PERANCANGAN KAPAL SELAM
BERDASARKAN KAJIAN BERAT,
DAYA APUNG & STABILITAS STATISNYA
Wibowo H Nugroho
Marine Structural Monitoring/Hydroelasticity Group Indonesian Hydrodynamics Laboratory
UPT- BPPH, BPPT Surabaya Indonesia
Abstract
This written work is a naval architectural assessment for designing a submarine to determine her weight, buoyancy and static stability. In addition of these an important function of weight margin is also described due to a well known fact that weight estimates cannot possibly be accurate until construction is complete.
Kata kunci : submarine weight & buoyancy, equilibrium polygon, static stability,
Weight margin
PENDAHULUAN
Pada kapal selam, berat keseluruhan dari kapal harus sama dengan berat dari air yang dipindahkan. Karena isi dari air yang dipindahkan saat di permukaan kurang daripada saat menyelam, maka diperlukan ballast dalam bentuk air yang dihisap ke dalam kapal selam untuk menenggelamkan kapal selam ini dari kondisi permukaan. Dalam kondisi dipermukaan, menyelam ataupun berlayar di dalam air, stabilitas statis dari kapal selam haruslah baik untuk mencegah kapal tidak terbalik saat beroperasi. Pada makalah ini, secara prinsip teknik perkapalan akan dijelaskan bagaimana suatu kapal selam dirancang untuk melakukan kinerja menyelam dan mengapung. Dimana hal ini harus dilakukan dengan menganalisa/mengkaji berat, daya apung dan stabilitas statisnya.
PRINSIP DASAR OPERASI KAPAL SELAM
Secara mudahnya kapal selam menyelam dan muncul ke permukaan laut dengan cara mengontrol masuk keluarnya air ke dalam tangki – tangki ballast hal ini diperlihatkan pada Gambar 1. Tangki – tangki yang digunakan untuk maksud ini adalah ciri khas dari kapal selam. Dimana pada kondisi 1 tangki ballast mulai terisi dengan air selanjutnya kapal selam akan menyelam dengan hydroplane mengarah ke bawah pada kondisi 2 sedangkan pada kondisi 3
kapal selam yang sudah beroperasi di dalam air dapat menembakkan torpedonya, untuk kembali ke permukaan tangki – tangki ballast diisi udara dan air dipompa keluar pada kondisi 4 ini hydroplane mengarah ke atas.Pada kapal selam modern jaman sekarang ada beberapa jenis tangki yang dipakai untuk membenamkan kapal selam dan mempertahankan kondisi trim saat menyelam. Kegunaan dari tangki – tangki ballast utama, tangki – tangki penyeimbang (compensating), tangki – tangki minyak diesel dan tangki – tangki kosong(negative) – semuanya ditunjukkan pada Gambar. 2 dan 3.
Gambar 1. Bagaimana Kapal Selam Menyelam Dan Muncul Ke Permukaan
Tangki utama ballast yang membungkus – melingkar badan kapal selam dimana ditunjukkan pada Gambar. 2 telah menjadi standar bagi semua kapal selam baru masa kini. Dibanding dengan tangki ballast yang dipakai pada masa lampau ( dimana meliputi sekitar 300 derajat dari badan bertekanan dan menyisakan daerah sekitar antara jam 10 sampai dengan jam 2 terbuka dibawah
ISSN 1410-3680 33 struktur dek bangunan atas) cara bungkus –
melingkar mempunyai beberapa keunggulan antara lain: (1) memberikan cadangan daya apung lebih tanpa merubah ukuran badan kapal atau koefisiennya (2) memberikan peralihan struktur yang lebih baik dari struktur bertekanan badan kapal (3) mengurangi struktur yang menghasilkan kebisingan saat beroperasi (4) memperbaiki kemampuan kapal untuk menahan kerusakan dari perubahan kedalaman. Penyeimbangan dari berbagai berat dikapal dilakukan dengan mengatur muatan cairan pada tangki perubah: yakni tangki – tangki bantu dan tangki trim depan dan belakang.Tangki Bantu dibagi dua yaitu sebelah kiri dan kanan untuk mengatur kemiringan.Tangki trim dapat mempertahankan kapal dalam kondisi lunas rata depan dan belakang pada kondisi menyelam. Tangki – tangki perubah dapat digunakan secara sendiri atau berkelompok untuk membawa kapal ke kondisi daya apung netral saat menyelam. Tangki perubah berupa sejenis kotak dimana bagian badan kapal yang bertekanan merupakan dinding sebagiannya.
