struktur sayap pesawat udara...2016/10/06 · monoplane - pesawat dengan satu set sayap, biplane...

STRUKTUR SAYAP Pesawat Udara

(Aircraft Wing Structure)

1

WING STRUCTURE (Struktur Sayap) • Wing Design & Construction: types, construction, location,

Shapes

• Early Construction types : Braced Monoplane, Biplane • Spars and their constructions:

– wood spars – tubular metal spars – extruded aluminum alloy spars – fabricated metal spars

• Stressed skin wings and their construction : spars – ribs – stringers skin – methods of attachment – leading and trailing edges – wingtips

2

Airplane Parts and Function (Bagian-bagian Pesawat Terbang & Fungsi 2 -nya)

Aug-2010 / DMG 3

WING disebut juga MAINPLANE.

• Wing - menumpu Berat pesawat terbang diudara, maka harus mempunyai Cukup Kekuatan (strength) dan Kekakuan (stiffness).

• Kekuatan dan Kekakuan – ditentukan oleh:

– Ketebalan wing (wing thickness) , dimana

– Ketebalan dan Tipe (jenis) konstruksi (type of wing construction) yang digunakan, tergantung kepada persyaratan kecepatan (speed) pesawat udara.

dmg/12/2009 4

Sayap (Wing) & Fungsi-fungsinya

Sayap (Wing) & Fungsi-fungsinya :

WING : berbentuk airfoil, merupakan bidang aerodinamik (aerodynamic surface), yang

Berfungsi: sebagai Penghasil Gaya Angkat Utama (Primary Lift) – yang menopang pesawat dalam penerbangan ketika bergerak cepat di udara.

Berfungsi: untuk menopang pemasangan Mesin (engine mounting ), fuel tank, dan kadang kala landing gear.

Wing dari pesawat sayap tetap dipasang/melekat pada kedua sisi fuselage, dan ” disebut Kiri (Left) dan Kanan (Right), sesuai dengan sisi kiri & kanan-nya pilot ketika duduk di cockpit [Fig. 1-21].

dmg/Dec/2009 5

6

Figure 1-21. “Left” and “right” on an aircraft are oriented to the perspective of a pilot sitting in the cockpit.

PENAMAAN Struktur Sayap

(Wing Structure Designation)

7

RIGHT HAND ( STARBOARD ) WING [ SAYAP KANAN ]

A319 starboard wing, from aft A British Airways Boeing 757-200

LEFT HAND ( PORT ) WING [ SAYAP KIRI ]

PENAMAAN Struktur Sayap

(Wing Structure Designation)

http://en.wikipedia.org/wiki/British_Airways

http://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_757



STRUKTUR SAYAP

( WING STRUCTURE )

8

STRUKTUR SAYAP (Wing Structure)

• Ada berbagai macam Rancangan sayap, Ukuran dan Bentuk yang digunakan oleh pabrik pesawat.

• Setiap rancangan sayap memenuhi kebutuhan dari kinerja (performance) yang diharapkan untuk rancangan (design) pesawat tertentu.

• Bagaimana sayap dapat menghasilkan gaya angkat (lift)– tercantum di pembahasan tentang Aerodynamics of Flight.

9

Rancang-bangun Struktur Pesawat

Udara (Aircraft Structure Design)

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI RANCANG-BANGUN (DESIGN) WING :

• Ukuran (Size) pesawat;

• Berat (Weight) pesawat;

• Penggunaannya (Use of the aircraft);

• Kecepatan yang di-inginkan sewaktu terbang dan mendarat (desired Speed in flight and at landing);

• Laju pendakian (Rate of Climb) yang di-inginkan.

10

Meliputi:

Cara Pemasangan (Arrangements) atau Sambungan (Attach point) – Wing ke Fuselage;

Bentuk tipikal dari Leading Edge (L.E) dan Trailing Edge (T.E) dari Wing;

Variasi jumlah wing;

Wing Dihedral & Anhedral - Sudut wing dengan bidang horizontal.

dmg/Dec/2009 11

Konfigurasi Sayap

(Wing Configurations) :

CARA PEMASANGAN (ARRANGEMENTS) – Wing ke Fuselage :

Diatas (top) Fuselage – disebut High-Wing;

Ditengah (middle) Fuselage – Mid-Wing;

Dibawah (lower portion) Fuselage – Low-Wing.

dmg/Dec/2009 12

Konfigurasi Sayap

(Wing Configurations)

Struktur Sayap (Wing Structure)

CARA PEMASANGAN / LETAK Sayap (Wing Arrangements) ke Fuselage, Dibagian :

a. Atas (top) Fuselage – disebut High-Wing Monoplane;

b. Tengah (middle) Fuselage – Mid-Wing Monoplane;

c. Bawah (lower portion) Fuselage – Low-Wing Monoplane. Dan

d. Diatas Fuselage - Parasol Wing Monoplane.

13

Wing–Fuselage ARRANGEMENTS (Konfigurasi Pemasangan Wing ke Fuselage)

14

Mid Wing (Ditengah-tengah

Fuselage)

High Wing (Diatas Fuselage)

Low Wing (Dibawah Fuselage)

VARIASI JUMLAH WING pesawat – ada beberapa :

Monoplane - Pesawat dgn satu (1) set sayap,

Biplane – Pesawat dengan dua (2) set sayap.

Triplane (Tri-wing airplane) – Pesawat dengan tiga (3) set sayap

Multiplane - Pesawat dengan banyak set sayap

dmg/Dec/2009 15

Struktur Sayap (Wing Structure)

Variasi JUMLAH Wing

Yang umum :

Monoplane - Pesawat dengan satu set sayap,

Biplane – Pesawat dengan dua set sayap.

Ada juga tipe (yang sudah tidak digunakan lagi):

Triplane – Pesawat dengan tiga set sayap (contoh: pesawat tempur PD-1 Fokker Dr1);

Tandem Triplane – (y.i: CaproniCa.60, buatan Itali)

Multiplane (y.i. Horatio Phillips,1904)

16

Variasi Jumlah Sayap/Wing :

17

Triplane Quadruplane Multiplane

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Triplane.svg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Quadruplane.svg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Multiplane.svg

Variasi Jumlah Wing pada Pesawat:

18

Variasi Design/ Tipe Konstruksi Wing : yang Ganda disebut Biplane, yang bersayap Tunggal disebut Monoplane.

