Prinsip Kerja Helikopter

HELIKOPTER

  DEFINISI

• Helikopter merupakan alat transportasi yang digerakan oleh rotor dan memiliki kemampuan mendarat dan terbang secara vertikal. Helikopter juga bisa bergerak maju dan mundur di udara, selain itu helikopter memiliki kemampuan mengapung di udara. Karena kemampuannya ini helikopter banyak di manfaatkan untuk berbagai kepentingan.Helikopter mendapatkan daya untuk bergerak dari rotor yang berputar. Rotor helikopter memiliki bentuk aerofoil yang mirip dengan sayap pada pesawat terbang. Saat rotor berputar udara akan bergerak pada permukaan atas rotor mengakibatkan tekanan diatas rotor rendah dari yang dibawah rotor sehingga helikopter terangkat keatas.

• Helikopter mesin diciptakan oleh penemu Slovakia Jan Bahyl. Dibandingkan dengan pesawat sayap – tetap lainnya, helikopter lebih komplex dan lebih mahal untuk dibeli dan dioperasikan, lumayan lambat, memiliki jarak jelajah dekat dan muatan yang terbatas. Sedangkan keuntungannya adalah gerakannya; helikopter mampu terbang di tempat, mundur, dan lepas landas dan mendarat secara vertikal. Terbatas dalam fasilitas penambahan bahan bakar dan beban/ketinggian, helikopter dapat terbang ke lokasi mana pun, dan darat di mana pun dengan lapangan sebesar rotor dan setengah diameter. Landasan helikopter disebut helipad.

Sejarah Helikopter Kata helikopter berasal dari bahasa Yunani helix (spiral) dan pteron (sayap). Sesuai dengan namanya, Helikopter merupakan pesawat sayap-berputar yang dapat bergerak naik turun secara vertikal dan bermanuver di udara memanfaatkan tenaga yang dihasilkan dari oleh satu atau lebih rotor (propeller) horizontal besar. Helikopter pertama dibuat oleh Paul Cornu pada tahun 1907. Helikopter ini adalah pesawat terbang yang pertama yang dapat lepas landas secara vertikal yang menggunakan dua rotor baling-baling berdiameter 6 meter sebagai pengganti sayap pesawat dan mampu terbang pada ketinggian 1,5 meter dan bertahan selama 1 menit Pada bulan Januari 1924, Raul Pateras de Pescara, seorang kebangsaan Argentina yang bekerja di Eropa membuat helikopter Pescara yang mampu terbang selama 10 menit, dan pada 18 April 1924 berhasil mengukir rekor dunia helikopter dengan jarak terbang 736 meter selama 4 menit 11 detik, namun pada 4 Mei 1924 Etienne Oemichen berkebangsaan Perancis berhasil membuat rekor dunia baru yakni jarak terbang 1,692 km, waktu terbang 14 menit dengan ketinggian 15 meter. Pada Oktober 1930, Corradino D’Ascanio berkebangsaan Italia menciptakan helikopter D’Ascanio dan berhasil menempuh jarak separuh mil pada ketinggian 59 ft ( 18 meter) selama 8 menit dan 45 detik Era baru perkembangan helikopter terjadi pada September 1939, sebuah helikopter Amerika pertama yang didesain oleh Igor Skorsky keturunan Rusia yang lahir di Amerika melalui Vought-Sikorsky Company. Helikopter ini bernama Sikorsky’s VS-300, merupakan helikopter pertama yang sukses menggunakan rotor/baling-baling belakang (Tail Rotor) yang berfungsi untuk menetralkan tenaga putaran yang diproduksi oleh baling-baling utama. Jenis-Jenis Helikopter Setelah perang dunia ke-2 perkembangan helikopter terjadi sangat pesat untuk berbagai tujuan. Beberapa jenis helikopter yang ada saat ini antara lain:

1. U.S. Army CH-137
2. Textron 206B-3 JetRanger III
3. V-22 Osprey
4. Sikorsky S-92A
5. CH-47 Chinook
6. RAH-66 Comanche
7. Westland Lynx

1. 1.      Helikopter U.S. Army CH-137

Helikopter U.S. Army CH-137 merupakan helikopter militer AS yang digunakan untuk mobilisasi pasukan dan peralatan perang        

      1. 2.      Helikopter Bell Textron 206B-3 JetRanger III Helikopter Bell Textron 206B-3 JetRanger III merupakan helikopter sipil yang digunakan kepolisian di negara bagian Texas, Amerika Serikat

1. 3.      Helikopter V-22 Osprey

V-22 Osprey merupakan helikopter yang rotornya dapat diputar arah vertikal untuk keperluan lepas landas maupun pendaratan dan jika rotor diputar horisontal helikopter tersebut dapat melaju seperti layaknya pesawat terbang biasa. Pesawat ini dikembangkan atas kerjasama antara Bell/Bel Textron Helikopter dan Boeing.