Gambar 2.
Tangki, Ballast Utama Dan Penyeimbang (Compensating) Pada Kapal Selam
Tangki ini dirancang untuk mampu menahan tekanan penuh di dalam laut saat menyelam dengan kedalaman maksimum. Bahkan dengan kondisi operasi kedalaman saat ini jenis konstruksi dari tangki perubah memerlukan struktur lantai dan penguat memanjang yang berat dan lembar – lembar plat yang berukuran kecil.
Gambar 3. Tangki Minyak Diesel Dan Negatip pada Kapal Selam
Tangki negatif merupakan metoda peninggalan kapal selam masa lalu, dimana dia digunakan untuk membantu menukik selam lebih cepat dan menerima aliran air masuk secara berkala saat melakukan snorkeling( persis dibawah garis permukaan laut). Pada banyak kapal selam, terutama yang telah mengalami perubahan yang besar, tangki ini sangat diperlukan sebagai tangki bantu dengan beberapa kemungkinan kondisi muatan.
RANCANG BANGUN KAPAL SELAM
BERAT dan DAYA APUNG
Bobot normal permukaan, surf adalah bobot
saat menyelam subm dikurangi bobot dari
tangki – tangki ballast utama Wbt . Pada
kondisi ini kapal selam dalam keadaan Trim Selam Normal (Normal Diving Trim/ NDT) dan selalu mengapung pada garis air yang sama untuk semua kerapatan air. Lebih jauh lagi titik pusat isi dari cadangan daya apung berhimpit dengan posisi memanjang dari titik pusat isi tangki ballast utama. Mengacu pada Gambar. 4 pernyataan di atas dengan mudah dapat dibuktikan sebagai berikut: Isi daya apung cadangan RB = Isi dari
tangki ballast BT
Dalam kondisi keseimbangan :
1 + RB = 2 = subm = surf + Wbt
( 1 )Dan momen terhadap titik B2:
(-RB ) ( c ) + ( 1 ) ( d ) – (surf ) ( b ) + (Wbt
Dimana:
1 = surf Subkrip 1 mengacu pada kondisi
permukaan
2 = subm Subkrip 2 mengacu pada kondisi
menyelam
Untuk kondisi keseimbangan di permukaan d harus sama dengan b. Kemudian (RB)(c) =
(Wbt )(a) dan c = a. Dalam menggunakan
persamaan ( 1 ) dan ( 2 ) harus diperhatikan satuan yang dipakai untuk perhitungan isi dan berat. Apapun bentuk dari bagian atas dari kapal atau letak titik pusat berat dari tangki ballast utama , kapal selam harus melakukan trim kebawah di permukaan laut baik depan atau belakang sehingga vektor (RB ) dan (Wbt ) terletak pada garis vertikal
yang sama. Trim di permukaan dirubah melalui pergeseran isi, daripada pergeseran berat. Karena itu pada kapal selam trim di permukaan dapat dikontrol hanya dengan mengatur bentuk dari pengapung bagian atas dari kapal dan bentuk dan posisi depan – belakang dari tangki utama ballast. Untuk kapal selam berjenis benda bersumbu putar , bagian atas dari kapal perubahannya sangat kecil. Untuk sebuah bentuk tertentu bagian atas dari kapal pergeseran dari titik pusat isi dari tangki ballast utama ke depan akan mengakibatkan haluan ke atas pada kondisi di permukaan. Sebaliknya pergeseran titik pusat isi tangki ballast utama ke buritan akan mendorong haluan ke bawah pada kondisi di permukaan.