19


20


Biplane: Lambung perahu terbang (flying boat hull ) pesawat

Curtiss HS-2L– adalah suatu rancangan awal

konstruksi struktur semi-monocoque.

21

Wing–Fuselage ARRANGEMENTS (Konfigurasi Pemasangan Wing ke Fuselage)

(d) Parasol Wing Monoplane – adalah pesawat dimana Sayap tidak langsung dipasang ke Fuselage; tapi ditopang dibawahnya oleh sejumlah Struts (batang) yang disebut cabane struts. Parasol wing designs menyerupai biplanes

– tanpa wing bagian bawah.

The Sikorsky S-42 flying boat used a parasol wing.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:ParasolMonoplane01.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/Cabane_strut



http://en.wikipedia.org/wiki/Biplane

http://en.wikipedia.org/wiki/Sikorsky_S-42



22

VARIASI JUMLAH SAYAP (Variation Number of Wing)

Multiplane : 1904 Flying Machine - Full-sized multiplane machine, large enough to carry a passenger, built in 1904. Similar to his 1893 experiment. Total weight with a man on it was about 600 lbs. The machine lifted into the air (50 ft) when it reached a speed of 50 ft./sec. Mr. Phillips found it to be unstable longitudinally (front to back). Horatio Phillips 1904

had 20 wings

23

VARIASI JUMLAH SAYAP (Variation Number of Wing)

The second man-carrier of 1907 – had four (4) rows, each with 50 wings, and an 8ft propeller. Phillips made an uncontrolled, powered hop of 500ft- the first in England.

Horatio Phillips 1907 had four rows, each

with 50 wings, and an 8ft propeller.

Bentuk Tipikal Sayap

Konfigurasi Wing (Wing Configuration) :

• Sayap /Wing dibangun dalam berbagai Bentuk dan Ukuran – untuk memperoleh karakteristik terbang (flight characteristics) dan kinerja (performance) yang diinginkan:

a) Gambar 1-9 & 1-19: menunjukkan sejumlah :

• Bentuk tipikal dari wing L.E dan T.E.

• Wing tip (ujung sayap) – bisa persegi (square), bulat (rounded), atau malahan runcing (pointed).

24

25

a) Bentuk Tipikal Wing, L.E dan T.E (Shape of Wing / Wing Planfoms)

Figure 1-9. Typical Wing Leading and Trailing Edge

26

Figure 1-19. Various wing design shapes yield different performance.

Konfigurasi Sayap

Konfigurasi Wing (Wing Configuration) :

b) Gambar 1-10 & 1-20: Bentuk rancangan sayap yang lazim, untuk memperoleh karakteristik terbang yang diinginkan, seperti :

– Gaya Angkat (Lift) lebih besar,

– Keseimbangan (balance), atau

– Stabilitas (stability).

• Sudut dihedral dari sayap – berpengaruh terhadap stabilitas lateral pesawat terbang

27

28

b) Wing-Fuselage Structural Arrangements (Wing Configurations)

Gambar 1-10 : Common Wing Forms

29

Figure 1-20. Wing attach points and wing dihedrals.

Macam (Type) Rancang Bangun & Konstruksi Wing :

a) Bi–plane

b) Braced-Monoplane

c) Cantilever-Monoplane

30

Types of Wing Construction

(a)

(b) (c)

a) Bi–plane (Sayap Ganda) • Jarang bi-pane terbang dengan kecepatan melebihi 200 knots pada

terbang mendatar (jelajah), sehingga air load (beban udara) juga rendah, artinya bahwa tipe rancangan rangka batang (truss type design) yang dibungkus kain/fabric adalah cukup memuaskan (satisfactory).

• Wing spars, inter-plane struts, dan bracing wires membentuk kisi-kisi penyangga (lattice girder) yang teguh (rigid) dan yang sangat baik menahan Bending dan Twisting.

31

Wing Structure Design & Construction

32

b) Semi-Cantilever Wing (Braced Monoplane)

• Rancangan tipe ini juga digunakan pada pesawat udara berkecepatan rendah (low speed aircraft)

• Dibangun menggunakan external braces (wing struts, wires), untuk membantu Menopang Wing, dan Memikul Beban Aerodinamik dan Beban Pendaratan (Landing load).


Cessna 172 RG

Wing Structure Design & Construction b) Wing dengan External Bracing (struts, wires, dsb) membantu: • Menopang wing , dan • Memikul Beban-beban Aerodinamik, dan Landing Loads. Material : • Paduan Aluminium (Al alloy) dan • Magnesium Alloy, kedua-duanya digunakan dalam Konstruksi Struktur Wing.

33

b) Semi-cantilever Wing (Braced Monoplane) – (samb)

• Karena wing-struts (batang/tiang penyangga sayap) – biasanya dipasang ditengah wing, struktur wing semacam ini disebut setengah-kantilever (semi-cantilever).

c) Beberapa pesawat dengan sayap diatas (High-

Wing) dan sebagian besar Low-Wing, mempunyai sayap cantilever penuh (full cantilever wing) – yang dirancang untuk memikul beban tanpa tiang / batang penyangga di luarnya (external struts).

34


c) Full Cantilever – Monoplane Wing design:

• Dibangun sedemikian rupa tanpa menggunakan external bracing.

• Sambungan ke fuselage dengan fitting (tension type, atau shear type)

• Skin – adalah merupakan bagian dari struktur sayap (structural part) dan memikul sebagian beban tegangan pada sayap (wing stresses).

35


Structure High Wing Design

Cantilever, High Wing – Tanpa External Bracing

[ Full - Cantilever Wing ]

High Wing –Dengan External Bracing [ Semi-Cantilever Wing ]

36

c) Full Cantilever Monoplane

37


Wing harus menyerap tegangan (stresses), akibat : • Lift dan Drag sewaktu Penerbangan, dan • Berat sendiri ketika di Darat.

