Aeroelastisitas

Aeroelastisitas adalah cabang ilmu fisika dan teknik yang mempelajari interaksi antara gaya inersia, elastis, dan aerodinamis yang terjadi ketika sebuah benda elastis terpapar pada aliran fluida. Studi tentang aeroelastisitas dapat diklasifikasikan secara luas ke dalam dua bidang: aeroelastisitas statis yang berhubungan dengan respons statis atau kondisi tunak suatu benda elastis terhadap aliran fluida, dan aeroelastisitas dinamis yang berhubungan dengan respons dinamis (biasanya getaran) benda tersebut.

Pesawat terbang rentan terhadap efek aeroelastisitas karena pesawat harus ringan sekaligus menahan beban aerodinamis yang besar. Pesawat terbang dirancang untuk menghindari masalah aeroelastik berikut ini:

• divergensi di mana gaya aerodinamis meningkatkan putaran sayap yang selanjutnya meningkatkan gaya;
• pembalikan kontrol di mana aktivasi kontrol menghasilkan momen aerodinamis berlawanan yang mengurangi, atau dalam kasus ekstrim membalikkan, efektivitas kontrol; dan
• flutter, yaitu getaran tak terkendali yang dapat menyebabkan kerusakan pesawat.

Masalah aeroelastisitas dapat dicegah dengan menyesuaikan massa, kekakuan, atau aerodinamika struktur yang dapat ditentukan dan diverifikasi melalui penggunaan perhitungan, uji getaran di darat, dan uji coba flutter penerbangan. Flutter pada permukaan kontrol biasanya dihilangkan dengan penempatan keseimbangan massa yang cermat.

Sintesis aeroelastisitas dengan termodinamika dikenal sebagai aerotermoelastisitas, dan sintesisnya dengan teori kontrol dikenal sebagai aeroservoelastisitas.

Sejarah

Kegagalan kedua pesawat prototipe Samuel Langley di Potomac disebabkan oleh efek aeroelastik (khususnya, divergensi torsional). Karya ilmiah awal tentang subjek ini adalah Teori Stabilitas Pesawat Terbang Kaku yang diterbitkan pada tahun 1906 oleh George Bryan. Masalah divergensi torsional mengganggu pesawat pada Perang Dunia Pertama dan sebagian besar diselesaikan dengan coba-coba dan pengerasan sayap secara ad hoc. Kasus pertama yang tercatat dan didokumentasikan tentang flutter pada pesawat terbang adalah yang terjadi pada pesawat pengebom Handley Page O/400 selama penerbangan pada tahun 1916, ketika pesawat tersebut mengalami osilasi ekor yang hebat, yang menyebabkan distorsi ekstrem pada badan pesawat bagian belakang dan elevatornya bergerak asimetris.

Meskipun pesawat mendarat dengan selamat, dalam penyelidikan selanjutnya, F. W. Lanchester dimintai pendapatnya. Salah satu rekomendasinya adalah elevator kiri dan kanan harus dihubungkan secara kaku oleh poros kaku, yang kemudian menjadi persyaratan desain. Selain itu, National Physical Laboratory (NPL) diminta untuk menyelidiki fenomena ini secara teoritis, yang kemudian dilakukan oleh Leonard Bairstow dan Arthur Fage.

Pada tahun 1926, Hans Reissner mempublikasikan teori divergensi sayap, yang mengarah pada penelitian teoritis lebih lanjut tentang subjek ini. Istilah aeroelastisitas itu sendiri diciptakan oleh Harold Roxbee Cox dan Alfred Pugsley di Royal Aircraft Establishment (RAE), Farnborough pada awal tahun 1930-an.

Aeroelastisitas statis

Pada pesawat terbang, dua efek aeroelastisitas statis yang signifikan dapat terjadi. Divergensi adalah fenomena di mana putaran elastis sayap tiba-tiba menjadi tidak terbatas secara teoritis, biasanya menyebabkan sayap gagal. Pembalikan kontrol adalah fenomena yang hanya terjadi pada sayap dengan aileron atau permukaan kontrol lainnya, di mana permukaan kontrol ini membalikkan fungsi normalnya (misalnya, arah putaran yang terkait dengan momen aileron yang diberikan dibalik).

Divergensi

Divergensi terjadi ketika permukaan pengangkat membelok di bawah beban aerodinamis ke arah yang selanjutnya meningkatkan daya angkat dalam loop umpan balik positif. Peningkatan daya angkat akan membelokkan struktur lebih jauh, yang pada akhirnya membawa struktur ke titik divergensi. Tidak seperti flutter, yang merupakan masalah aeroelastik lainnya, alih-alih osilasi yang tidak beraturan, divergensi menyebabkan permukaan pengangkatan bergerak ke arah yang sama dan ketika sampai pada titik divergensi, struktur berubah bentuk.

Persamaan untuk divergensi balok sederhana

Pembalikan kontrol

Pembalikan permukaan kontrol adalah hilangnya (atau pembalikan) respons yang diharapkan dari permukaan kontrol, karena deformasi permukaan pengangkat utama. Untuk model sederhana (misalnya aileron tunggal pada balok Euler-Bernoulli), kecepatan pembalikan kontrol dapat diturunkan secara analitis seperti pada divergensi torsional. Pembalikan kontrol dapat digunakan untuk keuntungan aerodinamis, dan merupakan bagian dari desain rotor servo-flap Kaman.

Aeroelastisitas dinamis

Aeroelastisitas dinamis mempelajari interaksi antara gaya aerodinamis, elastis, dan inersia. Contoh fenomena aeroelastisitas dinamis adalah:

Flutter

Flutter adalah ketidakstabilan dinamis dari struktur elastis dalam aliran fluida, yang disebabkan oleh umpan balik positif antara defleksi tubuh dan gaya yang diberikan oleh aliran fluida. Dalam sistem linier, "titik flutter" adalah titik di mana struktur mengalami gerakan harmonik sederhana-redaman neto nol-dan penurunan redaman neto lebih lanjut akan mengakibatkan osilasi sendiri dan akhirnya kegagalan. "Peredaman bersih" dapat dipahami sebagai jumlah redaman positif alami struktur dan redaman negatif gaya aerodinamis. Flutter dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: flutter keras, di mana redaman bersih berkurang sangat tiba-tiba, sangat dekat dengan titik flutter; dan flutter lunak, di mana redaman bersih berkurang secara bertahap.

Di dalam air, rasio massa inersia pitch foil terhadap massa silinder pembatas fluida umumnya terlalu rendah untuk terjadinya flutter biner, seperti yang ditunjukkan oleh solusi eksplisit dari penentu stabilitas pitch dan heave flutter yang paling sederhana.