Polygon Keseimbangan
Polygon keseimbangan adalah alat perancangan yang mana memberikan tampilan gambar dari perubahan dalam berat dan momen yang mungkin terjadi dengan merubah – rubah jumlah cairan pada tangki ballast perubah. Pemaparan yang singkat pada tulisan ini untuk mendapatkan pengertian yang lebih baik tentang batas dari polygon tersebut akan dibahas pada bagian ini. Gambar. 5 menunjukkan polygon kesimbangan yang biasanya terdapat pada sebuah kapal selam bertenaga nuklir. Sumbu mendatar adalah momen dari air ballast yang berubah terhadap titik acuan di tengah tangki bantu dekat dari titik tengah kapal, dan sumbu tegak adalah berat dari air yang berubah. Dimulai dengan seluruh tangki kosong, jika tangki trim depan, tangki – tangki bantu, dan tangki trim belakang di isi sesuai dengan urutan absis dan ordinatnya, garis dari momen dan berat akan bergerak
dari A ke B ke C ke D. Seperti juga bila air pertamakali ditambahkan ke tangki trim belakang dan kemudian bergerak ke depan, garis momen dan berat akan berjalan melalui
A – F – E – D. Jadi polygon ini menentukan
dan membatasi seluruh kemungkinan kondisi dari berat dan momen yang dapat dibuat oleh tangki ballast perubah. Pengalaman telah membuktikan bahwa jika setiap kondisi operasi dari kapal selam dapat dibuat polygonnya, maka kapal selam tersebut akan dapat meluncur selam secara baik di setiap kondisi muatan atau kerapatan air. Kondisi – kondisi ini digambarkan dalam Gambar. 5 untuk kondisi sembarang dari muatan yaitu : dua kondisi kosong ( L – 1 dan L – 2), dua kondisi berat ( H – 1, H – 2 ), dua kondisi berat ke depan ( HF – 1, HF – 2) dan satu kondisi berat buritan (HA) dan dua kondisi kerapatan air yang berbeda ( 64,3 lb/ft3 dan 64,3 lb/ft3 ). Kondisi – kondisi muatan ini diturunkan dari pengalaman operasi dari kapal selam bermesin listrik – diesel. Untuk kapal selam bertenaga nuklir , pengaturan kembali mungkin dibutuhkan pada kondisi muatan yang sembarang. Cara untuk menentukan titik – titik dari sumbu tegak dan mendatar dapat dikurangi dengan penggunaan persamaan kalimat yang mudah yakni (1) berat dari ballast perubah (Variable ballasts) yang ditambahkan pada kondisi awal yang sembarang sama dengan bobot tenggelam di air dengan kerapatan tertentu dikurangi dengan kondisi kapal dengan berat - A ( kapal lengkap, benar – benar siap untuk berlayar, termasuk ballast timah hitam, permukaan cairan pada permesinan saat bekerja, udara di tangki cadangan pada kondisi penuh, permukaan cairan elektrolit pada batterai penyimpan pada kerja minimal, dengan kebutuhan untuk darurat dan air tetapi tanpa barang – barang habis pakai atau muatan yang berubah), Berat dari muatan perubah(variable loads) untuk kondisi awal sembarang dan berat dari air di tangki ballast utama (2) Momen dari ballast perubah yang ditambahkan pada sembaran kondisi awal sama dengan momen dari bobot yang tenggelam terhadap titik acuan yang telah ditentukan dikurangi dengan momen dari kapal dengan kondisi berat - A, momen dari berat karena muatan perubah yang telah diatas kapal saat kondisi sembarang awal dan momen dari berat karena air pada tangki utama ballast.
ISSN 1410-3680 35 Gambar 4.
Keseimbangan Moment
Gambar 5. Polygon Keseimbangan
Pada Gambar. 5 plot seluruh kondisi sembarang di dalam polygon dan karena itu kapal selam harus sanggup meluncur selam dalam seluruh kondisi yang dianggap mewakili kondisi ekstrim. Tetapi, jika polygon ini berdasar pada perhitungan yang diselesaikan pada suatu tahap perancangan, kesalahan akan pasti muncul pada lokasi muatan perubah dan perubahan akan dilakukan selama perioda pembangunan kapal selam tersebut. Karena itu lebih diinginkan untuk memperbesar sedikit ukuran dari tangki perubah pada tahap perancangan dan juga memperbesar lebar dan kedalaman dari polygon untuk keperluan kondisi darurat. Perubahan pada posisi dan jumlah dari ballast tetap timah hitam di kapal juga mengakibatkan beberapa pengaturan dalam titik – titik di dalam polygon. Pada penyelesaian dari kapal, uji kemiringan (inclining test) dan trim selam dalam keadaan diam memberikan cukup informasi untuk menentukan bobot kapal yang pasti dan tempat dari pusat gaya apung dan dengannya dapat ditentukan perlu tidaknya pergeseran jumlah dan ballast timah hitam.
