BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Landing Gear
Landing gear merupakan salah satu komponen penting dalam struktur persawat terbang. Terutama poros roda yang berfungsi menahan beban pesawat terbang pada saat pesawat terbang berada di darat dan menahan beban tumbukan (impact) saat pesawat melakukan pendaratan.
Dari segi urutan mendesain, landing gear merupakan komponen utama pada pesawat yang terakhir dirancang. Dengan kata lain, semua komponen utama (badan, sayap dan ekor) dirancang sebelum mendesain landing gear. Namun dalam beberapa kasus, desain landing gear dapat mendorong perancang pesawat untuk mengubah konfigurasi pesawat agar dapat memenuhi persyaratan desain landing gear.
Adapun fungsi utama dari landing gear adalah sebagai berikut:
1. Menjaga agar pesawat tetap stabil ditanah dan taxi.
2. Memungkinkan pesawat untuk bergerak bebas selama taxing.
3. Memberikan jarak aman antara komponen pesawat lainnya seperti sayap dan badan saat pesawat berada diatas tanah untuk mencegah kerusakan. 4. Untuk menyerap guncangan selama pesawat mendarat.
5. Memudahkan pesawat dalam lepas landas dengan memungkinkan pesawat untuk mempercepat laju dengan gesekan yang rendah.
Dalam rangka untuk memungkinkan landing gear agar dapat beroperasi secara efektif, maka ditetapkanlah syarat desain sebagai berikut.
1. Persyaratan jarak tanah 2. Persyaratan kemudi
3. Persyaratan putaran lepas landas
5. Persyaratan touch-down (kontak dengan tanah)
Penjelasan secara lebih rinci mengenai syarat desain ditambah hubungan antara syarat dan parameter landing gear dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Hubungan antara syarat desain landing gear dan parameternya No Syarat dan kendala Penjelasan Parameter
yang
mempengaruhi
1 Jarak tanah Jarak sayap, badan, dan mesin
terhadap tanah mesti masuk akal
Tinggi
2 Pengendalian (kemudi)
Beban pada roda depan harus dibatasi
Wheel base, Xn hingga Xcg 3 Putaran lepas landas Pesawat harus mampu berputar
pada sudut tajam
7 Touch-down Shock Absorber harus menyerap dan meringankan beban dinamis
Shock absorber, ban
8 Mendarat Kecepatan pendaratan mesti nol
sebelum akhir landas
10 Keutuhan struktur Defleksi struktur sayap di tengah karena berat pesawat
Walaupun landing gear merupakan komponen penting selama lepas landas dan mendarat, landing gear adalah bobot mati selama operasi penerbangan. Untuk alasan inilah di rekomendasikan untuk menarik kembali landing gear dalam pesawat untuk mengurangi drag pesawat agar kinerja pesawat meningkat.
2.2Konfigurasi Landing Gear
Langkah awal pada proses desain landing gear merupakan memilih konfigurasi landing gear. Fungsi dari landing gear dapat terlaksana melalui penerapan berbagai konfigurasi landing gear. Secaraa umum ada sembilan konfigurasi dari landing gear, yakni sebagai berikut ( Mohammad Sadraey) :
1. Single Main. 2. Bicyle. 3. Tail Gear.
4. Tricycle or Nose Gear. 5. Quadricycle.
7. Releasable Rail. 8. Skid.
9. Seaplane Landing Device.
Pada gambar 2.1 ditunjukkan beberapa contoh dari jenis roda pendaratan yang disebutkan diatas.
Gambar 2.1 Jenis Landing Gear
1. Single Main
gravitasi (di bawah bagian ekor). Dalam hal dimana gear utama di belakang pusat gravitasi, gear sekunder biasanya ditukar menjadi skid dibawah badan bagian depan. Mayoritas sailplane menggunakan single main landing gear karena kesederhanaannya.