Pada struktur yang kompleks di mana aerodinamika dan sifat mekanis struktur tidak sepenuhnya dipahami, flutter hanya dapat diabaikan melalui pengujian yang mendetail. Bahkan, mengubah distribusi massa pesawat atau kekakuan salah satu komponen dapat menyebabkan flutter pada komponen aerodinamis yang tampaknya tidak terkait. Pada tingkat yang paling ringan, hal ini dapat muncul sebagai "dengungan" pada struktur pesawat, tetapi pada tingkat yang paling parah, hal ini dapat berkembang secara tidak terkendali dengan kecepatan tinggi dan menyebabkan kerusakan serius pada pesawat atau menyebabkan kehancurannya, seperti pada Northwest Airlines Penerbangan 2 pada tahun 1938, Braniff Penerbangan 542 pada tahun 1959, atau purwarupa pesawat tempur VL Myrsky milik Finlandia di awal tahun 1940-an. Yang terkenal, Tacoma Narrows Bridge yang asli hancur akibat aeroelastik yang berkibar.

Aeroservoelastisitas
Dalam beberapa kasus, sistem kontrol otomatis telah didemonstrasikan untuk membantu mencegah atau membatasi getaran struktural yang berhubungan dengan flutter.

Kibasan pusaran baling-baling

Propeller whirl flutter adalah kasus khusus flutter yang melibatkan efek aerodinamis dan inersia dari baling-baling yang berputar dan kekakuan struktur nacelle yang mendukung. Ketidakstabilan dinamis dapat terjadi yang melibatkan derajat kebebasan pitch dan yaw baling-baling dan penyangga mesin yang menyebabkan presesi baling-baling yang tidak stabil. Kegagalan penyangga mesin menyebabkan whirl flutter yang terjadi pada dua pesawat Lockheed L-188 Electra, pada tahun 1959 di Braniff Penerbangan 542 dan sekali lagi pada tahun 1960 di Northwest Orient Airlines Penerbangan 710.

Aeroelastisitas transonik

Aliran sangat tidak linier pada rezim transonik, didominasi oleh gelombang kejut yang bergerak. Menghindari flutter merupakan misi yang sangat penting bagi pesawat yang terbang pada kecepatan transonik. Peran gelombang kejut pertama kali dianalisis oleh Holt Ashley. Fenomena yang berdampak pada stabilitas pesawat yang dikenal sebagai "transonic dip", di mana kecepatan flutter dapat mendekati kecepatan terbang, dilaporkan pada bulan Mei 1976 oleh Farmer dan Hanson dari Langley Research Center. 

Buffeting

Buffeting adalah ketidakstabilan frekuensi tinggi, yang disebabkan oleh pemisahan aliran udara atau osilasi gelombang kejut dari satu objek yang menghantam objek lainnya. Hal ini disebabkan oleh dorongan beban yang meningkat secara tiba-tiba. Ini adalah getaran paksa acak. Umumnya hal ini memengaruhi unit ekor struktur pesawat karena aliran udara di bagian hilir sayap.

Metode untuk deteksi buffet adalah:

1. Diagram koefisien tekanan
2. Perbedaan tekanan pada trailing edge
3. Menghitung pemisahan dari trailing edge berdasarkan angka Mach
4. Divergensi fluktuasi gaya normal

Prediksi dan penyembuhan

Pada periode 1950-1970, AGARD mengembangkan Manual tentang Aeroelastisitas yang merinci proses yang digunakan dalam memecahkan dan memverifikasi masalah aeroelastisitas bersama dengan contoh standar yang dapat digunakan untuk menguji solusi numerik.

Aeroelastisitas tidak hanya melibatkan beban aerodinamis eksternal dan perubahannya, tetapi juga karakteristik struktural, redaman, dan massa pesawat. Prediksi melibatkan pembuatan model matematis pesawat sebagai serangkaian massa yang dihubungkan oleh pegas dan peredam yang disetel untuk mewakili karakteristik dinamis struktur pesawat. Model ini juga mencakup rincian gaya aerodinamis yang diterapkan dan bagaimana gaya-gaya tersebut bervariasi.

Model ini dapat digunakan untuk memprediksi margin flutter dan, jika perlu, menguji perbaikan terhadap potensi masalah. Perubahan kecil yang dipilih secara hati-hati pada distribusi massa dan kekakuan struktur lokal dapat sangat efektif dalam memecahkan masalah aeroelastik.

Metode untuk memprediksi flutter pada struktur linier meliputi metode-p, metode-k dan metode p-k.

Untuk sistem nonlinier, flutter biasanya diinterpretasikan sebagai osilasi siklus batas (LCO), dan metode-metode dari studi sistem dinamik dapat digunakan untuk menentukan kecepatan di mana flutter akan terjadi.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Pesawat Layang

Pesawat layang adalah pesawat bersayap tetap yang dalam penerbangannya didukung oleh reaksi dinamis udara terhadap permukaan pengangkatnya, dan penerbangan bebasnya tidak bergantung pada mesin. Sebagian besar pesawat layang tidak memiliki mesin, meskipun pesawat layang bermesin memiliki mesin kecil untuk memperpanjang penerbangan mereka bila diperlukan dengan mempertahankan ketinggian (biasanya pesawat layar bergantung pada udara yang naik untuk mempertahankan ketinggian) dan beberapa cukup kuat untuk lepas landas dengan peluncuran sendiri.

Ada berbagai macam jenis yang berbeda dalam hal konstruksi sayap, efisiensi aerodinamis, lokasi pilot, kontrol, dan tujuan yang diinginkan. Sebagian besar memanfaatkan fenomena meteorologi untuk mempertahankan atau menambah ketinggian. Pesawat layang pada dasarnya digunakan untuk olahraga udara seperti terbang layang, gantole, dan paralayang. Namun beberapa pesawat ruang angkasa telah dirancang untuk turun sebagai pesawat layang dan di masa lalu pesawat layang militer telah digunakan dalam peperangan. Beberapa jenis pesawat layang yang sederhana dan familiar adalah mainan seperti pesawat kertas dan pesawat layang kayu balsa.

Etimologi

Glider adalah bentuk kata benda dari kata kerja meluncur. Kata ini berasal dari bahasa Inggris Pertengahan gliden, yang pada gilirannya berasal dari bahasa Inggris Kuno glīdan. Arti tertua dari meluncur mungkin menunjukkan lari atau lompatan yang curam, berlawanan dengan gerakan yang mulus. Para ahli tidak yakin mengenai asal usul kata ini, dengan kemungkinan hubungan dengan "meluncur", dan "cahaya" yang telah dikemukakan.