Dua atau lebih Wing Spar – sebagai pemikul beban utama, dibangun untuk menyerap downward bending stresses ketika didarat, dan upwards, rearwards, dan twisting stresses ketika terbang.

c) Full Cantilever Monoplane – (samb-1):

• Figure 1-22 shows samples of wings using external bracing, also known as semicantilever wings.

• Cantilever wings built with no external bracing are also shown.

38


39


Figure 1-22. Externally braced wings, also called semicantilever wings, have wires or struts to support the wing.

Full cantilever wings have no external bracing and are supported internally.


BENDING STRESS RELIEF (Pengurangan Tegangan Lentur), didapat dari :

Pemasangan Mesin pesawat (engines) di wing ; dan

Pengaturan Letak/posisi Tanki Bahan Bakar Utama (Major Fuel Tanks) didalam Wing.

40



• Selama penerbangan, BBM (fuel) didalam tanki sayap adalah – yang terakhir di-konsumsi. Hal ini penting terutama pada berat keseluruhan yang besar, ketika tanki BBM yang di outer wing penuh.

• Ketika fuel (BBM) dipakai, Berat (bobot) pesawat udara berkurang, dimana Gaya Angkat (Lift) yang dibutuhkan juga berkurang, dan oleh sebab itu, Bending Moment juga berkurang.

41


Catatan:

• Momen Lentur terbesar (Maximum Bending Moments) – terjadi di pangkal wing (wing root).

• Letak Mesin/Engine pesawat terbang juga berfungsi sebagai Mass Balance (penyeimbang massa) untuk mengurangi flutter.

• Flutter : adalah getaran (osilasi) tak terkendali dari permukaan.

42


• Wing, seperti Fuselage, dapat dibangun dalam beberapa bagian/sections:

– Tipe yang umum dipakai tediri dari: Center wing section, Outer Wing sections, dan Wing Tips.

– Susunan lain: wing stub yang merupakan suatu bagian integral dari fuselage, sbg pengganti wing center section.

43

Methods of Wing Construction:

44


Outer Wing

Center Wing

Outer Wing

Wing Tip

45


Wing stubs

• Maximum Zero Fuel Weight or Mass (MZFW atau MZFM) – didefinisikan sebagai “massa atau berat maximum dari pesawat terbang yang diiznkan tanpa bahan bakar yang dapat digunakan.”

• (“maximum permissible mass of an aeroplane with no usable fuel”).

• Hal ini penting karena bahan-bakar tambahan (yang hampir selalu dibawa di wing) tidak menambah berat struktur (structural weight).

46


The Main Structural Parts of a Wing are :

– The Spars,

– The Ribs or Bulkheads; and

– The Stringers, or Stiffeners.

– Skin

48

Komponen/Bagian Utama Sayap

(Principal Structural Parts ]

Internal Wing Construction

49

Figure 1-23. Wing structure nomenclature

50 Figure: Internal wing construction

Leading edge Wing Leading edge Wing

Komponen Utama Sayap


Bagian Dalam Struktur Sayap (Wing) terdiri dari :

• Kearah memanjang (spanwise) : Spars; dan Stringers,

• Melintang (chordwise, dari L.E ke T.E) : Ribs (rusuk) / formers dan Bulkheads

Bagian Luar :

• Skin /cover.

51

• SPARS – adalah komponen utama dari struktur wing (principal structural members of the wing).

• Spars – memikul /support:

– Semua Beban Terdistribusi (distributed loads), dan juga

– Beban-beban Berat Terpusat (concentrated weights) – seperti: fuselage, landing gear, dan, engine, dan pada pesawat terbang bermesin ganda/ multi-engine aircraft termasuk: berat nacelles atau pylons.

52



• SKIN – dilekatkan pada bagian/komponen dalam (internal members/components) struktur wing, y.i. spar, stringer, rib.

• Skin – memikul /support: – Sebagian dari wing stresses arah memanjang akibat

momen lentur (bending moment), dan stresses akibat torsi (puntiran) .

– Sewaktu terbang, beban terpakai (applied loads) yang diderita struktur wing mengenai terutama pada skin.

– Beban-beban akibat perbedaan dari tekanan udara, dan massa & inersia dari fuel (jika ada tanki bbm di wing).

• Dari skin – beban diterus/salurkan ke rib-rib, lalu dari rib ke spars.

53



• STRINGERS – adalah – Bagian/komponen dalam struktur wing arah

memanjang, yang memberikan ke-kokohan/tegaran (rigidity) pada wing, dengan

– Memperkuat (stiffening) skin dalam kompresi.

• RIBS – adalah – Bagian dalam struktur wing arah melintang fungsinya

untuk mempertahankan bentuk airfoil wing,

– Men-support spar, skin, stringer terhadap tekukan (buckling) dan

– Menyalurkan beban-beban dari engine, landing gear dan control surfaces ke skin dan spars.

54



• Inspection Openings and Access Doors – are provided, usually on the lower surface of the wing (skin).

• Drain holes – are placed in the lower surface to provide for drainage of accumulated moisture or fluids.

• On some a/c Built-in Walkways –are provided on the areas where it is safe to walk or step.

• On some a/c Jacking poins – are provided on the underside of each wing.

55

Struktur Utama Sayap (Wing Structure) & Fungsi-fungsinya

Inspection panels / Access Doors – on lower wing surface

Built-in Walkways (overwing exit path)

Airbus A319

STATION NUMBERS :

• A method of locating components on a/c must be established in order that maintenance & repairs can be carried out.

• This is done by identifying reference lines and station numbers for fuselage, wing, empennage, etc.

57

Location Numbering Systems

STATION NUMBERS – cont’d:

• Wing stations – are measured from the Center Line (CL) of the a/c and are also given in inches (or mm) Left or Right of the CL.

• Vertical position from a ground line or Horiztonal datum - can be known as a Water Line (WL) or Buttock Line, given as a dimension in inches from the horizontal datum.