Umumnya, single main landing gear tidak ditarik masuk ke badan pesawat, sehingga tinggi gearnya sangatlah kecil. Sebuah pesawat dengan single main landing gear tidak stabil di atas tanah, sehingga pesawat akan terbalik pada satu sisi (biasanya pada ujung sayap) ketika beristirahat di atas tanah. Dengan konfigurasi seperti ini, operator harus menahan kerataan sayap ketika pesawat diam dan sebelum lepas landas. Untuk mencegah jungkit ke samping, beberapa pesawat dilengkapi dengan dua gear kecil tambahan di bawah dua bagian sayap. Dalam sebuah pesawat tanpa roda tambahan, ujung sayap harus diperbaiki secara berkala, karena ujung sayap yang rusak selama setiap jungkit. Dua keuntungan dari konfigurasi ini adalah kesederhanaannya dan keringanannya. Di sisi lain, di samping ketidakstabilan tanah, kelemahan konfigurasi ini adalah lepas landas yang lebih lama dikarenakan putaran lepas landas yang terbatas. Jenis roda pendaratan single main landing gear ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Glider PZL-Bielsko SZD-48 Jantar Standard 3 dengan single gear landing gear.
2. Bicycle
memiliki ukuran yang sama. Untuk mencegah terjadinya jungkit ke samping, dua roda kecil sama ukuran di pasang pada sisi sayap. Jarak antara dua gear ke pusat gravitasi pesawat adalah sama, dan kedua gear tersebut mengangkut beban yang sama. Bicycle landing gear ini memiliki fitur yang sama dengan single main dan nyatanya merupakan kelanjutan dari single main. Konfigurasi ini tidak lah modern diantara desainer pesawat dikarenakan ketidakstabilan pada saat di tanah. Keuntungan dari konfigurasi ini adalah murah bagi pesawat dengan badan yang kecil dan konfigurasi sayap tinggi.
3. Tail-gear
Tail-gear landing gear memiliki dua roda utama di depan pusat gravitasi pesawat dan sebuah roda kecil dibawah ekor pesawat. Roda di depan pusat gravitasi pesawat sangat dekat dengan pusat tersebut (jika dibandingkan dengan roda belakang) dan mengangkat banyak berat pesawat dan bebannya, sehingga disebut juga dengan roda utama. Dua gear utama memiliki jarak yang sama terhadap pusat gravitasi dan mengangkat beban yang sama juga. Roda belakang jauh terhadap pusat gravitasi dan juga mengangkat beban yang lebih kecil sehingga disebut juga sebagai gear pembantu. Bagian beban total yang diangkat oleh gear utama adalah sekitar 80-90%, sehingga gear ekor hanya mengangkut sekitar 10-20%.
Gambar 2.3 Douglas C-47A Skytrain dengan tail-gear landing gear.
4. Tricycle
Tricycle adalah konfigurasi landing gear yang paling banyak digunakan. Roda belakang sangat dekat dengan pusat gravitasi pesawat (dibandingkan dengan gear depan) dan mengangkat sebagian besar beban dan berat pesawat, sehingga disebut dengan roda utama. Kedua gear utama berada pada jarak yang sama dari pusat gravitasi dalam sumbu x maupun sumbu y, dan keduanya mengangkat jumlah beban yang sama. Gear depan jauh dari pusat gravitasi (dibandingkan dengan gear utama), sehingga hanya mengangkat beban yang kecil. Bagian beban yang diangkat oleh gear utama adalah 80 – 90 % dari total beban, sehingga gear depan hanya mengangkat beban sekitar 10 – 20 % saja. Konfigurasi in kadang – kadang disebut juga dengan nose-gear.
Gambar 2.4 Transport aircraft McDonnell Douglas MD-88 dengan tricycle landing gear.
5. Quadricycle
Seperti namanya, landing gear quadricycle menggunakan empat gear, sama seperti mobil. Dua roda pada setiap sisi dimana dua roda di depan pusat gravitasi pesawat dan dua lagi di belakang pusat gravitasi tersebut. Beban pada setiap gear bergantung pada jaraknya terhadap pusat gravitasi. Jika roda depan dan belakang memiliki jarak yang sama terhadap pusat gravitasi pesawat, maka mereka akan mengangkat jumlah beban yang sama. Dalam kasus ini, sangatlah susah untuk memutar pesawat saat take-off dan landing, jadi pesawat akan melakukan take-off dan landing secara lurus. Hal ini tentu menyebabkan pesawat dengan konfigurasi ini memakan waktu yang lebih lama untuk take-off jika dibandingkan dengan konfigurasi tricycle.