Jika perubahan pada ballast timah diperlukan pada seluruh kondisi titik di dalam polygon, ini dapat dilihat dari persamaan kata – kata yang mudah sebelumnya yang mana titik – titik tersebut diturunkan dengan menambahkan ballast timah ke kapal menggerakkan seluruh titik kebawah polygon dan mengangkat kembali ballast timah tersebut dari kapal maka titik titik tersebut kembali ke atas. Seperti juag menggerakkan ballast timah ke depan dari kapal menggerakkan semua titik tersebut ke kiri dari polygon dan menggerakkan ballast timah tersebut ke arah buritan menyebabkan seluruh titik – tik tersebut bergerak ke kanan.
STABILITAS STATIS
Stabilitas statis dari kapal selam dapat dibahas dalam tiga bidang yang umum: yaitu, di permukaan air , saat menyelam ke air dan muncul dari dalam air, dan di bawah air. Di jaman kapal selam bermesin diesel – listrik perhatian sangat besar dilakukan pada kondisi di permukaan. Hal ini wajar karena pada jaman itu kapal selam menghabiskan waktunya lebih banyak di permukaan dan secara umum stabilitas dii permukaan juga lebih penting. Bentuk kapal selam yang biasanya dengan lebar garis air yang sempit dan tonjolan kedalam tidak baik untuk tinggi metacentra yang besar. Tetapi kapal selam yang beroperasi di permukaan mempunyai tinggi pusat berat tegak (VCG) yang relatif rendah dalam hubungannya dengan posisi tegak dari pusat gaya apung. Sebagai tambahan saat kapal selam berada di laut bagian atasnya tertutup dan kedap air kecuali untuk bukaan kecil yang diperlukan untuk induksi udara dan jembatan masuk yang mana bertempat di atas garis air. Sebagai hasilnya kapal selam mempunyai cakupan stabilitas yang besar. Pada kapal selam berbentuk benda bersumbu putar dengan tangki yang berbungkus – lingkar, metasentranya berada pada sumbu simetrinya, dan dengan pusat gaya beratnya di bawah sumbu simetri cakupan stabilitasnya sampai 180 derajat pada kondisi permukaan. Pada Perang Dunia I sampai ke era kapal selam Barbel ( SS580) seluruh kapal selam bermesin diesel – listrik AS dibangun dengan struktur badan ganda, bagian dalam dirancang untuk menahan tekanan air laut saat menyelam penuh dan bagian luar untuk menyimpan minyak diesel dan ballast air. Pada jaman sebelum kapal selam Barbel bagian struktur badan terluar
dirancang untuk memberikan tahanan kapal yang rendah dalam kondisi permukaan dalam cakupan rasio operasi kecepatan – panjang. Lebar tangki - ballast juga sangat membesar pada garis air permukaan untuk menambah kelebaman pada bidang air dan dengannya memperbesar tinggi metasentra awal. Bentuk ini juga menunjukkan kehilangan yang banyak dari lengan momen (righting momen) saat tangki atas tenggelam tetapi cakupan stabilitas masih di atas 90 derajat. Tinggi metasentra dari kondisi permukaan diperlukan saat mulainya perancangan kapal selam baru oleh Angkatan laut AS, walau tidak besar tetapi sangat besar dibanding nilai yang dapat diterima oleh angkatan laut negara lain. Pertumbuhan berat walaupun tidak segencar di kapal permukan tetap merupakan masalah yang besar di kapal selam. Pada kapal permukaan tambahan berat dalam jumlah besar pada pusat gaya berat mempunyai pengaruh yang kecil pada stabilitas. Pada kapal selam sejumlah tambahan tersebut akan menyebabkan kehilangan pada stabilitas karena ballast timah sebesar itu sekitar 2 ft di atas lunas akan dihilangkan. Pada sebuah kapal selam hanya tambahan berat di sekitar 2 ft dari lunas yang diterima tanpa kehilangan stabilitas. Karena itu tinggi metasentra yang besar diperlukan oleh kapal selam angkatan laut AS masa lalu untuk sanggup mengoperasikan kapal selam selama bertahun – tahun tanpa adanya perubahan besar seperti yang dilakukan oleh bangsa – bangsa lain yang menerima nilai lebih rendah. Tinggi metasentra yang diterima oleh Angkatan Laut AS juga menyebabkan kapal selam jenis Fleet untuk tetap beroperasi pada permukaan bahkan dalam kondisi angin hingga badai tanpa harus mengalami kemiringan yang berbahaya. Walaupun dibawah kondisi tersebut kapal selam dapat menyelam untuk menghindarinya, tetapi hal ini masih merupakan nilai yang berarti untuk kapal selam diesel – listrik yang harus ke permukaan laut saat tegangan baterai rendah pada kondisi angin ribut. Untuk kapal selam saat ini yang berbentuk benda bersumbu putar pada kondisi di permukaan mempunyai tinggi metasentranya mendekati sumbu dari kapal selam pada kondisi sudut kemiringan apapun. Karena itu kurva lengan momen dalam bentuk GM sin dan adalah positip sampai = 1800 . Oleh karena itu dengan tinggi metasentra GM lebih rendah , masih dapat diterima jika dibanding dengan kapal selam berangka ganda dan bertangki atas yang mana tidak mempunyai cakupan
