Helikopter: Sejarah, Karakteristik Desain, Bahaya, dan Inovasi

Helikopter

Helikopter merupakan sebuah jenis pesawat rotor yang menghasilkan gaya angkat dan dorongan melalui rotor yang berputar secara horizontal. Kemampuan ini memungkinkan helikopter untuk lepas landas dan mendarat secara vertikal, serta melayang dan bergerak maju, mundur, serta menyamping. Fitur ini membuat helikopter dapat digunakan di daerah padat atau terisolasi, di mana pesawat dengan sayap tetap atau jenis pesawat lain seperti STOL (Short Takeoff and Landing) atau STOVL (Short Takeoff and Vertical Landing) tidak dapat beroperasi tanpa landasan pacu.Pada tahun 1942, Sikorsky R-4 menjadi helikopter pertama yang diproduksi dalam skala penuh.

Meskipun banyak desain helikopter sebelumnya menggunakan lebih dari satu rotor utama, konfigurasi dengan satu rotor utama dan rotor ekor anti-torsi vertikal telah menjadi yang paling umum. Namun, helikopter dengan dua rotor utama, baik dalam konfigurasi tandem maupun melintang, kadang-kadang digunakan karena kapasitas kargo yang lebih besar dibandingkan dengan desain monorotor. Selain itu, helikopter koaksial, tiltrotor, dan kombinasi lainnya juga digunakan saat ini. Helikopter quadrotor (quadcopters), yang pertama kali dirintis pada tahun 1907 di Perancis, bersama dengan jenis multicopters lainnya, telah dikembangkan terutama untuk aplikasi khusus seperti drone.

Karakteristik desain

Helikopter adalah jenis pesawat rotor di mana gaya angkat dan daya dorongnya dihasilkan oleh satu atau lebih rotor yang berputar secara horizontal. Sebaliknya, autogyro (atau gyroplane) dan gyrodyne memiliki rotor yang berputar bebas untuk sebagian atau seluruh selubung penerbangan, mengandalkan sistem daya dorong terpisah untuk mendorong pesawat ke depan, sehingga aliran udara mengatur putaran rotor untuk menyediakan angkat. Helikopter gabungan juga menggunakan sistem dorong terpisah, namun tetap menyuplai tenaga ke rotor selama penerbangan normal.

Sistem rotor, atau lebih sederhananya rotor, adalah bagian berputar dari helikopter yang menghasilkan gaya angkat. Rotor dapat dipasang secara horizontal, seperti rotor utama, memberikan daya angkat secara vertikal, atau dipasang secara vertikal, seperti rotor ekor, untuk memberikan gaya dorong horizontal guna melawan torsi dari rotor utama. Rotor terdiri dari tiang, hub, dan bilah rotor.

Anti-torsi sangat penting dalam helikopter untuk mengimbangi torsi yang dihasilkan oleh gaya aerodinamis. Desain rotor ekor yang kecil, seperti yang digunakan pada VS-300 milik Igor Sikorsky, adalah metode umum untuk mencapai ini, di mana rotor ekor mengimbangi torsi dengan mendorong atau menarik ekor. Ada juga metode lain seperti kipas saluran (Fenestron atau FANTAIL) dan NOTAR, yang menggunakan efek Coandă pada boom ekor untuk memberikan anti-torsi.

Ada berbagai konfigurasi rotor yang digunakan dalam helikopter, termasuk rotor tandem, rotor melintang, rotor koaksial, dan rotor intermeshing. Selain itu, ada juga multirotor yang digunakan pada drone, serta desain tip jet yang memungkinkan rotor mendorong dirinya sendiri melalui udara.

Mesin adalah elemen kunci dalam desain helikopter yang menentukan ukuran, fungsi, dan kemampuan pesawat. Dari mesin sederhana awal seperti karet gelang hingga mesin pembakaran internal dan turboshaft modern, perkembangan mesin telah menjadi titik balik dalam kemampuan helikopter.

Kontrol penerbangan helikopter melibatkan empat input: siklik, kolektif, anti-torsi, dan throttle. Siklik mengatur sudut bilah rotor utama, kolektif mengubah sudut pitch semua bilah rotor utama secara kolektif, pedal anti-torsi mengendalikan arah hidung pesawat, dan throttle mengatur daya yang dihasilkan oleh mesin.