Gambar 2.5 Bomber aircraft B-52 Stratofortress dengan quadricycle landing gear.
6. Multi-Bogey
Semakin berat pesawat, jumlah gear yang dibutuhkan semakin meningkat. Suatu konfigurasi landing gear dengan beberapa gear lebih dari empat roda juga meningkatkan performa take-off dan keselamatan landing. Ketika beberapa roda digunakan bersama – sama, mereka akan melekat pada suatu komponen struktural yang disebut sebagai “bogey” yang terhubung ke ujung strut (topangan). Pesawat dengan landing gear multi-bogey ini sangat stabil pada tanah dan selama taxi. Dari berbagai pengaturan landing gear, multi-bogey ini adalah yang paling mahal dan paling kompleks dalam manifakturnya. Ketika berat pesawat lebih dari 200000 lb, digunakan beberapa bogey masing – masing beroda 4 – 6. Jenis roda pendaratan Multi-bogey ditunjukkan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Transport aircraft Boeing 747 dengan multi-bogey landing gear.
7. Skid
tetap yang terdefleksi keluar ketika beban seperti berat pesawat diaplikasikan. Defleksi dari skid memainkan peran shock absorber selama operasi pendaratan. Namun karena sifat dari balok, maka tidak seefisien oleo shock absorber. Desain dari skid jika dibandingkan dengan landing gear biasa yang dilengkapi dengan roda jauh lebih sederhana. Persamaan dasar untuk defleksi balok dan tegangan bending dapat digunakan dalam merancang dan menganalisis skid. Selain itu, beban lelah dan umur lelah harus diperhitungkan untuk memprediksi ketahanan selip.
8. Seaplane Landing Device
Take-off dan landing di laut membutuhkan konfigurasi landing gear khusus. Fitur teknis dari jalur air sama sekal berbeda dari aspal permukaan keras. Dengan demikian, pesawat laut tidak mampu mengambil keuntungan dari roda apabila bekerja di air. Landing gear dari pesawat laut dan bentuk badan diatus oleh persyaratan desain sebagai berikut.
1. Peluncuran.
2. Pengurangan beban tiba -tiba air. 3. Mengambang.
4. Kestabilan statis lateral.
Salah satu variabel penting dalam merancang bentuk bawah badan pesawat adalah waterline (garis air) yang diambil dari dinamika kapal (lihat gambar 2.8). Tujuan dari “garis beban” adalah untuk memastikan bahwa sebuah kapal (seperti pesawat laut) memiliki lambung timbul yang cukup (yaitu ketinggiannya dari garis air ke dek utama) dan juga daya apung cadangan yang cukup. Lambung timbul dari kapal laut diukur antara titik terendah dari dek paling atas kontinu pada sisi dan permukaan air dan ini tidak boleh kurang dari lambung timbul yang diijinkan. Garis air atau garis beban menunjukkan batas yang diijinkan bagi kapal untuk diberi muatan. Setiap bagian dari pesawat di bagian bawah garis air akan terendam air. Kecepatan take-off dan landing pesawat ditentukan dari berbagai parameter lainnya seperti panjang garis air. Panjang dari garis air dapat berubah secara signifikan sebagai tumit kendaraan, dan dapat secara dinamis mempengaruhi kecepatan kendaraan.
Badan yang berada dalam cairan ditopang oleh gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Gaya apung (Fb) bereaksi secara vertikal keatas melalui pusat massa (centroid) dari volume dipindahkan.
Gambar 2.7 Ketentuan geometri pendaratan pesawat laut.