History

Catatan penerbangan pra-modern awal dalam banyak kasus sulit untuk diverifikasi dan tidak jelas apakah setiap pesawat adalah pesawat layang, layang-layang, atau parasut dan sejauh mana pesawat tersebut benar-benar dapat dikendalikan. Sering kali, peristiwa tersebut baru dicatat lama setelah kejadiannya. Sebuah catatan dari abad ke-17 melaporkan sebuah percobaan penerbangan oleh penyair abad ke-9 Abbas Ibn Firnas di dekat Cordoba, Spanyol yang berakhir dengan cedera punggung yang parah. Biarawan Eilmer dari Malmesbury dilaporkan oleh William dari Malmesbury (sekitar 1080 - sekitar 1143), seorang biarawan dan sejarawan, terbang dari atap biaranya di Malmesbury, Inggris, sekitar tahun 1000 hingga 1010 Masehi, melayang sejauh sekitar 200 meter (220 yard) sebelum jatuh dan mematahkan kedua kakinya. [Menurut laporan-laporan ini, keduanya menggunakan satu set sayap (berbulu), dan keduanya menyalahkan kecelakaan mereka karena tidak adanya ekor. Hezârfen Ahmed Çelebi diduga menerbangkan pesawat layang dengan sayap seperti elang di atas selat Bosphorus dari Menara Galata menuju distrik Üsküdar di Istanbul sekitar tahun 1630-1632.

Abad ke-19

Pesawat pembawa manusia pertama yang lebih berat daripada udara (yaitu non-balon) yang didasarkan pada prinsip-prinsip ilmiah yang telah dipublikasikan adalah rangkaian pesawat layang Sir George Cayley yang mencapai lompatan singkat di atas sayap sekitar tahun 1849. Setelah itu, pesawat layang dibangun oleh para perintis seperti Jean Marie Le Bris, John J. Montgomery, Otto Lilienthal, Percy Pilcher, Octave Chanute, dan Augustus Moore Herring untuk mengembangkan penerbangan. Lilienthal adalah orang pertama yang melakukan penerbangan sukses berulang kali (akhirnya berjumlah lebih dari 2.000) dan merupakan orang pertama yang menggunakan udara naik untuk memperpanjang penerbangannya. Dengan menggunakan pesawat layang sayap tandem Montgomery, Daniel Maloney adalah orang pertama yang mendemonstrasikan penerbangan terkontrol di ketinggian menggunakan pesawat layang yang diluncurkan balon yang diluncurkan dari ketinggian 4.000 kaki pada tahun 1905.

Wright Bersaudara mengembangkan serangkaian tiga pesawat layang berawak setelah melakukan uji coba awal dengan layang-layang saat mereka berupaya mencapai penerbangan bertenaga. Mereka kembali melakukan pengujian pesawat layang pada tahun 1911 dengan menghilangkan motor dari salah satu desain mereka selanjutnya.

Pengembangan

Pada tahun-tahun setelah perang, pesawat layang rekreasi berkembang pesat di Jerman di bawah naungan Rhön-Rossitten. Di Amerika Serikat, Schweizer bersaudara dari Elmira, New York, memproduksi pesawat layar olahraga untuk memenuhi permintaan baru. Pesawat layar terus berkembang pada tahun 1930-an, dan olahraga meluncur telah menjadi aplikasi utama glider. Seiring dengan meningkatnya performa, pesawat layang mulai digunakan untuk terbang lintas alam dan sekarang secara teratur terbang ratusan atau bahkan lebih dari seribu kilometer dalam sehari, jika cuacanya mendukung.

Pesawat layang militer dikembangkan selama Perang Dunia II oleh sejumlah negara untuk mendaratkan pasukan. Sebuah pesawat layang - Colditz Cock - bahkan dibuat secara diam-diam oleh para tawanan perang sebagai metode pelarian potensial di Oflag IV-C menjelang akhir perang pada tahun 1944.

Pengembangan pesawat terbang layang bersayap fleksibel

Pesawat yang diluncurkan dengan kaki telah diterbangkan oleh Lilienthal dan pada pertemuan di Wasserkuppe pada tahun 1920-an. Namun inovasi yang mengarah pada pesawat layang modern adalah pada tahun 1951 ketika Francis Rogallo dan Gertrude Rogallo mengajukan paten untuk sayap yang sepenuhnya fleksibel dengan struktur yang kaku. Badan antariksa Amerika, NASA, mulai menguji coba berbagai konfigurasi fleksibel dan semi-kaku dari sayap Rogallo ini pada tahun 1957 untuk digunakan sebagai sistem pemulihan untuk kapsul ruang angkasa Gemini. Charles Richards dan Paul Bikle mengembangkan konsep ini dan menghasilkan sayap yang mudah dibuat yang mampu terbang lambat dan mendarat dengan lembut. Antara tahun 1960 dan 1962, Barry Hill Palmer menggunakan konsep ini untuk membuat pesawat layang gantung yang diluncurkan dengan kaki, diikuti pada tahun 1963 oleh Mike Burns yang membuat pesawat layang gantung layang-layang yang disebut Skiplane. Pada tahun 1963, John W. Dickenson memulai produksi komersial. 

Pengembangan paralayang

Pada tanggal 10 Januari 1963, Domina Jalbert dari Amerika mengajukan paten US Patent 3131894 pada Parafoil yang memiliki sel yang terbagi dalam bentuk aerofoil; ujung depan yang terbuka dan ujung belakang yang tertutup, yang digelembungkan dengan cara dilewatkan di udara - desain ram-air. "Sayap Layar" dikembangkan lebih lanjut untuk pemulihan kapsul ruang angkasa NASA oleh David Barish. Pengujian dilakukan dengan menggunakan ridge lift. Setelah pengujian di Hunter Mountain, New York pada September 1965, ia kemudian mempromosikan "melayang di lereng" sebagai kegiatan musim panas untuk resor ski (tampaknya tidak berhasil dengan baik). NASA mencetuskan istilah "paralayang" pada awal 1960-an, dan 'paralayang' pertama kali digunakan pada awal 1970-an untuk mendeskripsikan peluncuran parasut meluncur dengan kaki. Meskipun penggunaannya terutama untuk rekreasi, paralayang tak berawak juga telah dibuat untuk aplikasi militer, misalnya Atair Insect.

Jenis rekreasi

Pesawat Layar

Pesawat layang dikembangkan sejak tahun 1920-an untuk tujuan rekreasi. Ketika pilot mulai memahami cara menggunakan udara naik, pesawat layang dikembangkan dengan rasio daya angkat dan daya tarik yang tinggi. Hal ini memungkinkan pesawat meluncur lebih lama ke sumber 'daya angkat' berikutnya, dan dengan demikian meningkatkan peluang mereka untuk terbang jarak jauh. Hal ini memunculkan olahraga populer yang dikenal sebagai gliding meskipun istilah ini juga dapat digunakan untuk merujuk pada penerbangan yang menurun. Pesawat layang yang dirancang untuk melayang kadang-kadang disebut pesawat layar.

Pesawat layang umumnya terbuat dari kayu dan logam, namun sebagian besar sekarang menggunakan bahan komposit yang terbuat dari kaca, serat karbon, dan serat aramid. Untuk meminimalkan hambatan, jenis-jenis ini memiliki badan pesawat dan sayap yang panjang dan sempit, yaitu rasio aspek yang tinggi. Pada awalnya, ada perbedaan besar dalam penampilan pesawat layar awal. Seiring dengan berkembangnya teknologi dan material, aspirasi untuk mendapatkan keseimbangan yang sempurna antara daya angkat/tarikan, rasio pendakian dan kecepatan meluncur, membuat para insinyur dari berbagai produsen menciptakan desain serupa di seluruh dunia. Tersedia pesawat layang dengan satu kursi dan dua kursi.