Helikopter gabungan adalah varian yang menggunakan sistem tambahan untuk daya dorong dan mungkin memiliki sayap kecil untuk meningkatkan kecepatan maksimum pesawat dengan melepaskan beban rotor saat berlayar. Ini memungkinkan putaran rotor diperlambat untuk meningkatkan kecepatan maksimum pesawat.

Sejarah

Desain awal

Sejarah penerbangan vertikal berakar dari Tiongkok kuno sejak sekitar 400 SM, ketika anak-anak Tiongkok telah menghibur diri dengan mainan terbang dari bambu yang disebut "atasan Tiongkok". Mainan helikopter bambu ini ditenagai dengan memutar sebatang tongkat yang terikat pada rotor, menciptakan gaya angkat yang memungkinkannya terbang saat dilepaskan. Ide-ide terkait dengan pesawat sayap putar juga ditemukan dalam buku Daois abad ke-4 Masehi Baopuzi oleh Ge Hong.

Helikopter Paul Cornu, 1907

Desain mirip helikopter Tiongkok juga muncul dalam lukisan Renaisans dan karya lainnya. Pada abad ke-18 dan awal abad ke-19, ilmuwan Barat mengembangkan mesin terbang berdasarkan konsep mainan Tiongkok. Namun, baru pada awal tahun 1480-an, Leonardo da Vinci menciptakan desain mesin yang dapat dianggap sebagai cikal bakal "sekrup udara", yang merupakan kemajuan signifikan dalam penerbangan vertikal.

Pada Juli 1754, Mikhail Lomonosov dari Rusia mengembangkan model koaksial kecil yang meniru mainan Tiongkok dengan dukungan perangkat pegas. Dia mendemonstrasikannya di Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia sebagai metode potensial untuk mengangkat instrumen meteorologi. Pada tahun 1783, Christian de Launoy dan mekaniknya, Bienvenu, menggunakan versi koaksial dari mainan Tiongkok dalam model yang menggunakan bulu terbang kalkun sebagai bilah rotor, dan mendemonstrasikannya di Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis pada tahun 1784. Sir George Cayley, terinspirasi oleh gasing terbang Tiongkok, mengembangkan model bulu yang didukung oleh karet gelang, yang kemudian mempengaruhi eksperimen penerbangan masa depan.

Pada tahun 1861, Gustave de Ponton d'Amécourt dari Perancis menciptakan kata "helikopter" dan mendemonstrasikan model kecil yang ditenagai uap. Meskipun model tersebut tidak pernah lepas landas, kontribusinya dalam bidang linguistik bertahan sebagai deskripsi bagi penerbangan vertikal. Pada tahun 1877, Enrico Forlanini dari Italia mengembangkan helikopter tak berawak yang ditenagai mesin uap, yang berhasil naik ke ketinggian 13 meter dan bertahan selama 20 detik. Pada tahun 1887, Gustave Trouvé dari Paris membuat helikopter listrik model.

Pada Juli 1901, Hermann Ganswindt melakukan penerbangan perdana helikopter di Berlin-Schöneberg, yang mungkin merupakan penerbangan pertama yang menggunakan motor yang lebih berat dari udara yang membawa manusia. Sejumlah eksperimen dan inovasi terus dilakukan oleh para penemu, termasuk Thomas Edison dan Ján Bahýľ, yang mengadaptasi mesin pembakaran internal untuk menggerakkan model helikopter mereka. Meskipun banyak percobaan yang tidak berhasil, upaya mereka tetap menginspirasi kemajuan di bidang penerbangan vertikal.

Penerbangan pertama

Pada tahun 1906, dua bersaudara Perancis, Jacques dan Louis Breguet, mulai bereksperimen dengan airfoil untuk helikopter. Eksperimen ini menghasilkan Gyroplane No.1 pada tahun 1907, yang kemungkinan adalah contoh quadcopter paling awal yang diketahui. Meskipun tanggal pastinya tidak pasti, antara tanggal 14 Agustus dan 29 September 1907, Gyroplane No.1 berhasil mengangkat pilotnya ke udara sekitar 0,6 meter selama satu menit. Meskipun demikian, helikopter ini sangat tidak stabil dan memerlukan seorang pria di setiap sudut badan pesawat untuk menahannya agar tetap stabil. Oleh karena itu, penerbangan Gyroplane No.1 dianggap sebagai penerbangan helikopter berawak pertama, meskipun tidak bersifat bebas atau tanpa tambatan.