2.3Landing Gear dan Pusat Gravitasi Pesawat
Salah satu faktor penting dalam proses mendesain landing gear pesawat adalah untuk menentukan lokasi dari gear utama relatif terhadap pusat gravitasi pesawat. Gambar 2.8 menunjukkan geometri roda pendaratan dengan jenis Tail-gear landing Tail-gear.
Gambar 2.8 Landing Gear a. Pandangan depan
Penting mengkaitkan desain landing gear dengan pusat gravitasi pesawat adalah untuk memastikan variabel landing gear utama seperti wheel base, wheel track dan ketinggian roda yang memenuhi semua persyaratan.
2.4Tinggi Landing Gear
Tinggi landing gear didefinisikan sebagai jarak antara tanah yanh berhubungan dengan strut gear utama ke struktur pesawat. Dalam pemilihan tinggi pesawat ketika berada ditanah, ketinggian landing gear diukur ketika pesawat berada di tanah dan ketika badan pesawat berada pada posisi horizontal. (Mohammad Sadraey).
Gambar 2.9 Tinggi landing gear pada berbagai konfigurasi.
Pada gambar 2.9 menunjukkan tinggi dari roda pendarata pada berbagai konfigurasi roda pendaratan. Ban menyediakan kemampuan seperti shock arbsorber oleh defleksi ketika terjadi tubrukan dengan tanah. Pesawat dengan porors kaku hanya mengandalkan ban untuk menyerap goncangan. Ada lima persyaratan desain utama dimana ketinggian landing gear memainkan peran penting, yaitu: (Mohammad Sadraey)
1. Tinggi landing gear memberikan jarak dengan tanah selama taxi. 2. Tinggi landing gear memberikan jarak belakang pesawat terhadap
3. Tinggi landing gear memberikan kontribusi untuk pencegahan tip-back.
4. Tinggi landing gear memberikan kontribusi untuk pencegahan overturn.
5. Tinggi landing gear memenuhi persyaratan pemuatan dan penurunan.
2.5Persyaratan Umum Jarak Tanah
Salah satu fungsi utama dari landing gear adalah untuk melindungi struktur pesawat dari tanah. Hal ini dilakukan dengan memberikan jarak terhadap tanah. Jarak diukur dari titik terendah pesawat dari tanah. Pada beberapa pesawat komponen terendah adalah sayap, sedangkan di beberapa pesawat adalah badan pesawat dan beberapa lainnya mesin jet yang memiliki ketinggian terendah dari tanah. Dalam kasus apapun, jarak harus disediakan melalui ketinggian landing gear. Besar minimum jarak adalah fungsi dari beberapa parameter desain termasuk kebutuhan biaya, keamanan, kinerja, berat, stabilitas, inlet mesin, pemuatan dan operasional (Mohammad Sadraey). Pada Tabel 2.2 menunjukkan jarak dari berbagai komponen pesawat terhadap tanah.
Tabel 2.2 Jarak berbagai komponen terhadap tanah yang di rekomendasikan.
Jarak yang direkomendasikan memiliki rentang nilai karena fakta bahwa jenis pesawat, misi pesawat, kecepatan pesawat, jenis landasan dan biaya menetukan kendala lainnya. Untuk pesawat aeromodeling memiliki jarak tinggi sekitar 20 cm – 100 cm. (Mohammad Sadraey)
2.5.1 Persyaratan Jarak Tanah Rotasi Take-off
Sebuah pesawat biasanya berotasi sekitar roda utama untuk meningkatkan gaya angkat bagian depan pesawat untuk melakukan take-off. Pada sebuah pesawat tail-gear, ketinggian dari landing gear harus dirancang secara teliti sehingga ekor atau bagian belakang pesawat tidak terbentur dengan tanah selama rotasi take-off ataupun landing dengan sudut rotasi yang besar. Namun, dalam prakteknya, pesawat angkut disediakan dengan perisai yang dapat dilepas yang melindungi badan pesawat dari benturan tanah, disebabkan oleh fakta bahwa beberapa pilot yang tidak terampil merotasi pesawat begitu cepat sehingga pesawat belakang membentur tanah. Hal yang sama berlaku untuk operasi landing/pendaratan di mana sudut rotasi pesawat dan ketinggian roda harus sedemikian rupa sehingga tidak ada bahaya dari benturan ekor dan kru memiliki pandangan yang baik dari landasan pacu. Meskipun jarak tanah termasuk dalam desain landing gear, setiap tahun, ada beberapa laporan benturan pada ekor oleh pesawat transportasi.