Sebuah kelas pesawat terbang ultralight, termasuk beberapa yang dikenal sebagai pesawat layang microlift dan beberapa sebagai 'kursi udara', telah didefinisikan oleh FAI berdasarkan berat maksimum. Pesawat ini cukup ringan untuk diangkut dengan mudah, dan dapat diterbangkan tanpa lisensi di beberapa negara. Pesawat layang ultralight memiliki kinerja yang mirip dengan pesawat layang gantung, tetapi menawarkan beberapa keamanan tambahan saat terjadi kecelakaan karena pilot dapat diikat di kursi tegak dalam struktur yang dapat diubah bentuknya. Pendaratan biasanya dilakukan dengan satu atau dua roda yang membedakan pesawat ini dengan gantole. Beberapa pesawat layang ultralight komersial telah datang dan pergi, tetapi sebagian besar pengembangan saat ini dilakukan oleh perancang individu dan pembuat rumah.

Hang glider

Tidak seperti pesawat layar, gantole mampu dibawa, diluncurkan, dan mendarat hanya dengan menggunakan kaki pilot.

• Pada desain yang asli dan masih paling umum, Kelas 1, pilot digantung pada bagian tengah sayap yang fleksibel dan mengendalikan pesawat dengan menggeser berat badannya.
• Kelas 2 (ditetapkan oleh FAI sebagai Sub-Kelas O-2) memiliki struktur utama yang kaku dengan permukaan aerodinamis yang dapat digerakkan, seperti spoiler, sebagai metode kontrol utama. Pilot sering kali tertutup dengan menggunakan fairing. Jenis ini menawarkan performa terbaik dan paling mahal.
• Gantole kelas 4 tidak dapat menunjukkan kemampuan yang konsisten untuk lepas landas dan/atau mendarat dengan aman dalam kondisi tanpa angin, namun mampu diluncurkan dan mendarat dengan menggunakan kaki pilot.
• Gantole kelas 5 memiliki struktur utama yang kaku dengan permukaan aerodinamis yang dapat digerakkan sebagai metode kontrol utama dan dapat lepas landas dan mendarat dengan aman dalam kondisi tanpa angin. Tidak ada fairing pilot yang diizinkan.

Pada gantole, bentuk sayap ditentukan oleh sebuah struktur, dan inilah yang membedakannya dengan jenis pesawat yang diluncurkan dengan kaki, paralayang, yang secara teknis merupakan Kelas 3. Beberapa gantole memiliki mesin, dan dikenal sebagai gantole bertenaga. Karena kesamaan suku cadang, konstruksi, dan desain, mereka biasanya dianggap oleh otoritas penerbangan sebagai gantole, meskipun mereka mungkin menggunakan mesin untuk seluruh penerbangan. Beberapa pesawat bertenaga sayap fleksibel, sepeda roda tiga Ultralight, memiliki bagian bawah beroda, sehingga bukan merupakan gantole.

Paralayang

Paralayang adalah pesawat yang terbang bebas dan diluncurkan dengan kaki. Pilot duduk di dalam sabuk pengaman yang tergantung di bawah sayap kain. Tidak seperti gantole yang sayapnya memiliki bingkai, bentuk sayap paralayang dibentuk oleh tekanan udara yang masuk ke dalam ventilasi atau sel di bagian depan sayap. Ini dikenal sebagai sayap ram-air (mirip dengan desain parasut yang lebih kecil). Desain paralayang yang ringan dan sederhana memungkinkannya untuk dikemas dan dibawa dalam ransel besar, dan menjadikannya salah satu moda penerbangan yang paling sederhana dan ekonomis. Sayap tingkat kompetisi dapat mencapai rasio meluncur hingga 1:10 dan terbang dengan kecepatan 45 km/jam (28 mph).

Seperti pesawat layar dan gantole, paralayang menggunakan udara yang naik (termal atau ridge lift) untuk menambah ketinggian. Proses ini merupakan dasar dari sebagian besar penerbangan rekreasi dan kompetisi, meskipun aerobatik dan 'kompetisi pendaratan di tempat' juga ada. Peluncuran sering kali dilakukan dengan berlari menuruni lereng, tetapi peluncuran winch di belakang kendaraan penarik juga digunakan. Paramotor adalah sayap paralayang yang digerakkan oleh motor yang dipasang di bagian belakang pilot, dan juga dikenal sebagai paralayang bertenaga. Variasi dari ini adalah paraplane, yang memiliki motor yang dipasang pada rangka beroda daripada punggung pilot.

Disadur dari: en.wikipedia.org

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

Perangkat angkat tinggi

Dalam desain pesawat terbang dan teknik dirgantara , perangkat gaya angkat tinggi adalah komponen atau mekanisme pada sayap pesawat yang meningkatkan jumlah gaya angkat yang dihasilkan oleh sayap tersebut. Perangkat tersebut dapat berupa komponen tetap, atau mekanisme bergerak yang digunakan bila diperlukan. Perangkat pengangkat tinggi bergerak yang umum mencakup penutup sayap dan bilah. Perangkat tetap mencakup slot terdepan, ekstensi akar terdepan, dan sistem kontrol lapisan batas.

Tujuan 

Ukuran dan kapasitas angkat sayap tetap dipilih sebagai kompromi antara kebutuhan yang berbeda. Misalnya, sayap yang lebih besar akan memberikan daya angkat yang lebih besar dan mengurangi jarak serta kecepatan yang diperlukan untuk lepas landas dan mendarat, namun akan meningkatkan gaya hambat, sehingga mengurangi kinerja selama porsi penerbangan jelajah. Desain sayap jet penumpang modern dioptimalkan untuk kecepatan dan efisiensi selama penerbangan jelajah, karena di sinilah pesawat menghabiskan sebagian besar waktu penerbangannya. Perangkat daya angkat tinggi mengimbangi trade-off desain ini dengan menambahkan daya angkat saat lepas landas dan mendarat, mengurangi jarak dan kecepatan yang diperlukan untuk mendaratkan pesawat dengan aman, dan memungkinkan penggunaan sayap yang lebih efisien dalam penerbangan. Perangkat pengangkat tinggi pada Boeing 747-400 , misalnya, meningkatkan luas sayap sebesar 21% dan meningkatkan daya angkat yang dihasilkan sebesar 90%.

Jenis perangkat 

Tutup 

Perangkat pengangkat tinggi yang paling umum adalah penutup, bagian sayap yang dapat digerakkan dan diturunkan untuk menghasilkan daya angkat ekstra. Ketika penutup diturunkan, hal ini akan membentuk kembali bagian sayap agar lebih melengkung . Flap biasanya terletak di tepi belakang sayap, sedangkan flap tepi depan kadang-kadang digunakan. Ada banyak jenis penutup tepi belakang.