1. 4.      Helikopter Sikorsy S-92A

Helikopter Sikorsky S-92A merupakan helikopter yang digunakan untuk mengangkut orang/penumpang maupun barang. Desain Helikopter merupakan modifikasi dari helikopter militer UH-60L Black Hawk dan SH-60B Sea Hawk. Helikopter ini mampu mengangkut hingga 20 orang penumpang dan mempunyai kapasitas beban lebih dari 4,6 ton.

1. 5.      Helikopter CH-47 Chinook

Helikopter Ch-47 Chinook merupakan helikopter pengangkut ber-rotor ganda yang dibuat tahun 1961 untuk keperluan militer Amerika Serikat.

1. 6.      Helikopter RAH-66 Comanche

Helikopter RAH-66 Comanche merupakan helikopter pengintai yang dilengkapi senjata dan pertama kali diterbangkan tahun 1996 untuk keperluan angkatan perang AS. Helikopter ini hasil kerjasama antara Sikorsky cabang korporasi dan perusahaan Boeing. Helikopter dengan dua awak ini mampu terbang dengan kecepatan 320 km/jam.

1. 7.      Helikopter Westland Lynx

Helikopter Westland Lynx merupakan helikopter buatan Inggris tercepat di dunia saat ini, dengan kecepatan 249,10 mph (400,80 km/jam). Catatan waktu tercepat ini diperoleh bulan Agustus 1986 yang dipiloti oleh John Egginton.      PRINSIP KERJA

• Helikopter bisa terbang karena gaya angkat yang dihasilkan oleh aliran udara yang dihasilkan dari bilah – bilah baling – baling rotornya. Baling – baling itu yang mengalirkan aliran udara dari atas ke bawah. Aliran udara tersebut sedemikian deras sehingga mampu mengangkat benda seberat belasan ton.

1. 1.      Airfoil

Pada dasarnya, prinsip dasar terbang dari pesawat bersayap tetap (fixed wing) dengan helikopter yang dikenal juga pesawat bersayap putar. Kuncinya ada pada dua kekuatan besar yang bekerja terpadu, menghasilkan gaya angkat dan daya dorong yang besar.