Pada tahun yang sama, penemu Perancis lainnya, Paul Cornu, merancang helikopter Cornu yang menggunakan dua rotor berputar berlawanan sepanjang 6,1 meter yang digerakkan oleh mesin Antoinette berkekuatan 24 hp. Pada tanggal 13 November 1907, Cornu berhasil mengangkat penemunya hingga 0,3 meter dan tetap tinggi selama 20 detik. Meskipun pencapaian ini tidak sebesar Gyroplane No.1, namun dianggap sebagai penerbangan pertama yang benar-benar gratis dengan seorang pilot. Meskipun melakukan beberapa penerbangan lagi dan mencapai ketinggian hampir 2,0 meter, helikopter Cornu terbukti tidak stabil dan akhirnya ditinggalkan.

Pada tahun 1909, J. Newton Williams dari Derby, Connecticut, dan Emile Berliner dari Washington, DC, berhasil menerbangkan helikopter di laboratorium Berliner di lingkungan Brightwood, Washington.Pada tahun 1911, filsuf dan ekonom Slovenia, Ivan Slokar, mematenkan konfigurasi helikopter.Penemu Denmark, Jacob Ellehammer, membangun helikopter Ellehammer pada tahun 1912, yang terdiri dari kerangka dengan dua cakram berputar berlawanan, masing-masing dilengkapi dengan enam baling-baling. Setelah beberapa penerbangan, helikopter ini mengalami kecelakaan pada September 1916, menghancurkan rotornya. Selama Perang Dunia I, Austria-Hongaria mengembangkan PKZ, sebuah prototipe helikopter eksperimental, dengan dua pesawat dibangun.

Perkembangan awal

Pada awal 1920-an, Raúl Pateras-Pescara de Castelluccio dari Argentina, saat bekerja di Eropa, berhasil mendemonstrasikan salah satu penerapan nada siklik pertama yang berhasil. Rotor biplan koaksial yang ia kembangkan dapat dibengkokkan untuk meningkatkan dan menurunkan gaya angkat secara siklis. Pateras-Pescara juga berhasil mendemonstrasikan prinsip autorotasi. Pada Januari 1924, helikopter Pescara No.1 diuji, tetapi ternyata bertenaga rendah dan tidak mampu mengangkat bebannya sendiri. Namun, model 2F yang dia kembangkan mencetak rekor. Pemerintah Inggris mendanai penelitian lebih lanjut oleh Pescara yang menghasilkan helikopter No. 3, didukung oleh mesin radial 250 tenaga kuda yang dapat terbang hingga sepuluh menit.

Pada Maret 1923, majalah Time melaporkan bahwa Thomas Edison mengirimkan ucapan selamat kepada George de Bothezat atas keberhasilan uji terbang helikopternya. Edison mengatakan bahwa Bothezat telah menciptakan helikopter pertama yang sukses. Helikopter tersebut diuji di McCook's Field dan berhasil mengudara selama 2 menit 45 detik pada ketinggian 15 kaki.

Pada tanggal 14 April 1924, Étienne Oehmichen dari Prancis mencetak rekor dunia helikopter pertama yang diakui oleh Fédération Aéronautique Internationale (FAI), dengan menerbangkan helikopter quadrotornya sejauh 360 meter. Namun, pada tanggal 18 April 1924, Pateras-Pescara berhasil memecahkan rekor Oehmichen dengan terbang sejauh 736 meter, mempertahankan ketinggian 1,8 meter.

Di Amerika Serikat, George de Bothezat membangun helikopter quadrotor untuk Layanan Udara Angkatan Darat Amerika Serikat, tetapi program tersebut dibatalkan oleh Angkatan Darat pada tahun 1924.Pada tahun 1927, Engelbert Zaschka dari Jerman membangun helikopter dengan dua rotor yang menggunakan giroskop untuk meningkatkan stabilitas. Helikopter ini mampu tetap diam pada ketinggian berapa pun.