Penutup berengsel sederhana mulai umum digunakan pada tahun 1930-an, bersamaan dengan hadirnya monoplane cepat modern yang memiliki kecepatan pendaratan dan lepas landas lebih tinggi dibandingkan biplan lama.

Pada split flap, permukaan bawah berengsel ke bawah sedangkan permukaan atas tetap menempel pada sayap atau bergerak secara independen.

Flap perjalanan juga memanjang ke belakang, untuk meningkatkan tali sayap saat dipasang, meningkatkan area sayap untuk membantu menghasilkan lebih banyak daya angkat. Hal ini mulai muncul tepat sebelum Perang Dunia II karena upaya berbagai individu dan organisasi pada tahun 1920an dan 30an.

Slotted flap terdiri dari beberapa airfoil kecil terpisah yang terpisah, berengsel, dan bahkan meluncur melewati satu sama lain saat dipasang. Susunan penutup yang rumit seperti ini ditemukan pada banyak pesawat modern.  Pesawat besar modern menggunakan penutup tiga slot untuk menghasilkan gaya angkat besar yang diperlukan saat lepas landas.

Bilah dan slot 

Perangkat pengangkat tinggi umum lainnya adalah slat, perangkat berbentuk aerofoil kecil yang dipasang tepat di depan tepi depan sayap. Bilah tersebut mengarahkan kembali aliran udara di bagian depan sayap, memungkinkannya mengalir lebih lancar di atas permukaan ketika berada pada sudut serang yang tinggi . Hal ini memungkinkan sayap dioperasikan secara efektif pada sudut yang lebih tinggi yang diperlukan untuk menghasilkan daya angkat yang lebih besar. Slot adalah celah antara slat dan sayap. Bilah dapat dipasang pada posisinya, dengan slot terpasang secara permanen di belakangnya, atau dapat ditarik kembali sehingga slot dapat ditutup jika tidak diperlukan. Jika sudah diperbaiki, maka mungkin tampak sebagai bagian normal dari tepi depan sayap, dengan celah yang tertanam di permukaan sayap tepat di belakangnya.

Slat atau slot dapat berukuran penuh, atau dapat ditempatkan hanya pada sebagian sayap (biasanya tempel), tergantung pada bagaimana karakteristik gaya angkat perlu dimodifikasi untuk pengendalian kecepatan rendah yang baik. Slot dan bilah kadang-kadang digunakan hanya untuk bagian di depan aileron, memastikan bahwa ketika sisa sayap terhenti, aileron tetap dapat digunakan.

Bilah pertama dikembangkan oleh Gustav Lachmann pada tahun 1918 dan sekaligus oleh Handley-Page yang mendapat paten pada tahun 1919. Pada tahun 1930-an telah dikembangkan bilah otomatis yang dapat dibuka atau ditutup sesuai kebutuhan sesuai dengan kondisi penerbangan. Biasanya mereka dioperasikan dengan tekanan aliran udara terhadap slat untuk menutupnya, dan pegas kecil untuk membukanya pada kecepatan yang lebih lambat ketika tekanan dinamis berkurang, misalnya ketika kecepatan turun atau aliran udara mencapai sudut serang yang telah ditentukan pada sayap.

Sistem modern, seperti flap modern, bisa lebih kompleks dan biasanya digunakan secara hidrolik atau dengan servo.

Kontrol lapisan batas dan penutup yang ditiup 

Sistem pengangkatan tinggi bertenaga umumnya menggunakan aliran udara dari mesin untuk membentuk aliran udara di atas sayap, menggantikan atau memodifikasi kerja sayap. Flap yang ditiup mengambil " udara yang keluar " dari kompresor mesin jet atau knalpot mesin dan meniupkannya ke permukaan atas belakang sayap dan flap, memberi energi kembali pada lapisan batas dan memungkinkan aliran udara tetap menempel pada sudut serang yang lebih tinggi. Versi yang lebih canggih dari penutup tiup adalah sayap pengatur sirkulasi , sebuah mekanisme yang mengeluarkan udara ke belakang melalui airfoil yang dirancang khusus untuk menciptakan daya angkat melalui efek Coandă . Blackburn Buccaneer memiliki sistem kendali lapisan batas (Boundary Layer Control/BLC) canggih yang melibatkan udara kompresor yang dihembuskan ke sayap dan bidang belakang untuk mengurangi kecepatan terhenti dan memfasilitasi pengoperasian dari kapal induk yang lebih kecil.

Pendekatan lainnya adalah dengan memanfaatkan aliran udara dari mesin secara langsung, dengan memasang penutup sehingga mengalir ke jalur pembuangan. Flap seperti itu memerlukan kekuatan yang lebih besar karena kekuatan mesin modern dan juga ketahanan panas yang lebih besar terhadap knalpot panas, namun pengaruhnya terhadap gaya angkat bisa sangat signifikan. Contohnya termasuk C-17 Globemaster III.

Ekstensi root terdepan 

Lebih umum pada pesawat tempur modern tetapi juga terlihat pada beberapa jenis pesawat sipil, adalah ekstensi akar terdepan (LERX), kadang-kadang disebut hanya ekstensi tepi terdepan (LEX). LERX biasanya terdiri dari fillet segitiga kecil yang menempel pada akar tepi depan sayap dan pada badan pesawat. Dalam penerbangan normal, LERX menghasilkan sedikit daya angkat. Namun, pada sudut serang yang lebih tinggi, hal ini menghasilkan pusaran yang ditempatkan pada permukaan atas sayap utama. Gerakan pusaran yang berputar meningkatkan kecepatan aliran udara di atas sayap, sehingga mengurangi tekanan dan memberikan daya angkat yang lebih besar. Sistem LERX terkenal karena potensi sudut efektifnya yang besar.

Jet Aliran Bersama 

Sayap Co-Flow Jet (CFJ) memiliki permukaan atas dengan slot injeksi setelah tepi depan dan slot hisap sebelum tepi belakang, untuk menambah daya angkat, meningkatkan margin stall , dan mengurangi hambatan. CFJ dipromosikan oleh departemen teknik mesin dan kedirgantaraan di Universitas Miami . Untuk pesawat regional hibrida-listrik berbasis ATR 72 dengan luas sayap, ukuran dan berat yang sama, CFJ meningkatkan koefisien gaya angkat jelajahnya untuk beban sayap yang lebih tinggi , sehingga memungkinkan lebih banyak bahan bakar dan baterai untuk jangkauan yang lebih jauh.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Jacques Charles

Jacques Alexandre César Charles (12 November 1746 – 7 April 1823) adalah seorang penemu, ilmuwan, matematikawan, dan penerbang balon asal Perancis. Charles hampir tidak menulis apa pun tentang matematika, dan sebagian besar kredit yang diberikan kepadanya disebabkan oleh kesalahannya dengan Jacques Charles yang lain, juga anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Paris, yang masuk pada 12 Mei 1785. Ia kadang-kadang disebut Charles sang Geometer.

