kedua Jet kecil itu memancarkan tekanan yang berakibat kedua Jet itu bergerak berputar putar. Kemudian hasilnya Hero’s Engine-pun berputar oleh dorongan kedua Jet itu.

Ilmuwan Fisika terkenal, Sir Isaac Newton juga merumuskan dalam hukumnya yang ketiga, hukum Aksi dan Reaksi. Hukum itu menyatakan “Setiap gaya yang beraksi pada suatu benda, akan menghasilkan reaksi gaya yang berlawanan arah yang sama besarnya”. Dari sinilah para insinyur penerbangan memulai bekerja menciptakan suatu Mesin Jet yang menjadi tenaga pendorong pesawat terbang.

Tahun 1913 seorang insinyur Perancis bernama Rene Lorin, mematenkan sebuah konsep Mesin berdaya dorong Jet. Tetapi ini ternyata barulah sebuah teori, karena pada masa itu belum ada manufaktur atau produsen yang mampu membuat mesin Jet yang berdasar pada teori ini, meskipun saat ini ternyata Ram Jet (salah satu metoda mesin Jet modern) menggunakan konsep Lorin ini.

Tahun 1930 Frank Whittle dipercaya telah mematenkan karyanya, yaitu sebuah mesin gas turbin yang menghasilkan daya dorong Jet. Tetapi inipun masih berupa teori juga. Mesin gas turbin ini baru selesai sebelas tahun kemudian olehnya melalui uji terbang terlebih dahulu. Konsep mesin gas turbin bertipe Turbo Jet buatan Frank Whittle ini kelak dipakai oleh salah satu manufaktur Mesin Jet terkemuka di dunia yaitu Rolls-Royce Welland.

Beberapa Metoda Daya Dorong Jet

Semua jenis mesin Jet sebetulnya sama. Yaitu sama-sama dihasilkan dari bahan bakar dicampur udara yang telah dimampatkan lalu dibakar, sehingga menghasilkan energi berupa daya dorong untuk terbang. Perbedaannya hanyalah pada “cara memasak” bahan bakar plus udara dan pembakarannya saja. Cara memasak diatas disebut Metoda. Beberapa Metoda itu adalah Ram Jet, Pulse Jet, Rocket, Gas Turbine, Turbo/Ram Jet atau Turbo Rocket.

Masing masing metoda daya dorong Jet diatas memiliki keunggulan dan kekurangan sendiri-sendiri, tergantung tujuan dan keperluan penggunaannya. Untuk kepentingan pesawat terbang militer tentunya berbeda dengan kepentingan pesawat komersial.

Pesawat Jet militer (fighting aircraft) membutuhkan karakteristik mesin Jet yang tangguh, lincah, fleksibel, dan bertenaga besar untuk mengejar dan memburu lawannya, sekaligus berkelit dari incaran lawan. Sementara itu, pesawat Jet komersial (Jetliner) memerlukan mesin Jet yang dapat diandalkan pada beberapa keadaan cuaca yang terkadang buruk, mudah dioperasikan saat keadaan abnormal apalagi darurat, irit bahan bakar, biaya perawatan yang murah dan mudah, disamping memiliki kemampuan menanjak yang optimum. Dalam hal ini pilihan tentang jenis atau metoda mesin Jet seperti diatas menjadi sangat penting.

Pesawat jet sebenarnya mempunyai mesin turbin gas dengan kipas turbo. Pada bagian depan mesin terdapat kompresor, yang terdiri dari banyak baling-baling. Fungsinya menyedot udara, memampatkannya dan menyemprotnya dengan tekanan tinggi ke dalam ruang pembakaran (combustion chamber). Kecepatan udara bisa mencapai ratusan kilometer per jam.

Bahan bakar diinjeksi ke dalam ruang pembakaran, di mana  bahan bakar bercampur dengan udara berkecepatan tinggi. Selanjutnya dinyalakan. Udara panas kemudian bergerak ke belakang dan menggerakkan turbin yang selanjutnya memberi tenaga pada kompresor.  Sisa tenaga kemudian dibuang melewati selang di bagian belakang mesin untuk menciptakan daya dorong ke depan.

Kipas besar terletak pada bagian paling depan dari mesin kipas-turbo yang juga menyedot udara. Sebagian dari udara ini diambil oleh kompresor. Sisanya melewati turbin utama lalu mengarah ke bagian belakang mesin untuk membantu menguatkan daya dorong.

Karena kipas-turbo bergantung pada turbin yang berputar untuk menggerakkan kompresor dan kipas, dan turbin tak dapat berputar tanpa udara dari kompresor, maka turbin perlu dibantu untuk mulai berjalan. Bantuan ini dilakukan dengan udara bertekanan yang memutar kompresor pada kecepatan sedemikian hingga, saat bahan bakar dinyalakan, terdapat cukup aliran udara untuk memastikan udara panas terdorong ke belakang dan tidak meledak.