Kenapa Sayap Pesawat Berbentuk Airfoil? Simak Penjelasan Ilmiahnya!
Pesawat terbang telah mengalami perkembangan desain dari masa ke masa semenjak pertama kali Wright bersaudara menemukan pesawat terbang bertenaga mesin pada tahun 1903. Pada pesawat pertama itu, Wright bersaudara sudah mengadopsi bentuk airfoil untuk sayap pesawatnya meski implementasinya masih kurang efisien. Lantas mengapa airfoil menjadi begitu penting dalam dunia penerbangan dan bagaimana cara kerjanya?
1. Apa itu airfoil?
Airfoil merupakan bentuk geometri unik yang mampu memberikan keuntungan dalam sistem aerodinamika sebuah wahana terbang. Airfoil pertama kali ditemukan pada tahun 1891 oleh Otto Lilienthal, seorang ahli penerbangan asal Jerman yang lahir pada tahun 1848. Otto Lilienthal melakukan uji coba penelitiannya dengan menerbangkan dirinya sendiri dibantu sayap yang berbentuk geometri airfoil. Sayangnya setelah lebih dari 2000 uji terbang yang dilakukannya, Otto Lilienthal meninggal dunia pada tahun 1896 karena insiden yang terjadi ketika sedang melakukan uji terbang.
Desain airfoil milik Otto Lilienthal menjadi yang pertama kali mampu menghasilkan gaya angkat dan kestabilan saat terbang. Otto Lilienthal melakukan eksperimennya dengan mengambil inspirasi dari bentuk sayap burung. Lilienthal menyadari bahwa bentuk lekukan pada sayap burung memiliki peranan yang sangat penting bagi burung saat sedang terbang di udara. Bentuk lekukan inilah yang akhirnya diadopsi oleh Otto Lilienthal menjadi bentuk geometri airfoil dan meninggalkan bentuk sayap yang datar.
Bentuknya yang unik memungkinkan dihasilkannya gaya angkat besar dengan gaya hambatan sekecil mungkin ketika berada di suatu lingkungan fluida (udara). Bentuk airfoil saat ini telah mengalami diferensiasi sehingga diperoleh berbagai variasi bentuk geometri yang disesuaikan dengan kebutuhan dan jenis wahana terbang.
2. Airfoil memanfaatkan prinsip Bernoulli
Pada dasarnya bentuk airfoil memanfaatkan prinsip Bernoulli yang menyatakan bahwa pada suatu titik di lingkungan fluida dengan kecepatan tinggi akan memiliki tekanan yang rendah. Sebaliknya, pada suatu titik di lingkungan fluida dengan kecepatan rendah akan memiliki tekanan yang tinggi. Prinsip inilah yang kemudian dimanfaatkan pada desain airfoil untuk menghasilkan gaya angkat yang efisien.
Bentuk airfoil yang melengkung pada permukaan atas dan cenderung mendatar pada permukaan bawah membuat luasan area pada bagian atas lebih besar dibandingkan pada bagian bawah. Besarnya luasan area pada permukaan airfoil berpengaruh pada kecepatan udara yang mengalir di sekitarnya.
Berdasarkan persamaan kontinuitas, maka udara yang mengalir pada permukaan atas airfoil bergerak sangat cepat. Sebaliknya, udara pada permukaan bawah airfoil akan mengalir dengan lintasan yang lebih lurus sehingga memiliki kecepatan yang lebih rendah. Akibatnya, permukaan atas airfoil memiliki tekanan yang lebih besar dibandingkan tekanan pada permukaan bawah airfoil.
3. Gaya angkat akibat airfoil
Seperti yang kita ketahui, udara selalu bergerak dari lingkungan dengan tekanan tinggi ke lingkungan dengan tekanan rendah. Perbedaan tekanan pada permukaan atas dan bawah airfoil akan membuat udara di bawah airfoil (tekanan tinggi) mendorong ke atas mengarah ke bagian atas airfoil (tekanan rendah). Akibatnya, sayap pesawat memperoleh gaya angkat dari udara tersebut. Oleh karena itu, berdasarkan hukum Newton, ketika gaya angkat lebih besar dibandingkan gaya gravitasi dan gaya hambatan maka pesawat terbang mampu melayang di udara.
Untuk membuktikan fenomena ini, kamu bisa melakukan percobaan sederhana dengan menyiapkan selembar kertas tipis. Kemudian, pegang salah satu ujung kertas tersebut sehingga terbentuk permukaan kertas yang melengkung. Selanjutnya pada ujung kertas yang kamu pegang, lakukan tiupan sekencang mungkin ke atas permukaan kertas bayangkan seperti udara yang mengalir kencang pada permukaan atas airfoil. Maka, kamu akan dapat melihat kertas yang ditiup tersebut terangkat.
4. Gaya hambatan pada airfoil
Semua benda yang bergerak di udara akan mengalami gaya hambatan udara. Gaya hambatan ini bisa kamu rasakan ketika kamu sedang mengendarai sepeda motor dengan kecepatan yang tinggi. Pesawat terbang yang bergerak dengan kecepatan jauh lebih tinggi dibandingkan sepeda motor tentu akan merasakan gaya hambatan yang jauh lebih besar.
Airfoil didesain untuk mengatasi besarnya gaya hambatan ini dengan membentuk ujung sayap yang melengkung secara smooth sehingga luasan area yang terkena dampak dari gaya hambatan udara akan lebih kecil. Airfoil merupakan desain yang jenius karena tak hanya mampu menghasilkan gaya angkat secara efisien, tetapi juga sekaligus memperkecil gaya hambatan yang dirasakan pesawat terbang.
Desain unik airfoil mampu memberikan efisiensi aerodinamika, sehingga kita bisa terbang menjelajah samudra dengan aman. Ternyata sayap pesawat tidak didesain sembarangan, ya! Terdapat peran krusial yang dimiliki oleh sayap pesawat.