• Station numbers (Sta) and water-lines (WL) are a means of locating airframe structures and components.

58


Location Designation

59


Typical Location Designations used by many a/c manufacturers :

1. Fuselage Stations (Fus.Sta atau F.S) 2. Buttock Line atau Butt Line (B.L) 3. Water Line (W.L) 4. Aileron Station (A.S) 5. Flap Station (F.S) 6. Nacelle Station (N.C atau Nac.Sta) (see definitions in AC 65-15A, Ch.1, pg: 6. For another’s a/c

numbering systems ref. to manufacturer’s SRMs)

60

Location Numbering Systems – Definitions

Typically used by many a/c manufacturers : (see definitions in AC 65-15A, Ch.1, pg: 6. For another’s a/c numbering systems ref. to

manufacturer’s SRMs)

1. Fuselage Stations (Fus.Sta. atau F.S.) or Body Station (B.S) - are: Numbered in inches (or mm) from a ref. or zero point –

known as a ref. Datum;

2. Buttock atau Butt Line (B.L.) – is : a width measurement Left or Right of, and parallel to, the vertical center line,

3. Water Line (W.L.) – is : the measurement of height in inches (or mm) perpendicular from a horizontal plane located a fixed number of inches below the bottom of a/c fuselage.

61

Location Numbering Systems – Definitions

Typically used by many a/c manufacturers : (see definitions in AC 65-15A, Ch.1, pg: 6. For another’s a/c numbering

systems ref. to manufacturer’s SRMs)

4. Aileron Station (A.S.) – is measured outward from, & parallel to, the inboard edge of the aileron, perpendicular to the rear beam of the fuselage.

3. Flap Station (F.S) – is measured perpendicular to rear beam of the wing, and parallel to, and outboard from the inboard edge of the flap.

4. Nacelle Station (N.C atau Nac.Sta.) – is measured either forward of, or behind the front spar of, the wing and perpendicular to the designated water line.

62


• Various points on the Wing – are located by station number.

• Wing station 0 (zero) – is located at the Center Line (CL) of the fuselage, and

• All wing stations – are measured outboard from that point, in inches or milli-meters.

• The applicable manufacturer’s numbering system and abbreviated designations or symbols – should always be reviewed before attempting to locate a structural member.

63

64


Various Stations on a corporate Jet aircraft

Konstruksi Wing dapat terdiri dari salah satu dari 3 (tiga) Rancangan Pokok (Fudamental Design) :

(1) Mono (Single) Spar Construction. (Tetapi strict monospar wing – tidaklah umum);

(2) Twin spar, atau Multi-spar Construction; atau

(3) Box beam.

65

Konstruksi Sayap (Wing Construction)

• Three (3) Fundamental Designs (tiga Rancangan Pokok Konstruksi Sayap):

1. The Monospar wing – incorporates only one main longitudinal member (Spar) in its construction. Ribs or Bulkheads supply the necessary contour or shape to the airfoil.

2. The Multi-Spar – incorporates more than one main longitudinal member (Spars) in its construction. To give the wing contour, ribs or bulkheads are often included.

3. Box-Beam type of wing construction – uses two main longitudinal members with connecting bulkheads to furnish additional strength and to give contour to the wing. (Wing Box = Wing Torsional Box).

66


Konstruksi Wing dapat terdiri dari salah satu dari 3 (tiga) Rancangan Pokok (Fudamental Design) :

• Struktur konvensional terdiri dari :

– Front Spar dan Rear Spar (Spar Depan dan Belakang),

– Upper dan Lower skin (Kulit atas & bawah) dari metal (aluminium), yang disambungkan ke spar booms (caps/flanges) membentuk sebuah Torsion Box.

67


Box-Beam type of wing construction.

• The box beam type of wing construction uses two main longitudinal members with connecting bulkheads to furnish additional strength and to give contour to the wing.

• [Figure 1-24]

68

Figure 1-24. Box beam construction.

69

Wing Box : Terdiri dari : ♦ Upper Skin dan Lower

Skin; ♦ Front Spar dan Rear Spar; ♦ Stringers (Stiffeners)

Wing Torsion Box Structure

70

71


Two-spar Wing Construction

• Truss–Type (tipe rangka)

• Stressed-skin Wing Construction:

– Semi-monocoque

72

Tipe Konstruksi Sayap Types of Wing Construction

• Wing Construction Truss-type


74

• Stressed-skin Wing Construction


75

Komponen Sayap (Wing) :

76

♦ Bagian Utama Struktur Wing terdiri dari:

• Wing Box (Torque Box),

• Leading Edge, dan

• Trailing Edge.

Asumsi Dalam Analisa bahwa:

Wing Box memikul seluruh atau sebagian besar dari Loads (Beban).

77

Komponen Sayap (Wing) & Fungsi-fungsinya :

Typical Wing Torque Box enclosed area

Wing Box : Terdiri dari : ♦ Upper Skin dan Lower Skin;

♦ Front Spar dan Rear Spar; ♦ Stringers (Stiffeners)

Konstruksi - Wing Torsion Box

78

(1) Skin /cover (2) Front Spar, Spar cap (flange) (3) Rear Spar, Spar Web (4) Stringers (5) Ribs

Principal Structural Parts & Their Functions

Wing Skin : • Is attached to the internal members, and may carry part of

the wing stresses. • During flight, applied loads which are imposed on the wing

structure are primarily on the skin. • Transmits aerodynamic forces from skin to the transverse

supporting members (ribs), and then from ribs to the longitudinal members (spars);

• Reacts the applied tension, torsion (twisting) and shear forces;

79

Bagian Struktur Utama Sayap (Wing)

& Fungsi-fungsinya

Stiffener or Stringers: 1. Resist Bending and Axial loads along with the skin

2. Divide the skin into small panels and thereby increase its buckling and failing stresses

3. Act with the skin in resisting Axial loads caused by air-pressure, bending loads, (effective skin width).

80

4. Are spanwise members give the wing rigidity by stiffening the skin in compression.

81

Spar: • Resist bending and axial loads

• Form the wing box for stable torsion resistance.