• Pada helikopter, fungsi sayap digantikan oleh baling-baling yang setiap baling-balingnya meski berukuran lebih kecil dari sayap pesawat biasa, namun ketika diputar, curvanya relatip sama dengan sayap pesawat. Untuk mendapatkan gaya angkat, baling-baling rotor harus diarahkan pada posisi tertentu sehingga dapat membentuk sudut datang yang besar. Prinsipnya sama dengan pesawat bersayap tetap, pada helikopter ada dua gaya besar yang saling memberi pengaruh. Aliran udara yang bergerak ke depan baling – baling menekan baling – baling sehingga bilah baling – baling terdorong balik ke belakang menghasilkan suatu gaya angkat kecil. Tetapi ketika ketika aliran udara bergerak cepat melewati bagian atas dan bawah bilah – bilah baling – baling, tekanan udara yang besar diantara baling-baling otomatis akan mengembang ke seluruh permukaan yang bertekanan lebih rendah, menyebabkan baling-baling terdorong ke atas dan helikopterpun terangkat. Yang perlu diingat, meski bilah-bilah baling-baling itu hanya beberapa lembar, namun dalam keadaan berputar cepat, ia akan membentuk suatu permukaan yang rata dan udara yang menekannya ke atas menimbukan tekanan besar yang akhirnya menghasilkan gaya angkat yang besar pula. Prinsip ini sama dengan fungsi propeler pada pesawat bermesin turboprop dan sama pula dengan “kitiran” mainan anak-anak itu. Beberapa helikopter yang digunakan dalam perang, seperti Mi-26 Hind misalnya dilengkapi dengan sayap kecil yang disebut canard, fungsi pertamanya untuk meringankan beban rotor utama dan yang kedua untuk meningkatkan laju kecepatan dan memperpanjang jangkauan jelajah. Fungsi lain adalah sebagai gantungan senjata, rudal dan lain-lainnya. Dengan menambahkan sayap pendek ini, maka perbedaan fungsional antara pesawat tetap dengan helikopter menjadi samar. Pesawat bersayap tetap juga ada yang mampu terbang-mendarat secara vertikal (Vertical Take-off Landing/VTOL). Contoh: Harrier dari jenis Sea Harrier atau AV-8 Harrier. Kelebihan pesawat bersayap tetap, terutama soal terbangnya karena pesawat berjenis ini memiliki platform yang lebar sehingga relatif lebih stabil saat melakukan penerbangan. Soal menerbangkannya, itu persoalan mengatur kemudi guling pada sayap dan stabilizer tegak dan datar yang ada pada ekornya. Tetapi pada Helikopter tidaklah demikian. Ketika bilah – bilah baling – baling rotornya menghasilkan gaya angkat rotornya sendiri sendiri bekerja memindahkan udara di atasnya ke bawah sebanyak banyaknya. Disaat itu berat udara yang dipindahkan mengurangi berat helikopter sehingga helikopter itu terangkat. Dan bila helikopter itu terangkat, berarti terjadi keseimbangan berat antara udara yang dipindahkan dari atas ke bawah dengan bobot helikopternya. Untuk mengoperasikan helikopter itu ada alat kemudi yang biasa disebut collective pitch dan cyclic pitch masing-masing berfungsi sebagai pengatur gaya angkat dan pendorong helikopter untuk melaju ke depan.

1. 2.      Tail Rotor

• Begitu pula halnya dengan konfigurasi rotor, bukan hanya sekedar bisa berputar lalu terbang dan mengambang. Sebab saat baling-baling diputar akan selalu menimbulkan tenaga putaran yang disebut dengan istilah umum torque. Untuk menghilangkan atau menangkal tenaga putar yang bisa menyebabkan badan helikopter itu berputar, maka perlu dipasang antitorque.

Antitorque ini dapat berupa tail rotor atau rotor ekor yang dipasang pada ekor pesawat yang juga berfungsi sebagai rudder. Konfigurasi ini dapat dilihat pada helikopter umumnya seperti Bell-412, Bell-205 atau UH-1 Huey, atau NBO-105, dan AS-330 Puma atau AS-335 Super Puma, AH-64 APACHE atau Mi-24 HIND. Selain menggunakan tail rotor, masih ada beberapa desai yang lain. Misalnya yang menggunakan sistem tandem seperti yang digunakan pada helikopter Boeing CH-47 Chinook atau CH-46 Sea Knight. Kedua rotor tersebut yang bersama-sama berukuran besar masing-masing ditempatkan di depan dan di belakang badan helikopter. Keduanya simetris namun memiliki putaran yang berlawanan arah . Maksudnya untuk saling meniadakan efek putaran yang ditimbulkan satu sama lain, intermesh dalam bahasa populernya. Cara lain adalah dengan konfigurasi egg-beater. Konfigurasi rancang bangun seperti ini digunakan pada helikopter Ka-25 Kamov buatan Rusia atau Kaman HH-43 Husky. Kedua baling-baling yang sama besarnya itu diletakkan dalam satu poros, terpisah satu sama lain dimana yang satu diletakkan diatas rotor lainnya. Keduanya berputar berlawanan arah. Maksudnya untuk menghilangkan efek putaran atau torque.   1. 3.      Rotor Aktif atau Tilt Rotor dan Sayap Aktif atau Tilt Wing Tinggal landas dan mendarat helikopter berkarakter terbang seperti pesawat bersayap tetap merupakan konsep yang dianut oleh helikopter jenis ini. Cara termudah adalah menggabungkan konsep kerja pesawat helikopter dengan pesawat bersayap tetap dalam satu wujud.