Kecelakaan benturan ekor harus dicegah melalui peningkatan ketinggian landing gear. Solusi lain yang umum untuk masalah ini adalah untuk memotong badan pesawat bagian belakang dengan sudut upsweep. Terjadinya benturan itu diperiksa dengan melihat sudut antara tanah (dari kontak gear utama dengan tanah) ke awal sudut upsweep di badan pesawat (yaitu αC). Persyaratan jarak tanah rotasi take-off untuk mencegah benturan pesawat adalah sebagai berikut:
𝛼𝛼𝐶𝐶 ≥ 𝛼𝛼𝑇𝑇𝑇𝑇 ….………. (2.1)
dimana sudut jarak tanah adalah:
Gambar 2.10 Geometri jarak tanah rotasi take-off
Pada gambar 2.10 dapat dilihat geometri jarak tanah pada saat take-off. Dengan kata lain, jika sudut izin (αC) kurang dari sudut rotasi pesawat (αTO) saat take-off, pesawat akan membentur permukaan tanah. Jika tidak, akan ada jarak antara pesawat dan tanah dan badan pesawat tidak akan rusak selama rotasi take-off. Besarnya jarak dapat ditentukan dengan memeriksa segitiga (gambar ) yang terdiri dari tiga sisi: 1. jarak gear utama dibelakang ke awal sudut upsweep (yaitu AB); 2. ketinggian pesawat (Hf), dan 3. sudut rotasi take-off (αTO). Gambar menunjukkan segitiga ABC (bagian dari pesawat pada gambar ) yang terbentuk antara badan pesawat bagian bawah dan gear utama. Pesawat dirotasi sekitar gear utama (O atau C) dengan jumlah sudut rotasi take-off tertentu. Jarak minimum antara pesawat dan tanah (Hc) selama rotasi take-off adalah sekitar 30 cm. Pada Tabel 2.3 menujuukan rotasi Take-off pada pesawat.
Tabel 2.3 Rotasi Take-Off pada pesawat
No Tipe Pesawat sudut pitch take-off (o)
1 Sangat mudah digerakkan (seperti acrobatic, fighter)
10-20
2 Semi acrobatic 10-15
3 Penerbangan umum normal ringan 8-10
4 Transport kecil 6-8
Gambar 2.11 Pemeriksaan jarak tanah belakang badan pesawat selama take-off
Pada gambar 2.11 menunjukkan pemeriksaan bagian ekor pesawat terhadap tanah.
𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻= 𝐻𝐻𝑓𝑓+ 𝐻𝐻𝑐𝑐
cos𝛼𝛼𝐶𝐶 ... (2.3)
2.6Wheel Base
Wheel base merupakan jarak antar roda depan dan belakang. Wheel base mempunyai peran penting dalam distribusi beban antar roda utama dan roda belakang. Dengan demikian, wheel base harus ditentukan secara baik untuk memenuhi semua persyaratan desain yang relevan. (Mohammad Sadraey)
Gambar 2.12 Geometri Landing Gear
Desain posisi roda depan didasarkan pada posisi pusat gravitasi pesawat dan desain sesuai sudut yang diberikan pada bagian depan pesawat yaitu sekitar 20 – 25o. dan sudut kemiringan tiang roda pesawat yaitu sebesar 5o. Untuk menetukan posisi roda belakang pesawat dilakukan dengan mengikuti sudut yang telah diberikan pada bagian belakang pesawat. Perhitungan didasarka pada posisi sayap ekor pesawat dengan sudut 45o. dan kemiringan tiang roda belakang sebesar 5o. (L.Pazzani)
Gambar 2.5 menunjukan goemetri beban pada pesawat. Berat pesawat diangkut oleh 3 roda. Karena bentuk dari badan pesawat tersebut, beban yang diangkut oleh roda depan diasumsikan sebesar 70-80% dan roda depan 20-30%.(L.Pazzani)