Bagian/komponen Struktur Utama Sayap (Wing) & Fungsi-fungsinya

Tipikal Konstruksi Wing Spar

82

Figure 1.15 – Typical Spar Sections – (Spars - are the principal structural member of the wing).

Wing Spars :

• Struktur Sayap menahan tegangan (stresses) akibat pembebanan aerodinamis (Lift & Drag) sewaktu penerbangan, dan beban bobot sendiri ketika didarat.

• Spars – adalah bagian/komponen struktur utama (principal structural members) dari wing. Spars berfungsi seperti longerons di fuselage.

• Spars - membentang sejajar dengan sumbu lateral, atau menuju ujung (tip) dari wing.

• Spar – biasanya dipasang ke fuselage oleh wing fittings, plains beams, atau truss-systems.

83

Wing Spars & Fungsi-nya:

• Spar dapat dibuat dari metal (Figure 1-13) atau kayu (Figure 1-12) tergantung kriteria design pesawat tertentu.

• Kebanyakan pesawat yang dibuat masa kini menggunakan spar dari solid extruded aluminum atau short aluminum extrusion yang di-rivet bersama-sama membentuk sebuah spar.

• Spar di-design sebagai komponen utama wing, fungsinya untuk menyerap dan menyalurkan – Tegangan bending kebawah (downward bending stresses)

sewaktu pesawat didarat; dan – Up-ward, rearward, dan twisting stresses selama

penerbangan pesawat udara.

84

Spar kayu (wooden spars) umumnya dapat dibagi menjadi 4 (empat) tipe yang berbeda berdasarkan konfigurasi penampangnya (Figure 1-12), yaitu berbentuk :

A. Empat persegi panjang (Rectangular in shape) – dapat pejal (solid) atau dilapisi (laminated) ;

B. I-beam, externally routed on both sides : balok-I yg kedua sisinya di-serut/pertipis utk mengurangi berat tapi tetap mempertahankan kekuatannya ;

C. Kotak /box, dibangun/susun (built-up) dari kayu-lapis (plywood) & solid spruce.

D. I-beam susun, dibangun/susun dari kayu, atau di buat dipabrik (manufactured) dengan proses penekanan aluminium (aluminum-extrusion),

E. Berlubang (hollow) atau internally routed spar.

85

Wing Spars :

Tipikal Konfigurasi Penampang Spar dari Kayu

86

Konsrtuksi I–beam spar : biasanya terdiri dari Web (dinding plat yang dalam) dan Cap-strips, dari extrusi atau angle yang dibentuk/tekuk (formed angles). • Web membentuk bagian kedalaman spar (spar depth). • Cap strip, atau spar cap, – adalah extrusion, formed angles, atau milled sections, dimana web menempel. bagian ini (cap) memikul beban akibat lenturan sayap (wing bending), juga sebagai dasar untuk menempelkan skin.

Figure 1-12. Typical Spar Cross Sectional Configurations

87

Tipikal Penampang Spar dari Metal

Most metal spars are built up from extruded aluminum alloy sections, with riveted Al alloy web sections to provide extra strength.

Figure 1-13 : adalah bentuk /konfigurasi dasar spar yang terbuat dari metal.

Berbagai Konstruksi Spar

88

The Plate web consists of solid plate with vertical stiffeners which increase the strength of the web. Some spar webs constructed differently, some have no stiffeners, some have loghtening holes tor reducing weoght.

A truss spar is made up of an upper cap, a lower cap and vertical and diagonal tubes.

A Spar with “ Fail-safe ” construction (Fig.1-16) – is made in two sections:

• The top section consists of a cap, riveted to the upper web plate.

• The lower section is a single extrusion, consisting of the lower cap and web plate.

• These two sections are spliced together to form the spar.

If either section of this type of spar breaks, the other section can still carry the load, which is the “fail-safe” feature.

89

Fail-safe Spar Construction

Fail-safe Spar Construction

90

Failsafe spar: should one member of a complex structure fail, some other member would assume the load of the failed member.

Ribs and Bulkheads: • Structural integration of the wing and fuselage;

• Keep the wing in its aerodynamic profile (airfoil shape);

• Supports the spars, stringers and skin against buckling;

• Pass concentrated loads from engines, landing gear and control surfaces into the skin and spars.

• Form the Fuel tank

91

Bagian Struktur Utama Sayap (Wing) & Fungsi-fungsinya

Wing Ribs

• Wing ribs (rusuk sayap) – biasanya membentang dari LE ke TE.

• Rib memberi bentuk lengkung pada wing (cambered shape) dan menyalurkan beban dari skin & stringers ke spars.

• Ribs – juga dipakai pada Aileron, Elevators, Rudders, dan Stabilizers.

• Ribs – dibuat /manufaktur dari kayu (wood) atau logam (metal). Baik rib-kayu atau rib-metal – digunakan bersama-sama dg spar kayu (wooden

spars). 92

Wing Ribs

• Fig.1-17A: A truss-type with plywood gussets on both sides of the rib and a continuous rib-cap (often called rib-strip) around the entire rib.

• Fig. 1-17B: A lighten plywood web rib. Cap strip may be laminated esp, in LE.

• Fig. 1-17C: Rib using continuous gusset, which provide extra support throughout entire rib with very little additional weight.

93

WING RIBS – KAYU (WOOD)

94

A) Truss-type with plywood gussets

B) A lighten plywood web rib

C) Rib using Continuous Gusset

95

Fig. 1-18 : Basic ribs and spar sturcture of a wooden wing frame.

Various ribs: “Plain rib” or “main rib”, Nose rib (false rib), Butt rib.

• Nose ribs – give the wing L.E area the necessary curvature and support.

• Wing rib or Plain/main rib – extends from L.E to RS, and some cases to T.E.

• Butt rib – is normally the heavily-stressed rib section at the inboard end of the wing near the attachment point of the fuselage. Depending on its location & method of attachment – Butt Rib may be called a Bulkhead rib or compression rib.