Pada tahun 1928, insinyur penerbangan Belanda Albert Gillis von Baumhauer menciptakan sistem kontrol siklik dan kolektif untuk helikopter. Pada tahun yang sama, insinyur penerbangan Hongaria Oszkár Asbóth berhasil membuat prototipe helikopter yang melakukan penerbangan lepas landas dan mendarat setidaknya 182 kali, dengan durasi penerbangan tunggal maksimum 53 menit.Pada tahun 1930, insinyur Italia Corradino D'Ascanio membangun helikopter koaksial yang memegang beberapa rekor kecepatan dan ketinggian FAI pada saat itu.

Juan de la Cierva, insinyur penerbangan dan pilot Spanyol, menemukan autogyro pada awal tahun 1920-an, menjadi pesawat rotor praktis pertama. Pada tahun 1928, de la Cierva berhasil menerbangkan autogyro melintasi Selat Inggris, dan pada tahun 1934, autogyro menjadi pesawat rotor pertama yang berhasil lepas landas dan mendarat di dek kapal. Autogyros juga digunakan untuk keperluan militer dan komersial sebelum helikopter ditemukan.

Bahaya

Seperti halnya kendaraan lainnya, pengoperasian helikopter juga memiliki potensi bahaya yang perlu diperhatikan. Berikut adalah beberapa potensi bahaya pada helikopter:

• Penyelesaian dengan kekuatan: Terjadi ketika pesawat tidak memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan penurunannya. Jika tidak diperbaiki sejak dini, bahaya ini dapat berkembang menjadi keadaan cincin pusaran.

• Keadaan cincin pusaran: Terjadi akibat kombinasi kecepatan udara rendah, pengaturan daya tinggi, dan tingkat penurunan yang tinggi. Hal ini menyebabkan helikopter mengendap di aliran udara yang menurun, dan menambah tenaga dapat memperburuk situasi.

• Mundurnya bilah pisau: Terjadi selama penerbangan berkecepatan tinggi dan merupakan faktor pembatas paling umum dari kecepatan maju helikopter.

• Resonansi tanah: Merupakan getaran yang menguatkan dirinya sendiri yang terjadi ketika jarak lead/lag dari bilah-bilah sistem rotor artikulasi menjadi tidak teratur.

• Kondisi G rendah: Perubahan mendadak dari keadaan gaya G positif ke keadaan gaya G negatif yang dapat menyebabkan hilangnya daya angkat dan terjadinya roll over.

• Rollover dinamis: Helikopter berputar di sekitar salah satu selip dan 'menarik' dirinya ke sisinya, hampir seperti ground loop pada pesawat sayap tetap.

• Kegagalan powertrain: Terutama terjadi di area yang diarsir pada diagram kecepatan tinggi.

• Kegagalan rotor ekor: Terjadi karena kerusakan mekanis pada sistem kendali rotor ekor atau hilangnya otoritas dorong rotor ekor, disebut "kehilangan efektivitas rotor ekor" (LTE).

• Brownout dan whiteout: Brownout terjadi pada kondisi berdebu, sementara whiteout terjadi pada kondisi bersalju.

• RPM rotor rendah: Terjadi ketika mesin tidak dapat menggerakkan bilah pada RPM yang cukup untuk mempertahankan penerbangan.

• Kecepatan berlebih rotor: Dapat memberikan tekanan berlebih pada bantalan pitch hub rotor (brinelling) dan menyebabkan pemisahan bilah dari pesawat.

• Kawat dan pohon tertimpa: Terjadi karena operasi di ketinggian rendah serta lepas landas dan mendarat di lokasi terpencil.

• Penerbangan terkontrol ke medan: Terjadi ketika pesawat terbang ke tanah secara tidak sengaja karena kurangnya kesadaran situasional.

• Menabrak tiang: Helikopter dapat menabrak beberapa tiang dalam kondisi tertentu.

Penting bagi para operator dan pilot helikopter untuk memahami dan mengelola risiko ini dengan baik dalam setiap operasi penerbangan.

Disadur dari: en.wikipedia.org