GAYA DORONG MESIN JET

Mesin jet, gaya dorong kedepan terhadap sebuah obyek, sebagai reaksi terhadap semburan kebelakang dari cairan atau gas berkecepatan tinggi.

Suatu contoh mudah tentang gaya dorong jet ini adalah sebuah balon yang berisi udara sehingga menggelembung. Ketika mulut balon dilepas, maka udara didalamnya yang mempunyai tekanan lebih tinggi dari udara sekitar akan mendorong balon kedepan. Sebenarnya dorongan terjadi karena adanya perbedaan antara tekanan tinggi dan rendah dalam balon yang mendorong balon tersebut.

Mesin jet cara kerjanya tidak sesederhana seperti balon, walaupun prinsip dasarnya sama. Selain ketidak keseimbangan tekanan yang terjadi, penambahan kecepatan dari semburan gas berkecepatan tinggi meninggalkan mesin merupakan hal yang penting. Hal ini dikarenakan adanya gaya-gaya dalam mesin yang memungkinkan gas mengalir kebelakang dalam bentuk semburan. Hukum Newton II menunjukkan gaya-gaya yang terjadi sebanding dengan tingkat perubahan gas yang bertambah. Untuk sebuah mesin jet terjadi hubungan antara tingkat jumlah masa udara dikalikan dengan kecepatan kebelakang semburan gas. Hukum Newton III menyatakan terhadap setiap gaya, akan terjadi reaksi yang sama besarnya dengan arah yang berlawanan,atau bila ada aksi pasti akan terjadi reaksi yang sama besarnya.Semburan kebelakang akan menimbulkan reaksi dorongan kedepan atau thrust. Dorongan kedepan ini sama seperti alur melingkar dalam laras senjata ketika memuntahkan peluru, dimana masa kepala peluru dan kecepatan dorongan dalam laras bertambah.Dorongan yang besar dari mesin membutuhkan tingkat aliran massa udara yang besar dan kecepatan semburan keluar, yang dicapai dengan menambah tekanan dalam mesin dan dengan menambah volume gas dengan pembakaran.

- 2 -Alat untuk menghasilkan gaya dorong jet, utamanya digunakan untuk kecepatan tinggi, pesawat yang terbang tinggi, peluru kendali dan pesawat ruang angkasa.Sumber tenaganya adalah bahan bakar berenergi tinggi dibakar pada tekanan tertentu untuk menghasilkan volume gas yang besar agar dalam menimbulkan semburan gas berkecepatan tinggi.Percampuran udara untuk pembakaran didapatkan dari udara sekitar yang diisap kedalam mesin, ditekan dan disalurkan keruang bakar atau dengan membawa sendiri cadangan udara dalam pesawat sehingga tidak tergantung pada atmosfir.Mesin-mesin yang tergantung pada udara di atmosfir adalah ; turbo jet, turbo fan, turbo prop, ramjets, scramjet dan pulse jet.Mesin –mesin yang tidak tergantung pada udara atmosfir biasa disebut mesin roket.

TURBO JET ENGINE

Mesin turbo jet banyak digunakan secara luas. Mesin turbo jet membutuhkan udara di atmosfir untuk proses pembakarannya. Udara diisap kedalam mesin melalui lubang masuk udara/air inlet. Kemudian tekanan udara ditingkatkan dengan menggunakan tingkat kompressor sebelum disalurkan keruang bakar/combustion chamber. Tenaga untuk memutar kompressor didapatkan dari turbine yang berada antara ruang bakar dengan nozzle/exhaust.

Walaupun ada 2 jenis mesin jet dilihat dari kompressornya, yaitu Sentrifugal flow dan axial flow, pada kebanyakan pesawat terbang yang menggun akan mesin jet hampir rata-rata menggunakan jenis axial flow yang proses pengisapan, kompresi, pembakaran ,pemutaran turbin dan penyemburan gas panas berlangsung dalam garis lurus dimana pada kompressor dan turbin terdapat stator dan rotor yang terdiri dari pisau-pisau/blade yang disusun dan diatur sedemikian rupa agar udara yang melaluinya mendapatkan tekanan dan percepatan yang dibutuhkan.Pada mesin jet yang modern, tingkat kompressor dapat menghasilkan tekanan udara 24 kali dari tekanan semula dengan menggunakan 15 tingkat kompressor.

Udara yang telah ditekan kemudian disalurkan kedalam Ruang bakar/combustion chamber dimana akan dicampur dengan uap bahan bakar dan kemudian dibakar. Untuk mendapatkan pembakaran yang baik, maka campuran bahan bakar dengan udara harus terbakar semua dan menimbulkan suhu/temperatur yang tinggi. Bila ini terjadi, maka temperatur dalam ruang bakar akan menjadi terlalu panas yang tidak baik

- 3 -

bagi ruang bakar itu sendiri dan bagi daun-daun turbin. Panas dalam mesin jet dibatasi dan tidak boleh melebihi 1100 derajat celcius (2000 derajat F ) agar material mesin tidak berubah. Untuk mengurangi suhu ini, hanya sebagian kecil dari udara yang diisap oleh kompressor yang disalurkan kedalam ruang bakar.Sebagian besar digunakan untuk pendinginan mesin dan penggunaan lainnya.