Charles dan Robert bersaudara meluncurkan balon gas berisi hidrogen pertama di dunia pada 27 Agustus 1783; kemudian tanggal 1 Desember 1783, Charles dan co-pilotnya Nicolas-Louis Robert naik ke ketinggian sekitar 1.800 kaki (550 m) dengan balon gas yang dikemudikan. Perintis penggunaan hidrogen untuk gaya angkat menyebabkan balon gas jenis ini diberi nama Charlière (berbeda dengan balon udara panas Montgolfière).

Hukum Charles, yang menjelaskan bagaimana gas cenderung memuai ketika dipanaskan, dirumuskan oleh Joseph Louis Gay-Lussac pada tahun 1802, tetapi ia mengaitkannya dengan karya Charles yang tidak dipublikasikan.

Charles terpilih menjadi anggota Académie des Sciences pada tahun 1795 dan kemudian menjadi profesor fisika di Académie de Sciences. 

Biografi 

Charles lahir di Beaugency-sur-Loire pada tahun 1746. Ia menikah dengan Julie Françoise Bouchaud des Hérettes (1784–1817), seorang wanita kreol 37 tahun lebih muda dari dirinya. Kabarnya penyair Alphonse de Lamartine juga jatuh cinta padanya, dan dia menjadi inspirasi bagi Elvire dalam otobiografinya tahun 1820 Meditasi Puisi "Le Lac" ("Danau"), yang menggambarkan dalam retrospeksi cinta kuat yang dimiliki oleh pasangan dari sudut pandang orang yang berduka. Charles hidup lebih lama darinya dan meninggal di Paris pada 7 April 1823.

Penerbangan balon hidrogen 

Balon hidrogen pertama

Charles mendapatkan gagasan bahwa hidrogen akan menjadi bahan pengangkat yang cocok untuk balon setelah mempelajari karya Hukum Boyle karya Robert Boyle yang diterbitkan 100 tahun sebelumnya pada tahun 1662, dan karya rekan sezamannya Henry Cavendish , Joseph Black , dan Tiberius Cavallo. Dia merancang kerajinan itu dan kemudian bekerja sama dengan Robert bersaudara , Anne-Jean dan Nicolas-Louis, untuk membangunnya di bengkel mereka di Place des Victoires di Paris. Saudara-saudara menemukan metodologi untuk kantong gas yang ringan dan kedap udara dengan melarutkan karet dalam larutan terpentin dan memoles lembaran sutra yang dijahit menjadi satu untuk membuat amplop utama. Mereka menggunakan potongan sutra merah dan putih secara bergantian, namun perubahan warna akibat proses pernis/karet meninggalkan hasil merah dan kuning. 

Charles dan Robert bersaudara meluncurkan balon berisi hidrogen pertama di dunia pada tanggal 27 Agustus 1783, dari Champ de Mars (sekarang menjadi lokasi Menara Eiffel) di mana Ben Franklin berada di antara kerumunan penonton. Balonnya relatif kecil, berbentuk bola sutra karet berukuran 35 meter kubik, dan hanya mampu mengangkat sekitar 9 kg (20 lb). Wadah tersebut diisi dengan hidrogen yang dibuat dengan menuangkan hampir seperempat ton asam sulfat ke dalam setengah ton besi tua. Gas hidrogen dimasukkan ke dalam balon melalui pipa timah ; tetapi karena tidak melewati air dingin, kesulitan besar dialami dalam mengisi balon hingga terisi penuh (gas menjadi panas saat diproduksi, tetapi saat mendingin di dalam balon, gas tersebut berkontraksi). Buletin kemajuan harian mengenai inflasi diterbitkan; dan kerumunannya begitu banyak sehingga pada tanggal 26 balon tersebut dipindahkan secara diam-diam pada malam hari ke Champ de Mars, yang jaraknya empat kilometer. 

Balon tersebut terbang ke utara selama 45 menit, dikejar oleh para pemburu yang menunggang kuda, dan mendarat 21 kilometer jauhnya di desa Gonesse di mana para petani setempat dilaporkan ketakutan dan menghancurkannya dengan garpu rumput atau pisau.  Proyek ini didanai oleh langganan yang diselenggarakan oleh Barthelemy Faujas de Saint-Fond. 

Penerbangan balon hidrogen berawak pertama

Pada pukul 13:45 (13:45) tanggal 1 Desember 1783, Charles dan Robert bersaudara meluncurkan balon berawak baru dari Jardin des Tuileries di Paris. Charles didampingi oleh Nicolas-Louis Robert sebagai co-pilot balon berisi hidrogen berukuran 380 meter kubik. Amplop tersebut dilengkapi dengan katup pelepas hidrogen dan ditutup dengan jaring tempat keranjang digantung. Pemberat pasir digunakan untuk mengontrol ketinggian. Mereka naik ke ketinggian sekitar 1.800 kaki (550 m) dan mendarat saat matahari terbenam di Nesles-la-Vallée setelah penerbangan 2 jam 5 menit sejauh 36 km. Para pemburu yang menunggang kuda, dipimpin oleh Duc de Chartres , menahan kapalnya sementara Charles dan Nicolas-Louis turun.

Charles kemudian memutuskan untuk naik lagi, tetapi kali ini sendirian karena balon tersebut telah kehilangan sebagian hidrogennya. Kali ini ia naik dengan cepat ke ketinggian sekitar 3.000 meter, di mana ia melihat matahari lagi. Dia mulai menderita sakit di telinganya sehingga dia "bergerak" untuk mengeluarkan gas, dan turun untuk mendarat dengan lembut sekitar 3 km jauhnya di Tour du Lay  [ fr ] . Berbeda dengan Robert bersaudara, Charles tidak pernah terbang lagi, meskipun balon hidrogen kemudian disebut Charlière untuk menghormatinya.

Dilaporkan bahwa 400.000 penonton menyaksikan peluncuran tersebut, dan ratusan orang telah membayar masing-masing satu crown untuk membantu membiayai pembangunan dan menerima akses ke "ruangan khusus" untuk "melihat dari dekat" lepas landas. Di antara kerumunan "ruangan khusus" adalah Benjamin Franklin , perwakilan diplomatik Amerika Serikat. Hadir pula Joseph Montgolfier, yang dihormati Charles dengan memintanya melepaskan balon pilot kecil berwarna hijau terang untuk menilai kondisi angin dan cuaca.

Peristiwa ini terjadi sepuluh hari setelah penerbangan balon berawak pertama di dunia oleh Jean-François Pilâtre de Rozier menggunakan balon udara panas Montgolfier bersaudara . Simon Schama menulis di Warga :

Kolaborator ilmiah utama Montgolfier adalah M. Charles, ... yang merupakan orang pertama yang mengusulkan gas yang dihasilkan oleh vitriol , bukan pembakaran, jerami dan kayu basah yang telah ia gunakan pada penerbangan sebelumnya. Charles sendiri juga berkeinginan untuk naik jabatan tetapi mendapat hak veto tegas dari Raja, yang sejak laporan paling awal telah mengamati kemajuan penerbangan dengan penuh perhatian. Khawatir dengan bahaya penerbangan perdananya, Raja kemudian mengusulkan agar dua penjahat dikirim ke dalam keranjang, yang membuat Charles dan rekan-rekannya menjadi marah.