Konstruksi Wing – Tipe Truss

96

• Fig. 1-18 : Basic ribs and spar sturcture of a wooden wing frame.

• Drag and anti drag wires - are criss-cross between to spars to resist forces acting on the wing in the direction of wing chord. These tension wires are called tie-rods.

• Wing attachement fittings shown in figure, provide a means of attaching the wing to the aircraft fuselage.



97

WING - TIPS

• The wing-tip is often a removable unit, bolted to the outboard end of the wing panel. One reason for this (removable) – is the vulnerability of the wing tips to damage, especially during ground handling and taxiing.

• Fig. 1-19: shows a removable wing tip of a large a/c wing.

• The wing-tip assy is of Al-alloy construction. The wing tip cap is secured to the tip w/ countersunk screws and is secured to interspar structure at four points with ¼ inch bolts.

98

Removable Wing Tip

99

Are used to Control and Reduce the Wing-tip Vortices (and vortex strength) and Reduce Induced Drag component on the airplane.

• Used principally on high-speed airplanes. • Winglet – is Nonstructural, which means that it does

not contribute to the stength of structure. • It is for Aerodynamic purposes only. • On turboprop airplanes – use winglets to Improve Lift

and to Reduce Drag at low speeds. * [induced drag: drag due to Lift] ** Vortex = pusaran

1/25/2011 100

dmg/12/2009 101

Blended Winglet pertamakali diperkenalkan (pakai) oleh pesawat Mc Donnel Douglas MD-11

Wingtip Vortex

103

Vortex Generation

Gunanya Winglet

104

Material Wing :

• Komponen-komponen utama dari Wing – biasanya dibuat (manufactured) dari paduan aluminium (Al-alloys) dengan bahan komposit seperti GRP (Glass Reinforced Plastic), CRP (Carbon Reinforced Plastic), struktur honeycomb untuk fairings, bidang kendali (control surfaces), flaps, dsb.

106

Fig. 1-20: All-Metal Wing w/ Chemically Milled Channels

107

The wings of this type are the stressed-skin design (the skin is the part of the wing structure and carries part of the wing stresses).

Fig. 1-21: Box-beam milled wing.

108

Tipe konsrtuksi Wing yang menggunakan rancangan box-beam – bukan saja kekuatannya meningkat dan mengurangi berat, tetapi bisa berfungsi sebagai tanki BBM (fuel tank) bila di segel (“sealed”) dengan semestinya.

Fig. 1-22: Honeycomb T.E Construction

109

Kedua bahan Aluminium honeycomb dan fiber-glass honeycomb sandwich – biasa dipakai di konstruksi dari permukaan Wing dan Stabilizers; bulkheads; floors; control surfaces; dan trim tabs.

Honeycomb Wing Construction

110

111

Honeycomb Wing Construction

Leading Edge Sandwich material

112

Komponen Sayap (Wing) :

113

Empat (4) Gaya Utama yang Bekerja pada Pesawat Udara :

116

Terbang Lurus Mendatar, Tanpa Percepatan (straight-and-level, unaccelerated flight)

Thrust (Gaya Dorong); Drag (Gaya Tahan atau hambatan); Weight (Berat); Lift (Gaya Angkat)

Four Forces on an Airplane

117

Apa itu Gaya Berat (Weight) ?

118

Gaya Berat (WEIGHT)

119

GAYA BERAT (Weight) - Adalah Gaya yang ditimbulkan oleh tarikan Gravitasi dari Bumi.

WEIGHT – is a FORCE caused by the Gravitational Attraction of the Earth.

Gaya Berat (Weight) :

BERAT (WEIGHT) - adalah Gaya yang ditimbulkan oleh tarikan Gravitasi dari Bumi.

• Berat pesawat (gabungan beban: bobot pesawat, crew, pax, mesin, beban lain) sama-dengan massa-nya dikalikan percepatan gravitasi: Hukum Newton -II F = m.g

• Ini adalah Gaya yang alami, yang menarik pesawat kebawah kearah pusat bumi (akibat adanya gravitasi bumi).

• Berat (Weight) – melawan Gaya Angkat (Lift) dan bekerja vertikal kearah bawah melalui titik berat pesawat ( center of gravity, CG ).

120

Apa itu Gaya Dorong (Thrust) ?

121

Gaya Dorong (Thrust)

Dorongan (THRUST) - Adalah GAYA mekanis yang di-bangkitkan oleh mesin untuk menggerakkan pesawat terbang melalui udara.

Untuk burung- dibangkitkan oleh sayap yang di-kepakkan

122

Apa itu Gaya Angkat (Lift) ?

123

Gaya Angkat (LIFT)

124

Lift (Gaya Angkat) – mendorong Keatas benda/obyek (pesawat, kapal, ski air, layangan) melawan Berat-nya (Weight).

GAYA ANGKAT (LIFT ) - Adalah GAYA mekanik yang di-timbulkan oleh interaksi dan kontak antara benda padat dan fluida (benda cair atau gas).

Gaya Angkat ( Lift ) :

Lift – adalah GAYA mekanik yang di-timbulkan oleh benda padat bergerak di fluida (benda cair atau gas).

Lift (Gaya Angkat) – mendorong Keatas benda/obyek (pesawat, kapal, ski air, layangan) melawan Berat-nya (Weight).

Lift – pada Pesawat Udara atau Burung, terjadi terutama akibat Pergerakan Udara melalui Sayap pesawat udara atau burung.

Lift – bekerja Tegak Lurus pada Lintasan Terbang (flight-path) melalui Pusat Gaya Angkat dari wing (wing’s Center of Lift atau Center of Pressure, CP).

125

Lift (Gaya Angkat) – tidak ditimbulkan/ciptakan oleh suatu medan gaya (force field), seperti medan gravitasi (gravitational field), atau medan magnit listrik (electromagnetic field), dimana sebuah benda /obyek bisa mempengaruhi benda/obyek lain tanpa adanya kontak fisik.

Untuk menghasilkan Gaya Angkat (Lift), Benda Padat harus ada kontak (hubungan) dengan fluida.