• Prinsip kerjanya secara teknis bila rotor utama diarahkan ke atas maka gerakan vertikal yang dilakukan helikoter dapat dilakukan sedangkan saat rotor diarahkan ke depan atau ke belakang (sebagai pursher atau pendorong) maka karakter terbang seperti pesawat tetap dapat diperoleh. Gerakan rotor seperti ini tidak perlu melibatkan sayap. Sebenarnya pengembangan rotor aktif ini masih diliputi kegamangan, masalahnya adalah sistem tadi bisa saja disebut pesawat bersayap tetap karena memiliki sayap yang berlumayan besar, sekaligus memiliki ekor pesawat yang berkonfigurasi dengan pesawat bersayap tetap biasa. Akhirnya konsep ini disebut konsep hybrid. Contoh helikopter ini: V-22 Osprey. Selain konsep rotor aktif, ada pula konsep sayap aktif, dimana yang digerakkan bukanlah rotor seperti pada rotor aktif melainkan sayap pesawatnya. Sementara mesin tetap pada kedudukannya. Contoh helikopter ini: TW-68 (Ishida Corporation, Jepang) Rancangan ini disebut – sebut memiliki rancangan yang lebih ringkas dibandingkan dengan rotor aktif.

BAGIAN – BAGIAN UTAMA PADA HELIKOPTER  

a)      Bilah rotor (rotor blade) merupakan bentuk aerofoil yang sudutnya bisa diubah-ubah dan berfungsi untuk menimbulkan gaya angkat dan gaya dorong. Rotor blade melekat pada main rotor dengan bantuah rotor hub.

b)      Tail rotor terletak dibagain belakan helikopter, rotor ini merupakan rotor kecil yang berputar secara fertikal. fungsi rotor ini untuk mmebelokan helikopter sesuai arah yang dinginkan. selain itu tail rotor juga berfungsi untuk melawan torsi yang ditimbulkan oleh main rotor saat berputar (aksi dan reaksi)  

c)      Swash plate mempunyai dua bagian utama utama yaitu satu pelat yang tetap warna biru dan pelat yang berputar warna merah. Swash plate ini yang berfungsi untuk mengatur pergerakan pesawat dengan cara mengatur sudut serang udara pada rotor blade.   CARA HELIKOPTER TERBANG Seperti yang kita singgung di atas, helikopter memiliki kemampuan yang unik saat mengudara. Berikut ini bagaimana cara helikopter terbang. Untuk lebih paham lebih baik kita lihat sekilas tentang bentuk aerofoil baling-baling helikopter   Setiap baling-baling heli memiliki bentuk aerofoil yang mirip dengan sayap pada pesawat terbang. Daya angkat yang ditimbulkannya tergantung pada sudut serang (angel of attack) dan kecepatan baling-baling saat berputar.   Collective control Gerakan ini berfungsi untuk menaikan dan menurunkan helikopter. Gerakan ini di dapat dengan cara menaikan atau menurukan swash plate terhadap poros rotor utama tanpa mengubah sudut nya. Karena perubahan sudut serang (pith angel) serentak atau kolektif maka gerakan naik heli akan selalu konstan terhadap putaran baling-balingnya. Cyclic control Gerakan iniberhubungan dengan gerakan memutar dan maju. Untuk bergerak maju sudut serang blade di ubah dengan cara memiringkan swash plate. Karena sudut serang pada masing-masing blade tidak sama, maka gaya angkat pun berubah. Perbedaan gaya angkat inilah yang digunakan untuk memajukan, memundurkan, atau memutar peawat.

KAJIAN PUSTAKA 

• Materi dan Ilmu Fisika yang tercantum pada Helikopter :

a)      Ada beberapa macam gaya yang bekerja pada benda benda yang terbang di udara. Namun hingga saat ini, setidaknya ada 3 penjelasan yang diterima untuk fenomena munculnya gaya angkat pada sayap: prinsip Bernoulli, Hukum III Newton, dan efek Coanda. Sayap pesawat memiliki kontur potongan melintang yang unik: airfoil. Pada airfoil, permukaan atas sedikit melengkung membentuk kurva cembung, sedangkan permukaan bawah relatif datar. Bila sekelompok udara mengenai kontur airfoil ini, maka ada kemungkinan bahwa udara bagian atas akan memiliki kecepatan lebih tinggi dari bagian bawah. Hal ini disebabkan karena udara bagian atas harus melewati jarak yang lebih panjang (permukaan atas airfoil adalah cembung) dibandingkan udara bagian bawah.