Kegiatan menggelembung lebih lanjut 

Proyek Charles dan Robert bersaudara berikutnya adalah membangun sebuah pesawat yang memanjang dan dapat dikendalikan mengikuti usulan Jean Baptiste Meusnier (1783–85) untuk balon yang dapat dikemudikan. Desainnya menggabungkan ballonnet internal (sel udara), kemudi, dan metode penggerak Meusnier.

Charles memilih untuk tidak pernah terbang dengan pesawat ini, tetapi pada tanggal 15 Juli 1784, saudara-saudara terbang selama 45 menit dari Saint-Cloud ke Meudon bersama M. Collin-Hullin dan Louis Philippe II, Adipati Chartres di La Caroline . Kapal itu dilengkapi dengan dayung untuk penggerak dan pengarahan, tetapi terbukti tidak berguna. Tidak adanya 'katup pelepas gas' membuat sang duke harus memotong 'ballonnet' untuk mencegah pecah ketika mencapai ketinggian sekitar 4.500 meter (14.800 kaki). 

Pada tanggal 19 September 1784, Robert bersaudara dan M. Collin-Hullin terbang selama 6 jam 40 menit, menempuh jarak 186 km dari Paris ke Beuvry dekat Béthune . Ini adalah penerbangan pertama sejauh 100 km.

Penemuan 

Charles mengembangkan beberapa penemuan berguna, termasuk katup untuk mengeluarkan hidrogen dari balon dan perangkat lain, seperti hidrometer dan goniometer pemantul , serta meningkatkan heliostat Gravesand dan aerometer Fahrenheit. Selain itu dia mengkonfirmasi eksperimen kelistrikan Benjamin Franklin.

Hukum Charles 

Hukum Charles (juga dikenal sebagai hukum volume), yang menggambarkan bagaimana gas cenderung memuai ketika dipanaskan, pertama kali diterbitkan oleh filsuf alam Joseph Louis Gay-Lussac pada tahun 1802, tetapi ia mengaitkannya dengan karya Charles yang tidak diterbitkan, dan diberi nama hukum untuk menghormatinya.

Sekitar tahun 1787 Charles melakukan percobaan dimana dia mengisi lima balon dengan volume yang sama dengan gas yang berbeda. Dia kemudian menaikkan suhu balon menjadi 80 °C (bukan pada suhu konstan) dan memperhatikan bahwa volume semua balon meningkat dengan jumlah yang sama. Eksperimen ini diacu oleh Gay-Lussac pada tahun 1802 ketika ia menerbitkan makalah tentang hubungan yang tepat antara volume dan suhu suatu gas. Hukum Charles menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume gas ideal sebanding dengan suhu absolutnya. Volume gas pada tekanan konstan meningkat secara linear dengan suhu absolut gas. Rumus yang dibuatnya adalah V 1 / T 1  = V 2 / T 2. 

Disadur dari: en.wikipedia.org

Joseph Black

Joseph Black (16 April 1728 – 6 Desember 1799) adalah seorang fisikawan dan kimiawan Skotlandia, yang terkenal karena penemuan magnesium , panas laten , panas spesifik , dan karbon dioksida. Dia adalah Profesor Anatomi dan Kimia di Universitas Glasgow selama 10 tahun sejak tahun 1756, dan kemudian Profesor Kedokteran dan Kimia di Universitas Edinburgh dari tahun 1766, mengajar dan memberi kuliah di sana selama lebih dari 30 tahun.Gedung kimia di Universitas Edinburgh dan Universitas Glasgow diberi nama setelah Black.

Kehidupan awal dan pendidikan 

Black lahir "di tepi sungai Garonne " di Bordeaux , Prancis, anak keenam dari 12 bersaudara dari pasangan Margaret Gordon (wafat 1747) dan John Black. Ibunya berasal dari keluarga Aberdeenshire yang memiliki hubungan dengan bisnis anggur dan ayahnya berasal dari Belfast , Irlandia, dan bekerja sebagai faktor dalam perdagangan anggur. Ia dididik di rumah hingga usia 12 tahun, setelah itu ia bersekolah di sekolah tata bahasa di Belfast. Pada tahun 1746, pada usia 18 tahun, ia masuk Universitas Glasgow, belajar di sana selama empat tahun sebelum menghabiskan empat tahun lagi di Universitas Edinburgh , melanjutkan studi kedokterannya. Selama studinya ia menulis tesis doktoral tentang pengobatan batu ginjal dengan garam magnesium karbonat.

Studi Ilmiah

Prinsip kimia

Seperti kebanyakan eksperimentalis abad ke-18, konseptualisasi kimia Black didasarkan pada lima prinsip materi: Air, Garam, Tanah, Api, dan Logam. Dia menambahkan prinsip Udara ketika eksperimennya menunjukkan adanya karbon dioksida, yang disebutnya udara tetap , sehingga berkontribusi terhadap kimia pneumatik .

Penelitian Black dipandu oleh pertanyaan-pertanyaan yang berkaitan dengan bagaimana prinsip-prinsip tersebut digabungkan satu sama lain dalam berbagai bentuk dan campuran yang berbeda. Dia menggunakan istilah afinitas untuk menggambarkan kekuatan yang menyatukan kombinasi-kombinasi tersebut. Sepanjang karirnya ia menggunakan berbagai diagram dan rumus untuk mengajari mahasiswanya di Universitas Edinburgh cara memanipulasi afinitas melalui berbagai jenis eksperimen.

Neraca analitik 

Timbangan analitis yang presisi

Sekitar tahun 1750, saat masih menjadi mahasiswa, Black mengembangkan timbangan analitik berdasarkan balok ringan yang diseimbangkan pada titik tumpu berbentuk baji . Setiap lengan membawa panci tempat sampel atau anak timbangan standar ditempatkan. Ini jauh melebihi keakuratan timbangan waktu lainnya dan menjadi instrumen ilmiah penting di sebagian besar laboratorium kimia.

Panas laten 

Kalorimeter es pertama di dunia , digunakan pada musim dingin tahun 1782–83, oleh Antoine Lavoisier dan Pierre-Simon Laplace , untuk menentukan panas yang dihasilkan dalam berbagai perubahan kimia , perhitungan yang didasarkan pada penemuan panas laten Joseph Black sebelumnya. Pada tahun 1757, Black diangkat sebagai Profesor Regius dalam Praktek Kedokteran di Universitas Glasgow .