126

Tanpa Fluida Tidak ada Gaya Angkat < No Fluid, No Lift >

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wteq.html

Apa itu Gaya Tahan (Drag) ?

127

Gaya Tahan (Drag)

128

DRAG (GAYA TAHAN) - adalah GAYA mekanik yang di-timbulkan oleh interaksi dan kontak antara benda padat dan fluida (benda cair atau gas).

Apa itu Gaya Tahan ( Drag ) ?

Adalah Gaya-gaya mekanik yang di-timbulkan oleh interaksi dan kontak antara benda padat dan fluida (benda cair atau gas).

Drag (Gaya Tahan) – arah kebelakang, Gaya Tahan/ penghambat yang disebabkan oleh gangguan aliran udara pada sayap (wing), fuselage, dan tonjolan-tonjolan benda lainnya

Drag –berlawanan arah dengan Gaya Dorong (Thrust),

Drag – bekerja kearah belakang paralel dengan angin relatif (relative wind), Melalui Center of Pressure.

Drag – dapat disebut sebagai aerodynamic resistance terhadap benda bergerak melalui fluida (udara, gas).

129

4 Gaya Utama Bekerja pada Pesawat Udara

130

Faktor mempengaruhi Gaya Tahan (Drag)

131

• Benda : Bentuk (shape), Ukuran (size)

• Gerakan : Kecepatan, Kemiringan terhadap aliran (flow)

• Udara : Massa, Kekentalan (viscosity), Bisa dimampatkan

(compressibility)

• Ada empat macam Drag : Parasite (Friction drag, Form drag), Induced drag, and Wave drag, dan mereka adalah fungsi dari bentuk (shape dari of the body), kehalusan permukaan, dan, kecepatan dari pesawat.

Beberapa Macam Gaya Tahan ( Drag ) :

Dua macam dasar (Basic Type) Drag pada pesawat :

1. Parasite Drag, ada tiga(3) macam, y.i :

Form Drag atau Pressure Drag

Skin Friction Drag.

Interference Drag.

2. Induced Drag,

Wave Drag

132

Beberapa macam Gaya Tahan ( Drag ) :

1. Parasite Drag : terdiri dari semua gaya-gaya yang bekerja untuk memperlambat gerakan pesawat; “parasit” - artinya drag yang tidak terkait dengan pembentukan Gaya Angkat (Lift).

Form Drag (atau Pressure Drag) - adalah bagian dari parasite drag yang ditimbulkan oleh pesawat karena Bentuknya dan Aliran udara disekelilingnya.

Contoh termasuk: engine cowling, antenna, dan bentuk aerodinamis dari komponen lainnya.

133

Beberapa macam Gaya Tahan ( Drag ) : 1. Parasite Drag : . . . (sambungan)

Skin (surface) Friction Drag – disebabkan oleh viscosity atau kelekatan (“stickiness”) dari udara. Skin friction drag adalah tahanan/resistensi aerodynamic karena

adanya kontak dari udara bergerak dengan permukaan pesawat.

Ini adalah parasit drag yang paling sulit dikurangi, karena tidak ada permukaan yang benar-benar halus (smooth surface).

Interference Drag – Berasal dari perpotogan arus udara (airstreams) yang menimbulkan pusaran arus (eddy currents), turbulensi, atau menghalangi aliran udara yang teratur.

134

A wing root can cause interference drag :

135

Contoh: Perpotongan antara Wing dengan Fuselage pada pangkal sayap (wing root) dapat menyebabkan Interference drag yang berarti . Fairings digunakan untuk mengurangi kecenderungan ini.

Form Drag : Efek /pengaruh Bentuk pada Drag (Gaya Tahan)

136

Beberapa Gaya Tahan ( Drag ) Dasar :

2. Induced Drag: adalah Drag yang disebabkan oleh faktor-faktor yang sama dengan yang memproduksi Gaya Angkat (Lift).

• As airspeed decreases, the angle of attack must increase, in turn increasing induced drag.

Wave Drag: Biasanya hanya terjadi jika pesawat terbang dengan kecepatan melebihi kecepatan suara dalam penerbangan transonic dan supersonic.

137

Beberapa Gaya Tahan ( Drag ) Dasar :

Besarnya Induced Drag tergantung dari :

–Besarnya Lift yang dihasilkan oleh sayap (wing) dan geometri dari wing.

– Seiring dengan menurun-/ berkurang-nya kecepatan udara, sudut serang (AOA) harus naik, akibatnya induce drag meningkat.

138

PENAMPANG Sayap Pesawat Udara

• Pesawat Udara /terbang membutuhkan sayap yang efisien untuk dapat memberikan Gaya Angkat yang diperlukan dalam penerbangan.

• Airfoil – sayap yang penampangnya berbentuk lengkung.

139

PENAMPANG SAYAP (WING) Pesawat Udara

• Airfoil terbentuk dari dua permukaan, atas dan bawah, masing-masing dengan lengkungan atau Camber yang berbeda.

Dua alasan untuk Camber :

1. Pemukaan lengkung memberikan gaya angkat yang lebih baik;

2. Sayap pesawat udara harus mengangkat mesin yang berat dari tanah, maka harus memiliki ketebalan dengan kekuatan yang diperlukan.

140

Penampang Sayap Pesawat Udara : Airfoil

141

Airfoil : Sayap yang berbentuk Lengkung, The angle of incidence is measured by the angle at which

the wing is attached to the fuselage.

Bentuk Umum –

Airfoil Design

• Airfoil : adalah suatu design Struktur yang di buat untuk mendapatkan Reaksi pada Permukaan dari Udara Tempat Pesawat itu Terbang atau dari Udara yang Bergerak Melalui Struktur.

• Airfoil — An airfoil is any surface, such as a wing, propeller, rudder, or even a trim tab, which provides aerodynamic force when it interacts with a moving stream of air.

• Contoh Airfoils: Wings, horizontal tail surfaces, vertical tails surfaces, dan propellers.

143

Airfoil Design :

Wing Geometry Definitions

144

Figure: Airfoil Designs.