stabilitas ini. Penerimaan pengurangan 25 persen dari GM menghasilkan pengurangan stabilitas metasentra pada sudut kemiringan 15 derajat atau kurang tetapi diluar dari sudut kemiringan ini perbedaan stabilitas lebih baik pada jenis kapal selam yang terbaru. Adalah mungkin diharapkan pengalaman lebih banyak dengan kapal selam ini yang menunjukkan kelayakan untuk menerima tinggi metasentra yang lebih rendah. Gambar. 6 menunjukkan posisi tegak dari titik pusat gaya apung, B, pusat gaya berat untuk stabilitas melintang, Gt , dan
metasentra melintang , Mt , dari sebuah kapal
selam berbentuk benda bersumbu putar sebagai fungsi dari sarat. Selama kondisi transisi dari tenggelam dan di permukaan terjadi permukaan bebas yang besar pada tangki ballast. Jika pengaruh ini diabaikan saat perancangan, GMt negatif dapat terjadi
selama masa transisi tersebut. Pada penyelaman hal ini bisa menjadi masalah kecil karena peristiwa tersebut sangat cepat sehingga stabilitas negatif berlangsung singkat sehingga tak menimbulkan pengaruh yang berbahaya. Tetapi saat menuju permukaan kondisi ini dapat berlangsung beberapa menit dan dibawah kondisi tertentu bisa berbahaya. Oleh karena itu Biro Klasifikasi Kapal mensyaratkan minimal GMt
positip sebesar ¼ ft selama melakukan trim- dari/ke bawah air. Saat kapal selam tenggelam keseluruhannya, bidang air menghilang, dan jari – jari metasentra melintang BMt dan jari – jari metasentra
memanjang BMl keduanya menjadi nol.
Selama proses penenggelaman B naik di atas G.
Gambar 6.
Kurva MT, B Dan GT Untuk Kapal Selam
Berbentuk Benda Bersumbu Putar Saat tangki ballast penuh , permukaan bebas berkurang dan BG sin menjadi lengan momen pembalik bawah air untuk arah melintang dan memanjang walaupun
ISSN 1410-3680 37 perbedaan kecil pada koreksi permukaan –
bebas akan menyebabkan perubahan kecil antara BGt dan BGl . Nilai keduanya BGt
dan BGl relatif kecil maka setiap
kemungkinan untuk meminimalkan permukaan bebas harus dilakukan. Hal ini adalah benar sepanjang tentang BGl karena
tangki – tangki dan bilga hampir semuanya lebih panjang dibanding lebarnya. Peralatan harus ditambahkan untuk menjaga permesinan bilga kering atau hampir kering selalu untuk mempertahankan nilai positip dari BGl . Penetapan yang kaku dari batas
bawah tinggi metasentra saat tenggelam yang diterima (BGt dan BGl ) adalah tugas
yang sulit. Kapal – kapal selam telah beroperasi dengan ketinggian metasentra serendah 3 inch dalam kondisi tenggelam. Seperti juga saat ini kriteria yang pasti untuk tinggi metasentra saat tenggelam belum ditetapkan. Untuk membatasi kemiringan saat membelok mempunyai ketinggian metasentra yang besar sangat menolong bahkan yang lebih tinggi dari yang sering dipraktekkan. Nilai yang besar tersebut juga menyebabkan stabilitas gerak yang baik pada bidang tegak terutama pada kecepatan rendah. Tetapi nilai besar tersebut juga dapat menyebabkan masalah pada pengendaliannya pada kecepatan rendah saat kendali permukaan tak mampu untuk menahan stabilitas metasentra kapal. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mendapatkan analisa yang lebih masuk akal untuk menyelesaikan kebutuhan yang bertentangan tersebut dan untuk menghasilkan criteria yang jelas bagi ketinggian metasentra. Untuk saat ini nilai minimal untuk GM di permukaan disyaratkan. Nilai – nilai ini biasanya dianggap sebagai tinggi metasentra saat tenggelam dan paling tidak telah cukup baik dari segi pengoperasian kapal selam saat ini. Ballast timah tetap selalu diperlukan untuk mendapatkan stabilitas yang diinginkan.