Pada tahun 1761, ia menyimpulkan bahwa penerapan panas pada es pada titik lelehnya tidak menyebabkan kenaikan suhu campuran es/air, melainkan peningkatan jumlah air dalam campuran. Selain itu, Black mengamati bahwa penerapan panas pada air mendidih tidak mengakibatkan kenaikan suhu campuran air/uap, melainkan peningkatan jumlah uap. Dari pengamatannya, ia menyimpulkan bahwa panas yang diberikan pasti telah bergabung dengan partikel es dan air mendidih dan menjadi laten.

Teori panas laten menandai dimulainya termodinamika. Teori Black tentang panas laten adalah salah satu kontribusi ilmiahnya yang paling penting, dan salah satu landasan ketenaran ilmiahnya. Dia juga menunjukkan bahwa zat yang berbeda mempunyai panas spesifik yang berbeda.

Teori ini pada akhirnya terbukti penting tidak hanya dalam pengembangan ilmu pengetahuan abstrak namun juga dalam pengembangan mesin uap. Black dan James Watt menjadi teman setelah bertemu sekitar tahun 1757 saat keduanya berada di Glasgow . Black memberikan pendanaan yang signifikan dan dukungan lain untuk penelitian awal Watt di bidang tenaga uap. Penemuan Black tentang panas laten air akan menarik bagi Watt, menginformasikan upayanya untuk meningkatkan efisiensi mesin uap yang ditemukan oleh Thomas Newcomen dan mengembangkan ilmu termodinamika.

Karbon dioksida 

Black juga mengeksplorasi sifat-sifat gas yang dihasilkan dalam berbagai reaksi. Ia menemukan bahwa batu kapur (kalsium karbonat) dapat dipanaskan atau diolah dengan asam untuk menghasilkan gas yang disebutnya "udara tetap". Dia mengamati bahwa udara yang diam lebih padat daripada udara dan tidak mendukung nyala api atau kehidupan hewan. Black juga menemukan bahwa ketika digelembungkan melalui larutan kapur (kalsium hidroksida) berair, kalsium karbonat akan mengendap. Dia menggunakan fenomena ini untuk menggambarkan bahwa karbon dioksida dihasilkan oleh respirasi hewan dan fermentasi mikroba.

Jabatan profesor 

Pada tahun 1766, mengikuti jejak temannya dan mantan gurunya di Universitas Glasgow, Black menggantikan William Cullen sebagai Profesor Kedokteran dan Kimia di Universitas Edinburgh (Cullen pindah ke Edinburgh pada tahun 1755). Posisinya di Universitas Glasgow diisi oleh Alexander Stevenson. 

Pada titik ini dia berhenti melakukan penelitian dan mengabdikan dirinya secara eksklusif untuk mengajar. Dalam hal ini ia berhasil dengan kehadiran penonton pada ceramahnya yang meningkat dari tahun ke tahun selama lebih dari tiga puluh tahun. Ceramahnya mempunyai pengaruh yang kuat dalam mempopulerkan ilmu kimia dan kehadirannya bahkan menjadi hiburan yang modis.

Black dikenal luas sebagai salah satu dosen paling populer di Universitas. Kursus kimianya secara rutin menarik jumlah siswa yang sangat banyak, dan banyak yang mengikuti dua atau tiga kali. Selain secara teratur memperkenalkan topik-topik mutakhir dan dengan cermat memilih eksperimen yang mengesankan secara visual, Black menggunakan beragam alat pengajaran yang berhasil membuat kimia dapat diakses oleh siswanya (banyak di antaranya berusia 14 tahun).  Murid-muridnya datang dari seluruh Britania Raya , koloni-koloninya , dan Eropa , dan ratusan dari mereka menyimpan ceramahnya di buku catatan mereka dan menyebarkan ide-idenya setelah mereka meninggalkan universitas.

Ia menjadi salah satu hiasan utama Universitas; dan ceramahnya dihadiri oleh audiens yang terus meningkat dari tahun ke tahun, selama lebih dari tiga puluh tahun. Tidak mungkin sebaliknya. Penampilan dan sikap pribadinya adalah seorang pria sejati, dan sangat menyenangkan. Suaranya saat berceramah pelan, tapi bagus; dan artikulasinya begitu jelas, sehingga ia dapat didengar dengan baik oleh ratusan penonton. Ceramahnya begitu jelas dan jelas, ilustrasinya melalui eksperimen begitu tepat, sehingga sentimennya terhadap subjek apa pun tidak akan pernah bisa disalahartikan bahkan oleh orang yang paling buta huruf sekalipun; dan instruksi-instruksinya begitu jelas terhadap semua hipotesis atau dugaan, sehingga pendengar bersandar pada kesimpulan-kesimpulannya dengan keyakinan yang hampir tidak melebihi pengalamannya sendiri. 

Pada 17 November 1783 ia menjadi salah satu pendiri Royal Society of Edinburgh. Dari tahun 1788 hingga 1790 ia menjadi Presiden Royal College of Physicians of Edinburgh. Ia adalah anggota komite revisi untuk edisi Pharmacopoeia Edinburgensis perguruan tinggi tahun 1774, 1783, dan 1794. Black diangkat sebagai dokter utama Raja George III di Skotlandia.

Penelitian dan pengajaran Black berkurang karena kesehatan yang buruk. Sejak tahun 1793 kesehatannya semakin menurun dan dia secara bertahap menarik diri dari tugas mengajarnya. Pada tahun 1795, Charles Hope diangkat sebagai koajutor dalam jabatan profesornya, dan pada tahun 1797, dia mengajar untuk terakhir kalinya.

Kehidupan pribadi 

Hitam adalah anggota Klub Poker. Dia adalah sepupu pertama, teman baik dan kolega Adam Ferguson FRSE yang menikahi keponakannya Katherine Burnett pada tahun 1767, dan berhubungan dengan David Hume , Adam Smith , dan sastrawan Pencerahan Skotlandia . Ia juga dekat dengan ahli geologi perintis James Hutton.

Pada tahun 1773 dia terdaftar sebagai orang yang tinggal di College Wynd di sisi selatan Kota Tua. Pada tahun 1790-an, dia menggunakan Sylvan House di Sciennes sebagai tempat peristirahatan musim panas. Sebuah plakat, yang diresmikan pada tahun 1991, memperingati dia menempati rumah tersebut.

Hitam tidak pernah menikah. Dia meninggal dengan tenang di rumahnya 12 Nicolson Street di selatan Edinburgh pada tahun 1799 pada usia 71 tahun dan dimakamkan di Greyfriars Kirkyard . Monumen besar ini terletak di bagian tertutup di barat daya yang dikenal sebagai Penjara Perjanjian.

Pada tahun 2011, peralatan ilmiah yang diyakini milik Black ditemukan selama penggalian arkeologi di Universitas Edinburgh.Rumahnya, sebuah flat di 12 Nicolson Street yang sangat dekat dengan Old College, masih ada, tetapi tidak memiliki plakat yang menunjukkan keberadaannya.

Disadur dari: en.wikipedia.org