Pendahuluan: Mendorong Batas Desain Pesawat dengan Hidrogen
Industri penerbangan menghadapi tantangan besar dalam upaya untuk mengurangi emisi gas rumah kaca. Sementara peningkatan efisiensi bahan bakar konvensional mencapai batasnya, konsep pesawat inovatif yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar muncul sebagai solusi yang menjanjikan. Namun, mengintegrasikan hidrogen ke dalam desain pesawat menghadirkan kompleksitas dan ketidakpastian baru, terutama terkait dengan keselamatan dan sertifikasi.
Artikel ilmiah ini, "Integration of a model-based systems engineering framework with safety assessment for early design phases: A case study for hydrogen-based aircraft fuel system architecting," menawarkan solusi inovatif untuk tantangan ini. Para penulis mengusulkan kerangka kerja generik dan adaptif yang mengintegrasikan Model-Based Systems Engineering (MBSE) dengan Model-Based Safety Assessment (MBSA) untuk desain konseptual sistem pesawat berbasis hidrogen.
Tantangan dan Kebutuhan akan Pendekatan Baru
Penggunaan hidrogen dalam pesawat terbang, khususnya hidrogen cair (LH2), masih dalam tahap awal pengembangan. Tidak ada pesawat komersial yang saat ini beroperasi dengan LH2, yang berarti kurangnya pengetahuan dan banyaknya ketidakpastian dalam merancang sistem LH2 yang memenuhi peraturan keselamatan dan sertifikasi.
Selain itu, integrasi teknologi baru seperti sistem bahan bakar LH2 dapat berdampak signifikan pada sistem pesawat lain, menciptakan interdependensi yang kompleks. Oleh karena itu, diperlukan pendekatan yang komprehensif dan terintegrasi untuk mengelola kompleksitas ini dan memastikan keselamatan desain pesawat berbasis hidrogen.
Kerangka Kerja MBSE-MBSA yang Diusulkan
Untuk mengatasi tantangan ini, para penulis mengusulkan kerangka kerja yang mengintegrasikan MBSE dan MBSA. MBSE adalah pendekatan yang menggunakan model untuk mendukung semua tahap pengembangan sistem, sementara MBSA menggunakan model arsitektur untuk melakukan penilaian keselamatan.
Kerangka kerja yang diusulkan memiliki beberapa fitur utama:
- Pendekatan Multi-Granularitas: Kerangka kerja ini menggunakan model dengan tingkat detail yang berbeda, memungkinkan analisis sistem dari perspektif yang berbeda.
- Model-Centric: Arsitektur sistem digunakan sebagai "single source of truth" (SSoT), memastikan konsistensi dan keterlacakan informasi.
- Penilaian Keselamatan Bertahap: Kerangka kerja ini menggabungkan penilaian kualitatif dan kuantitatif. Penilaian kualitatif menggunakan aturan desain dan keselamatan yang diformalkan, sedangkan penilaian kuantitatif menggunakan fault tree otomatis.
Studi Kasus: Arsitektur Sistem Bahan Bakar LH2
Untuk mendemonstrasikan penerapan kerangka kerja mereka, para penulis menggunakannya dalam studi kasus desain sistem bahan bakar LH2 untuk pesawat jet bisnis berukuran sedang. Studi kasus ini melibatkan analisis berbagai varian arsitektur sistem bahan bakar LH2 dan evaluasi keselamatan mereka.
Para penulis memodelkan 18 varian arsitektur yang berbeda, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti jumlah tangki LH2, jumlah pompa, dan konfigurasi saluran distribusi bahan bakar. Mereka kemudian menerapkan kerangka kerja MBSE-MBSA untuk mengevaluasi varian-varian ini dari sudut pandang keselamatan.
Analisis Mendalam: Implikasi dan Kontribusi
Artikel ini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap bidang desain sistem pesawat dan penilaian keselamatan. Kerangka kerja MBSE-MBSA yang diusulkan menawarkan pendekatan yang komprehensif dan terintegrasi untuk menangani kompleksitas desain pesawat berbasis hidrogen.
Beberapa poin penting untuk dianalisis lebih lanjut:
- Otomatisasi: Kerangka kerja ini menekankan pada otomatisasi penilaian keselamatan melalui penggunaan fault tree otomatis. Ini memiliki potensi untuk mempercepat proses desain dan mengurangi kesalahan manusia.
- Generalisasi: Meskipun studi kasusnya berfokus pada pesawat jet bisnis, kerangka kerja ini dirancang agar generik dan dapat diadaptasi untuk jenis pesawat lain dan sistem kompleks.
- Tantangan Data: Keberhasilan kerangka kerja ini bergantung pada ketersediaan data yang akurat dan andal untuk memodelkan sistem dan melakukan penilaian keselamatan.
- Validasi: Validasi lebih lanjut dari kerangka kerja ini dengan studi kasus tambahan dan data dunia nyata akan memperkuat keandalannya.
Kesimpulan: Membuka Jalan untuk Penerbangan Hidrogen yang Aman
Artikel ini menyajikan kontribusi yang berharga untuk pengembangan pesawat berbasis hidrogen. Dengan mengintegrasikan MBSE dan MBSA, para penulis menawarkan pendekatan yang menjanjikan untuk mengatasi tantangan keselamatan dan mempercepat realisasi penerbangan hidrogen yang aman dan berkelanjutan.
Penelitian di masa depan dapat membangun pekerjaan ini dengan berfokus pada validasi kerangka kerja yang lebih luas, peningkatan teknik pemodelan, dan eksplorasi aplikasi tambahan dalam desain pesawat.
Sumber Artikel:
Kuelper, N., Jeyaraj, A. K., Liscouët-Hanke, S., & Thielecke, F. (2025). Integration of a model-based systems engineering framework with safety assessment for early design phases: A case study for hydrogen-based aircraft fuel system architecting. Results in Engineering, 25, 104249.