Balast ini dipasang sedekat mungkin ke garis dasar kapal untuk mendapakan pengaruh yang maksimal dalam merendahkan titik pusat berat. Pada sebuah kasus dimana perubahan yang besar dilakukan pada kapal selam Barbaro untuk membawa Regulus I dimana ballast timah tersebut dipasang dibawah lunas kapal dalam bentuk batang lunas untuk merendahkan titik pusat berat ke yang disyaratkan. Pada kapal selam bermesin diesel – listrik masa lalu baterai penyimpan mempunyai berat lebih dari setengah dari berat permesinannya dan ditempatkan di
posisi paling bawah dari kapal agar mengurangi kebutuhan akan ballast tetap untuk keperluan stabilitas kapal. Pada kapal selam nuklir kapasitas baterai telah banyak terkurangi. Sebagai hasilnya berat dari baterai pada semua kasus hanya sepuluh persen dari berat mesin keseluruhan, sehingga tidak begitu besar pengaruhnya untuk merendahkan titik beratnya. Beberapa kapal selam nuklir memerlukan sebanyak 7,2 persen dari bobot di permukaannya untuk ballast timah agar criteria stabilitas terpenuhi. Tetapi pada kapal selam serang terbaru, Thresher, pengurangan yang besar pada tinggi pusat berat tegak dari struktur badan kapal dapat dicapai dengan penghilangan seluruh bangunan atas ditambah dengan pengurangan ukuran dari tonjolan atas. Sebagai hasilnya hanya diperlukan sedikit jumlah ballast timah yang diperlukan yaitu sekitar 1,25 persen dari bobot di permukaan untuk memenuhi kriteria stabilitas yang sama.
Gambar 7.
Diagram Distribusi Cadangan Timah (Margin Lead)
Cadangan Berat (Weight Margin)
Pada bagian terdahulu telah diketahui bahwa kapal selam militer umumnya mempunyai isi – terbatas. Pada kondisi ini ballast timah harus ditambahkan untuk membuat kapal selam tenggelam. Pada keadaan ini sepertinya tidak konsisten untuk memerlukan cadangan berat dari rancangan baru kapal selam. Lebih cocok kiranya memasukkan isi tambahan. Akan tetapi tidak ada cara yang praktis untuk memberikan isi tambahan yang dapat ditempatkan di berbagai lokasi di kapal selam. Lebih jauh lagi pada kapal selam pengaturan ruangnya sangat sulit dibanding dengan kapal di permukaan sehingga tambahan isi yang kecil akan cepat terpakai dan hilang selamanya. Sedangkan cadangan berat dapat
didistribusikan dengan batasan yang ada berbagai bagian dari kapal. Fakta yang sudah diketahui bahwa perkiraan berat kapal selam tak pernah tepat sebelum konstruksi kapal selam telah lengkap dan oleh karena itu biasanya cadangan berat dilakukan pada akhir perencanaan. Jumlah dari cadangan berat jarang dilakukan berdasarkan kenyataan dilapangan tetapi lebih ke pertimbangan kerekayasaan. Jika ada perencanaan kapal selam baru yang berbeda hanya beberapa item dibanding dengan pendahulunya dimana dapat diperhitungkan dengan tepat maka cadangan berat yang sedikit masih diperbolehkan. Pada kasus yang lebih umum dimana perencanaan kapal selam sangat berbeda cadangan berat yang lebih besar dapat dipakai karena kapal selam yang dilengkapi dengan ballast yang berlebih masih dapat melakukan semua fungsinya dimana dia dengan berat berlebih saat penyelesaian tidak dapat menyelam tanpa melakukan perubahan yang besar. Kapal selam USS Tang (SS563) adalah pelajaran bagi hal ini. Kapal tersebut diperpanjang di galangan untuk mendapatkan daya apung saat menyelam dan kemudian dua tangki ballastnya dirubah menjadi struktur tekan badan kapal untuk maksud yang sama