145

Figure: Airfoil Types

146

Straight

Elliptical

Tapered

Sweptback

Delta

147

Bentuk Tipikal Leading & Trailing Edges

Tipikal Penampang Sayap Pesawat Terbang

Typical Airfoil Section

( Bentuk Umum Airfoil Design ) 148

• Angle of incidence: sudut yang dibuat oleh chord line (garis busur) dari wing dan garis paralel (sejajar) dengan sumbu longitudinal dari pesawat udara.

• Angle of incidence – diukur oleh sudut dimana wing dipasang di fuselage.

149

Definisi Geometri Wing :


• Camber – different curvatures • Camber Line – equidistant at all points from

upper and lower surfaces • Chord-Line – straight line through the profile

connecting extremities of the LE and TE. • Chord line – An imaginary straight line drawn

through an airfoil from the leading edge to the trailing edge.

• Garis Chord – adalah garis lurus (khayal) yang menghubungkan pusat lengkungan sisi depan (L.E) dan sisi belakang (T.E).

150


• Dihedral : The positive acute angle between the lateral axis of an airplane and a line through the center of a wing or horizontal stabilizer.

• Dihedral contributes to the lateral stability of an airplane.

• Mean aerodynamic chord (MAC). The average distance from the leading edge to the trailing edge of the wing.

151

Aliran Udara Melalui Sayap Pesawat Terbang

• Sayap memberikan gaya angkat (Lift) yang diperlukan dalam penerbangan; udara yang melewati sayap harus mengalir dengan teratur dan tidak boleh membuat turbulensi.

153

Asas /Hukum Bernoulli

154

Hukum Bernoulli (Daniel Benoulli, Swiss, 1700-1782): Udara diatas permukaan airfoil bergerak lebih cepat, tekanan udara lebih rendah (kecil), udara dibawah airfoil lebih lambat,

jadi tekanan udara yang lebih tinggi dibawah permukaan wing, mendorong keatas menimbulkan gaya angkat ( Lift ).

Faktor Mempengaruhi Gaya Angkat (Lift):

Besarnya gaya angkat yang dihasilkan sayap tergantung kepada :

1. Bentuknya;

2. Luas permukaannya;

3. Kepadatan udara disekelilingnya;

4. Kecepatan aliran udara melewati sayap;

5. Sudut serangan (angle of attack)

155


Dua Faktor terakhir, y.i:

4. Kecepatan aliran udara melewati sayap;

5. Sudut serangan (angle of attack).

Dapat diatur oleh Pilot.

Pilot juga dapat mengatur faktor ke 3, y.i: kepadatan udara disekelilingnya – dengan memilih ketinggian terbang pesawatnya.

156

157


Benda : Bentuk (shape), Ukuran (size)

Gerakan : Kecepatan, Kemiringan terhadap aliran (flow)

Udara : Massa, Kekentalan (viscosity), Bisa dimampatkan

(compressibility)

Sudut Serangan (Angle Of Attack)

• Sudut Serangan (Angle of Attack), AOA: adalah sudut runcing, yang dibuat oleh miringnya penampang sayap (chord line dari airfoil) dan aliran udara relatif.

158

159

Sudut Serangan (Angle of Attack)

160

Angle of Attack (AOA) at various Speeds

α = 3 ⁰ α = 6 ⁰ α = 12 ⁰

Sudut Serangan pada Berbagai Kecepatan


• Garis Chord adalah garis yang menghubungkan pusat lengkungan sisi depan dan sisi belakang.

• Besarnya Gaya Angkat diatur oleh sudut serangan (AOA). Makin besar sudut serangan, makin besar pula Gaya Angkatnya.

• Ini hanya berlaku sampai mencapai sudut stall (stall angle), dimana aliran udara tiba-tiba menimbulkan Turbulensi dan Besarnya Gaya Angkat tiba-tiba merosot (Stall).

161


• Usaha untuk menambah sudut serangan hanya berakibat makin menurunnya gaya angkat.

162



163 AIRCRAFT STALLS


Figure 2-5 menggambarkan efek dari penambahan sudut serangan (AOA).

164


165


AIRCRAFT STALLS


• Pada pesawat terbang modern yang ber-kecepatan tinggi, sudut serangan sangat kecil, biasanya tidak lebih dari dari 2 deajat dari garis horizontal sewaktu terbang mendatar.

166

Stabilitas dan Gerakan Pesawat Udara,

(Stability anda Motion of an Aircraft)

Sumbu Pesawat Udara

(Axes of an Aircraft)

167

Stabilitas & Gerakan Pesawat Udara

• Stabilitas (Stability) – adalah kemampuan pesawat memperbaiki sendiri gerakan penyimpangan yang disebabkan oleh turbulensi udara tanpa pengendalian oleh Pilot.

• Ada Tiga (3) jenis Gerakan yang perlu diperbaiki sendiri oleh ke-stabilan pesawat.

• Mengangguk (Pitch)

• Berguling (Roll)

• Berputar (Yaw) 168

Definisi Pilihan :

• Camber – different curvatures

• Camber Line – equidistant at all points from upper and lower surfaces

• Chord-Line – straight line through the profile connecting extremities of the LE and TE.

• Chord line – An imaginary straight line drawn through an airfoil from the leading edge to the trailing edge.

169

Definisi Pilihan : • Angle of Incidence – The angle formed by the

chord line of the wing and a line parallel to the longitudinal axis of the airplane.

• Center of Pressure – A point along the wing chord line where lift is considered to be concentrated. For this reason, the center of pressure is commonly referred to as the Center of Lift.

• Kecepatan suara di udara (Mach 1) adalah 340 ms-

1, dan 1500 ms-1 di air • • Knot merupakan singkatan dari nautical mile per

jam.

170

http://id.wikipedia.org/wiki/Kecepatan_suara

http://id.wikipedia.org/wiki/Udara

http://id.wikipedia.org/wiki/Mach

http://id.wikipedia.org/wiki/Air

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Knot&action=edit&redlink=1

struktur sayap pesawat udara...2016/10/06 · monoplane - pesawat dengan satu set sayap, biplane...

Documents