b)      Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan fluida (untuk ketinggian yang relatif sama), maka tekanannya akan mengecil. Dengan demikian akan terjadi perbedaan tekanan antara udara bagian bawah dan atas sayap: hal inilah yang mencipakan gaya angkat.

c)      Hukum III Newton menekankan pada prinsip perubahan momentum manakala udara  dibelokkan oleh bagian bawah sayap pesawat. Dari prinsip aksi  - reaksi, muncul gaya pada bagian bawah sayap yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan sayap untuk membelokkan udara. Sedangkan penjelasan menggunakan efek Coanda menekankan pada beloknya kontur udara yang mengalir di bagian atas sayap. Bagian atas sayap pesawat yang cembung memaksa udara untuk mengikuti kontur tersebut. Pembelokan kontur udara tersebut dimungkinkan karena adanya daerah tekanan rendah pada bagian atas sayap pesawat (atau dengan penjelasan lain: pembelokan kontur udara tersebut menciptakan daerah tekanan rendah). Perbedaan tekanan tersebut menciptakan perbedaan gaya yang menimbulkan gaya angkat. Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi gaya angkat (lift), gaya dorong (thrust), gaya berat (weight), dan gaya hambat udara (drag). Gaya-gaya inilah yang mempengaruhi profil terbang semua benda-benda di udara, mulai dari burung-burung yang bisa terbang mulus secara alami sampai pesawat terbang yang paling besar sekalipun. Namun hal mendasar yang menyebabkan pesawat itu bisa mengudara adalah lebih kepada karena gaya angkat yang lebih tunduk kepada hukum Newton ketiga, yang secara sederhana berbunyi : SETIAP AKSI (daya) AKAN MENDAPAT REAKSI YANG BERLAWANAN ARAH DAN SAMA BESAR.

ANATOMI HELIKOPTER

1.  Cockpit, merupakan kabin awak/pilot yang terletak di bagian paling depan dari sebuah helikopter untuk mengendalikan/mengoperasikan helikopter.

2. Landing skids, merupakan bagian bawah helikopter untuk menyangga kedudukan helikopter ketika berada di landasan.

3. Engine, Transmision, fuel, merupakan komponen utama dari sebuah helikopter yang berfungsi menggerakkan semua mekanik yang ada dan tentunya memerlukan bahan bakar untuk menjalankan mesin yang disuplai dari tangki bahan bakar yang berada di bawah bagian belakang dari badan utama helikopter

4. Tail boom, merupakan tuas yang terletak di belakang badan utama helikopter yang berfungsi untuk menstabilkan gerak/manuver helikopter.   Kegunaan Helikopter Helikopter digunakan untuk berbagai keperluan, antara lain:

1. Keperluan militer
2. Keperluan Riset
3. Keperluan Kepolisian
4. Keperluan kemanusiaan dan penyelamatan (SAR)

1. Keperluan militer antara lain untuk:

Pengintaian dan pengawasan wilayah	Mobilisasi pasukan	Penyerangan

2. Keperluan Riset sebagai alat transportasi penelitian

3. Keperluan Kepolisian sebagai alat patroli

4. Keperluan kemanusiaan dan penyelamatan (SAR) antara lain untuk:

Pengiriman bantuan ke manusiaan	Penyelamatan/Evakuasi korban

HUKUM NEWTON II Sebuah benda bermassa m yang mendapat gaya sebesar F akan memmperoleh percepatan sebanding dengan gaya tersebut dan berbanding terbalik dengan massanya   Bila pada benda tersebut bekerja berbagai gaya, maka percepatannya dapat ditentukan dari hukum Newton II :

F	=	Gaya [N = newton]
m	=	Massa [kg]
a	=	Percepatan [m/s2 ]

Contoh masalah : [Dinamika I Gerak Vertikal] Sebuah helikopter bermassa 15000 kg mengangkat sebuah truk bermassa 4500 kg dengan percepatan sebesar 1,4 m/s2. Truk disebut diangkat dengan menggunakan kabel baja, Gaya angkat yang diterima oleh baling-baling helikopter arahnya vertikal ke atas. Tentukan besarnya tegangan pada kabel baja dan besarnya gaya angkat pada baling-baling helikopter.