Pada gambar 2.13 menunjukkan geometri beban pesawat. Perhitungan beban statis pada setiap gear dilakukan dengan menggunakan persamaan kesetimbangan. Roda depan diasumsikan sebagai gaya depan (Fdepan) dan roda belakang sebagai gaya belakang (Fbelakang). Karena pesawat dalam keadaan kesetimbangan statis, penjumlahan dari semua arah gaya z harus nol:
Σ Fz = 0 Fdepan + Fbelakang = W ... (2.4)
Selain itu, penjumlahan dari semua momen sekital roda belakang adalah nol:
Σ Mbelakang = 0 Fdepan b + Wm = W ... (2.5)
Dengan demikian persentase beban statis yang dibawa oleh gear depan pesawat :
Fn = = W x 𝐻𝐻
𝑏𝑏 ... (2.6)
Selain itu, persentasse beban statis yang dibawa oleh gear belakang adalah:
Fn = W x 𝑚𝑚
𝑏𝑏 ... (2.7)
Untuk menghitung beban dinamis roda depan digunakan rumus:
𝐹𝐹𝑛𝑛𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛 =
|𝐻𝐻𝐿𝐿|𝑊𝑊𝐻𝐻𝑐𝑐𝑐𝑐
𝑐𝑐𝐴𝐴 ……….………..….………...…(2.8)
Oleh karena itu, beban total pada gear depan selama landing adalah:
𝐹𝐹𝐷𝐷𝐷𝐷𝑛𝑛𝐻𝐻 𝑚𝑚𝐷𝐷𝐻𝐻 =𝐹𝐹𝐴𝐴+𝐹𝐹𝑛𝑛𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛………....……..………....(2.9)
2.7Wheel Track
Gambar 2.14 Wheel track pesawat
Wheel track dari roda utama harus diatur sehingga pesawat tidak mudah terguling karena angin atau selama pembelokan pada tanah. Sudut overturn diperkenalkan untuk dapat menentukan ukuran wheel track. Ada dua sudut overturn seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.15.
Gambar 2.15 Sudut overturn
1. Ketika melihat pandangan depan pesawat, sudut antara garis vertikal melewati pusat gravitasi pesawat dan salah satu roda utama adalah sudut overturn (Gambar 2.5-2). Dalam gambar ini parameter Hcg adalah ketinggian pusat gravitasi pesawat dari tanah.
2. Ketika melihat pandangan atas pesawat, pertama, buatlah suatu garis melewati pesawat dari gear utama dan gear hidung. Kemudian, menarik garis sejajar dengan garis ini melewati pusat gravitasi pesawat. Langkah
berikutnya adalah untuk membentuk segitiga dengan memilih jarak pada garis ini yang sama dengan panjang dari HCG (lihat Gambar 2.5-1), dan menarik garis tegak lurus ke titik ini. Langkah terakhir adalah untuk melewati garis dari persimpangan garis terakhir dari pusat gravitasi pesawat. Sudut overturn dibentuk oleh garis ini seperti yang ditunjukkan. Persyaratan sudut overturn yang dihasilkan tidak boleh mencapai 60o, jika sudut overturn mencapai 60o maka perhitungan wheel track dianggap gagal.
Sebagai aturan praktis, trek roda harus sedemikian rupa sehingga sudut overturnΦot berada di dalam batas yang direkomendasikan berikut:
Φot≥ 250…...……….…….(2.10)
2.8Roda
Roda didesainagar dapat menahan berat dari pesawat. Biasanya roda utama menahan 90% dari total berat pesawat. Untuk konsep awal perancangan digunakan pendekatan statistik. Pada Tabel 2.4 memberikan persamaan untuk menghitung roda . (P. Raymer)
D = A 𝑊𝑊𝐻𝐻B ... (2.11)
Dimana 𝑊𝑊𝐻𝐻 = berat pada roda