sebelum kapal selam ini bisa beroperasi di lautan lepas. Disamping sebuah cadangan untuk mengijinkan perubahan selama masa detail perencanaan dan pembangunan kapal juga disukai untuk mempunyai cadangan sisa saat kapal selam telah selesai untuk mengijinkan tambahan wajib ke kapal selama masa dinas kapal yang lama. Biro Klasifikasi kapal sekarang tekah menentukan bahwa kapal selam yang telah selesai tak hanya mempunyai ballast timah yang cukup untuk memenuhi kriteria stabilitas tetapi juga harus mempunyai minimum 20 ton untuk keperluan timah masa datang yang dapat dihilangkan jika ada perubahan dengan titik berat kumulatif terleltak pada sumbu kapal. Dalam prakteknya seluruh sisa cadangan berat saat kapal telah selesai harus dipasang sebagai ballast timah bersama dengan ballast timah yang diperlukan untuk stabilitas untuk mendapatkan berat kapal pada kondisi berat – A dan sehingga kapal dapat menyelam saat beban tak tetap, ballast tak tetap dan ballat utama ditambahakan. Pemballastan ulang biasanya diperlukan setelah test kemiringan dan trim selam dilakukan dan hasilnya dianalisa. Pemballastan ulang mungkin memerlukan pengurangan atau penambahan beberapa ballasat timah begitu juga penempatan ulang secara longitudinal pada kapal agar poligon keseimbangan
masih melingkupi titik – titik yang menunjukkan kondisi berbagai muatan. Cadangan untuk mengkompensasi dari pertumbuhan berat selama masa pembangunan dan untuk pengembangan penting masa datang adalah kunci dari perencanaan yang sukses; tetapi penentuan jumlah dari cadangan dan titik pusat berat vertikal belum memadai, karena jumlah yang dapat dihilangkan hanya pada posisi longitudinalnya. Pada lokasi depan atau belakang jumlah lebih sedikit dari cadangan juga tersedia. Adalah sangat mungkin untuk mendapatkan cadangan sebesar 180 ton dari kapal selam seberat 3000 ton akan tetapi adalah tidak mungkin untuk menambahkan berat pada item seperti pada main reduction
gear yang bertempat pada belakang kapal
walau dengan sejumlah 10 ton karena ketidakmampuan untuk menyeimbangkan kapal secara longitudinal. Karena itu adalah perlu untuk tidak hanya menentukan maksimum cadangan yang tersedia dan posisi vertikalnya tetapi juga menentukan jumlah dari cadangan yang dapat dihilangkan pada setiap lokasi memanjang kapal. Informasi ini diperlukan selama fase perencanaan awal saat outline dari struktur tekan badan kapal dibuat sehingga perubahan dari outline ini dapat dimuat untuk memastikan cadangan yang cukup akan tersedia pada lokasi depan dan belakang kapal dimana terjadi keraguan yang besar pada berat akhir kapal selam. Sebuah diagram yang menggambarkan secara grafis cadangan yang tersedia pada setiap posisi memanjang di kapal. Gambar 7 menunjukkan bagaimana diagram tersebut dibuat. Dari laporan akhir distribusi berat jumlah keseluruhan timah (TL) yang diperlukan untuk mencapai kondisi berat – A bersama dengan lokasi memanjangnya berkembang. Juga dari mempelajari beratnya jumlah dari timah yang diperlukan untuk maksud stabilitas (SL) ditentukan. Perbedaan antara kedua nilai diatas disebut dengan cadangan timah ( ML). Dari pengamatan pada pengaturan kapal seseorang dapat membuat perencanaan penyimpanan timah yang menunjukkan maksimum jumlah timah yang dapat disimpan pada berbagai lokasi longitudinal sepanjang kapal dan cukup dekat dengan lunas kapal. Kurva bagian atas pada Gambar 6 menunjukkan data yang sebelumnya dihitung dari rencana penyimpanan timah. Perhatikan bahwa kurva ini tidak menunjukkan jumlah keseluruhan timah di kapal tetapi menunjukkan jumlah maksimum timah yang dapat disimpan pada lokasi sekitar 2ft di atas lunas kapal. Kurva