Pada tingkat turbin, gas panas dari ruang bakar memasuki deretan blade dari rotor dan stator, mengembang dan dengan cepat memutar daun-daun rotor turbin dan menghasilkan tenaga putar yang besar. Tenaga putar yang dihasilkan turbin ini sebagian besar digunakan untuk memutar balik kompressor dan memutar peralatan lainnya seperti pompa bahan bakar,generator dan peralatan lainnya.

Gas panas yang melalui turbin dengan tekanan yang cukup kemudian menuju pipa buang /nozzle/exhaust mengembang dan menyembur dengan keras dan kuat ke atmosfir menimbulkan gaya dorong/thrust yang besar dan kuat.

Mesin turbo jet tidak dapat langsung dihidupkan dari keadaan diam; harus diputar dahulu dengan menggunakan motor starter dari luar. Campuran bahan bakar/udara dalam ruang bakar dinyalakan dengan igniter plug, bila telah terbakar dan panas igniter akan mati dan pembakaran akan terus berlangsung karena panas yang timbul selama pembakaran.Gaya dorong yang dihasilkan mesin turbo jet akan menurun bila temperatur udara meninggi dan mengurangi kepadatan udara, sehingga

- 4 -

untuk menjaga agar daya dorong tetap tinggi, pada tingkat kompressor diinjeksikan air yang akan menguap dan mendinginkan udara.

TURBO FAN ATAU MESIN BYPASS

Mesin Turbo fan adalah pengembangan dari mesin turbo jet.Udara yang masuk sebagian yang ditekan oleh kompressor, sebagian besar diteruskan melalui pembungkus luar kebelakang dari tingkat turbin. Udara ini akan bercampur dengan gas panas dari belakang turbin sebelum mencapai pipa buang/exhaust nozzle. Mesin bypass mempunyai gaya dorong yang besar untuk tinggal landas dan mendaki dan denganeffisiensi yang bertambah .Udara bypass mendinginkan mesin dan mengurangi tingkat kebisingan.

- 5 –Pada beberapa mesin turbo fan, udara bypass tidak dicampur dengan gas buang, tetapi langsung disemburkan kebelakang. Pada mesin jenis ini, hanya seperenam bagian udara yang masuk kemesin, lima perenam lainnya ditekan melalui fan dan langsung disemburkan kebelakang. Dibuituhkan putaran yang berbeda antara bagian tekanan tinggi dan bagian tekanan rendah. Untuk ini dibuat dua tingkat turbin-kompressor yang mempunyai poros/shaft yang berbeda satu didalam lainnya. Fan dengan turbin tekanan tinggi tersambung pada pipa luar, kompressor tekanan rendah dengan turbin tekanan rendah tersambung pada pipa poros dalam. Contoh untuk mesin jenis ini adalah mesin jet jenis JT9D-3 yang mempunyai berat sekitar 3850 kg ( 8740 lbs ) yang dapat menghasilkan daya dorong tinggal landas sekitar 20.000 kg ( 44000 lbs) yang banyak digunakan pada pesawat-pesawat komersil sebelum Boeing 747.

MESIN TURBO PROP

Pada mesin turbo prop, sebuah propeller atau baling-baling dipasang pada bagian depan mesin jet. 90 % tenaga yang dihasilkan turbin digunakan untuk memutar propeller dan 10 % disemburkan melalui exhaust.Propellerlah yang menghasilkan daya dorong bukan semburan gas.Mesin jenis ini cocok untuk pesawat-pesawat ukuran kecil sampai sedang dengan kecepatan antara 460 sampai 640 km/jam ( 300 – 400 mph).

RAMJET DAN SCRAM JET

Mesin jenis ini tidak menggunakan kompressor maupun turbine. Dalam mesin hanya terdapat ruang bakar dengan penyemprot bahan bakar. Udara berkecepatan tinggi didapatkan bila pesawat dengan mesin jenis ini diluncurkan melalui pesawat lain, dan ketika meluncur kebawah dengan cepat udara berkecepatan tinggi akan masuk melalui air inlet dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan.Pesawat-pesawat dengan mesin jenis ini biasanya berkecepatan supersonic dan dinamakan scramjet.

X-43NASA's experimental plane, the X-43, smashed speed records in 2004. Powered by a scramjet engine, the unpiloted plane flew at Mach 9.6, nearly ten times the speed of sound.NASA/Dryden Institue illustraion by Steve Lighthill