Pemilihan Airfoil Pesawat Aeromodelling

     "Jantung" dari performa pesawat terbang adalah sayapnya, karena tanpa sayap pesawat tidak dapat menjalankan fungsinya, yaitu terbang. Sedangkan sayap itu sendiri ditentukan oleh bentuk airfoil, maka pemilihan airfoil menjadi sangat penting dalam mendesain pesawat terbang. Begitu juga dengan pesawat aeromodelling, pemilihan airfoil menjadi penting walaupun keterbatasan pembuatan menjadi hambatan utama. Kalangan aeromodeller sering mengabaikan pemilihan airfoil karena power loading yang tinggi sudah menutupi karakter airfoil. Tetapi pesawat aeromodelling dengan performa yang tinggi, menjalankan misi dengan optimal serta pertimbangan efisiensi energi memerlukan pemilihan airfoil yang tepat.

     Sebelum membahas tentang pemilihan airfoil, alangkah baiknya kita kenali penamaan/nomenklatur dari airfoil itu sendiri :

http://vignette2.wikia.nocookie.net/gtae6343/images/f/fb/Nomenclature.png/revision/latest?cb=20090920171302

Leading edge : Ujung depan dari airfoil atau sayap yang secara umum berbentuk cembung.
Trailling edge : Ujung belakang dari airfoil atau sayap yang secara umum berbentuk runcing.
Chord : Panjang garis yang ditarik dari leading edge ke trailing edge.
Chamber : Besarnya jarak antara garis rata-rata airfoil atas dan bawah terhadap garis tengah (Chord line)
Thickness : Ketebalan airfoil maksimal.
Dari nomenklatur diatas, didefinisikan pula mean chamber line dan chord line seperti terlihat pada gambar.

     Nomenklatur tersebut penting untuk dipahami karena digunakan dalam proses pemilihan airfoil. Airfoil didesain menggunakan pengetahuan, teori dan pengujian yang intensif sehingga akan memakan waktu yang lama dalam membuat airfoil baru, oleh karena itu, dalam mendesain pesawat disarankan menggunakan airfoil yang sudah tersedia (kecuali perusahaan yang sudah besar dan desain pesawat yang benar-benar radikal). Database airfoil dapat dengan mudah ditemukan di internet, sebagai contohnya airfoil NACA seri 4, 5 dan 6 yang pada dasarnya adalah variasi dari geometri airfoil pada gambar diatas.

     Adapun berikut adalah penjelasan dari masing-masing faktor :

1. Pengaruh Besarnya Maksimum Chamber
     Maksimum chamber menggambarkan seberapa besar airfoil "melengkung" keatas. Secara umum, semakin besar maksimum chamber, maka besarnya lift coefficient pada sudut serang nol akan semakin besar, serta lift coefficient maximum airfoil tersebut akan naik. Memang sekilas semakin besar maksimum chamber akan semakin menguntungkan, namun, seiring meingkatnya lift coefficient pada sudut serang nol maka kondisi operasional sudut serang akan menjadi sempit, yaitu sangat cepat stall pada sudut serang yang kecil.
      Pada prinsipnya, control surface seperti aileron, ruder, elevator serta flap bekerja berdasarkan kenaikan nilai maksimum chamber, ketika control surface tersebut didefleksikan kebawah, maka maksimum chamber akan bertambah, sebagai akibatnya lift akan bertambah tanpa perubahan sudut serang.

2. Pengaruh nilai t/c (ketebalan airfoil)
     t/c adalah thickness to chord ratio, atau perbandingan antara tebal terhadap panjang chord airfoil. semakin besar t/c maka airfoil akan semakin tebal (dengan panjang chord yang sama). Secara umum, semakin besar nilai t/c maka nilai maksimum lift coefficient akan bertambah, atau stall akan terjadi pada sudut serang yang semakin tinggi yang mana liftnya lebih tinggi. Keuntungan dari maksimum lift coefficient yang tinggi adalah pesawat menjadi tidak mudah stall dan stall speed nya menjadi lebih rendah, yang artinya pesawat dapat landing dengan kecepatan rendah dan terkontrol.
Namun dampak dari meningkatnya t/c adalah bertambahnya drag. Airfoil yang tebal biasanya dimanfaatkan untuk menyimpan bahan bakar yang banyak pada sayap serta meningkatkan kekuatan struktural sayap.

3. Pengaruh letak ketebalan maksimum dari leading edge
     Semakin maju letak ketebalan maksimum (dekat dengan leading edge), maka leading edge airfoil akan terlihat semakin "menggembung" sedangkan semakin mundur, airfoil bagian depan akan terlihat semakin tirus (bedakan dengan tipis). Secara umum, semakin maju letak ketebalan maksimum, maka maksimum lift coefficient juga akan semakin naik, seperti pada pengaruh t/c, yaitu stall akan terjadi pada sudut dan lift yang lebih tinggi. Namun, semakin maju letak ketebalan maksimum, drag akan semakin tinggi.

     Penjelasan sebab dari efek-efek diatas merupakan pembahasan yang cukup kompleks dan intensif sehingga tidak dibahan pada artikel ini. Kemudian, selain parameter-parameter diatas, airfoil juga dibagi menjadi beberapa kategori berdasarkan bentuknya, yaitu symetrical, semi symetrical, flat bottom, under chambered serta reflexed.

1. Symetrical

 

     Secara definisi, airfoil ini memiliki chamber yang selalu bernilai nol, yaitu simetris antara atas dan bawah. Airfoil ini biasa digunakan untuk ekor, baik horizontal maupun vertical stabilizer serta pesawat aerobatik dengan manuver yang ekstrim.

2. Semi-symetrical

 

     Airfoil ini memiliki bentuk kurva atas yang lebih melengkung dari pada kurva permukaan bawah. Airfoil jenis ini paling umum digunakan pada pesawat konvensional seperti trainer, sailplane dan beberapa aerobatik.

3. Flat bottom

 

     Airfoil ini memiliki permukaan bawah yang rata dan permukaan atas melengkung. Memiliki drag yang relatif besar dan biasa digunakan untuk pesawat dengan kecepatan yang sangat rendah. Keunggulan dari airfoil ini adalah mudah dibuat, terutama untuk pesawat model (aeromodelling).

4. Under chambered

 

     Memiliki bentuk permukaan atas dan bawah yang melengkung keatas, sehingga chamber rata-ratanya relatif tinggi. Airfoil jenis ini biasa digunakan untuk scale model, sailplane, free flight serta paling umum digunakan untuk pesawat yang membutuhkan high lift.

5. Reflexed airfoil

 

     Jenis airfoil ini memiliki trailing edge yang melengkung keatas sehingga secara keseluruhan membentuk menyerupai huruf S yang tipis. Airfoil ini biasa digunakan untuk pesawat flying wing (tail less), karena airfoil reflex menghasilkan efek momen (rotasi) positif, yaitu nose-up pada pesawat, sehingga menggantikan fungsi horizontal stabilizer.

     Dalam perhitungan desain pesawat, data dari airfoil tidak dapat digunakan secara langsung pada perhitungan, data-data tersebut akan berubah terhadap parameter desain sayap seperti planform, aspect ratio, taper ratio dan lain-lain yang akan dibahas pada artikel desain planform sayap.