ISSN 1410-3680 39 bertulisan ” dapat dipakai buritan” dan ”dapat
dipakai haluan ” menunjukkan penambahan berat maksimum yang dapat terjadi pada lokasi longitudinal tetentu dan masih memperbolehkan kapal selam untuk mencapai keseimbangan selam secara logitudinal. Untuk mendapatkan maksimum jumlah dari cadangan timah yang dapat dihilangkan di jarak – b ke buritan dari posisi memanjang keseluruhan timah, diperlukan peletakan timah stabilitas sejauh mungkin ke depan. Lebih jauh lagi untuk dapat memhilangkan X – ton sejauh mungkin ke buritan bagian yang tersisa dari cadangan timah , (ML – X) juga harus diletakan sejauh mungkin ke depan untuk mencapai kesetimbangan longitudinal i.e .
ML
x
c
a
SL
bX
.
.
( 3 )Dari persamaan moment ini jarak maksimum ke buritan , b, dimana X – ton cadangan timah yang dapat dihilangkan bisa ditentukan. Hal yang sama juga dilakukan untuk lokasi lainnya dengan berbagai cadangan timah yang dapat dihilangkan dapat ditentukan dan diagram lengkap di tunjukkan pada Gambar 7. Diagram yang baru harus dibuat jika perubahan besar terjadi pada laporan akhir distribusi berat kapal selam.
KESIMPULAN
Pembuatan polygon keseimbangan kapal selam untuk sembarang kondisi setelah perhitungan berat dan daya apung sangat diperlukan untuk mengoperasikan kapal pada segala kondisi pelayaran.
Perhitungan stabilitas statis seperti penentuan tinggi metasentra kapal selam perlu hati – hati dilakukan untuk mendapatkan kinerja kapal selam yang baik dan aman. Untuk mengantisipasi perubahan – perubahan yang terjadi saat kapal selam mulai perancangan hingga selesai pembangunannya dapat merubah juga sifat – sifat stabilitasnya harus diperhitungkan juga cadangan berat dan
distribusinya yang nantinya dapat dihilangkan apabila diperlukan.
DAFTAR PUSTAKA
Arentzen E. S, Mandel P, Naval
Architectural Aspects of Submarine Design, Presented at Annual Meeting of
THE SOCIETY OF NAVAL ARCHITECT AND MARINE ENGINEERS , New York, NY November 17-18, 1960,
Chant C, An Illustrated Data Guide to
SUBMARINES of WORLD WAR II, Tiger
books International London (1997)
Fuller G. H, S.W.O.T. That Submarine, International Symposium WARSHIP 2002 NAVAL SUBMARINES 7, 19-20, London, UK The Royal Institution of Naval Architects
Lewis VE, Principle of Naval Architecture
Vol I Strength and Stability, SNAME 1988
Wood T, Spotlight on Submarines, Franklin Watts – London (1989)
RIWAYAT PENULIS
Wibowo H. Nugroho, lahir di Jakarta, tahun
1967, lulus Sarjana Teknik Perkapalan (Ir/1990) dari Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya, Msc (1994) di bidang Engineering Mathematics, dari University of Newcastle, Newcastle Upon Tyne, The United Kingdom. Dan PhD (2002)
di bidang Smart Structure / Mechanical
Engineering, Monash University ,Melbourne,
Australia. Saat ini bekerja sebagai Perekayasa pada divisi Penelitian dan Pengembangan untuk Hidroelastisitas/Marine Structural Monitoring pada UPT Balai Pengkajian dan Penelitian Hidrodinamika, BPP Teknologi Surabaya. Penulis juga menjadi staf pengajar Teknik Mesin pada Universitas Muhammadiyah Sidoarjo dan pasca sarjana F.T kelautan ITS, Surabaya
