MENJELASKAN CARA KERJA INSTRUMEN PESAWAT UDARA BERDASARKAN TEKANAN UDARA Part-1

Program Studi             : ELECTRICAL AVIONIC (EA)

Standar Kompetensi   : ELECTRONIC INSTRUMENT SYSTEM (EIS)

Kompetensi Dasar  : 3. MENJELASKAN CARA KERJA INSTRUMEN PESAWAT UDARA BERDASARKAN TEKANAN UDARA

Seperti telah dijelaskan pada pertemuan sebelumnya bahwa Flight Instrument adalah instrumen yang digunakan dalam mengendalikan attitude/sikap penerbangan pesawat. Prinsip kerja instrument ini menggunakan tekanan udara. Secara garis besar ada 6 (enam) instrument dasar yang termasuk dalam Flight Instrument, yaitu: (1) Altimeter yang menampilkan altitude Pesawat Terbang, (2) Airspeed Indicator, (3) Magnetik Direction Indicator atau Heading Indicator, suatu bentuk lain dari kompas, (4) Artificial Horizon, (5) Turn Coordinator, dan (6) Vertical Speed Indicator. Dari ke-enam Instrument tersebut ada tiga instrument yang menggunakan prinsip kerja berdasarkan tekanan udara, yaitu: Altimeter, Airspeed Indicator, dan Vertical Speed Indicator.

1.      Air Speed Indicator

Instrumen Air Speed Indicator digunakan untuk menunjukkan kecepatan pesawat saat terbang. Kecepatan pesawat yang diukur adalah kecepatan relatif terhadap udara disekitarnya. Kecepatan udara diukur dengan mengukur perbedaan tekanan udara. Tekanan udara diperoleh dengan menggunakan sistem Pitot-Static. Pada pengaturan dasar T, instrument ini terletak di sebelah kiri atas. Kecepatan pesawat diukur dalam satuan Knots.

Gambar 1. Air Speed Indicator

Arti warna busur Putih pada Gambar diatas merupakan jangkauan operasi lipatan. Ujung bawah tanda menunjukkan Vso (Stall Speed dalam konfigurasi pendaratan). Atas busur putih mewakili Vfe (Maximum Flap Extended Speed). Operasi di atas Vfe akan menyebabkan kerusakan pada sistem tutup. Stall Speed selalu tetap sama terlepas dari ketinggian pesawat. Stall Speed menunjukkan kecepatan udara. Contoh: Vso adalah selalu sama di ketinggian 1000 atau 10.000. Arti warna busur Hijau merupakan daerah kecepatan operasi normal. Bagian atas busur adalah Vno (Maximum Structural Cruising Speed). Di udara/cuaca yang kasar/tidak menentu, pesawat harus selalu perlu untuk menjamin kecepatan dalam daerah warna hijau. Ujung bawah busur hijau disebut Vs1 (Stalling Speed in a specific configuration). Biasanya, yaitu konfigurasi saat cruise.

Arti warna busur Kuning merupakan daerah kecepatan hati-hati. Terbang dengan kecepatan dalam busur kuning hanya diperbolehkan saat di udara/cuaca halus/bagus saja. Terbang dalam kecepatan di busur kuning selama kondisi turbulen/aliran udara yang tidak stabil dapat menyebabkan kerusakan struktur atau kegagalan. Arti warna busur Merah  merupakan kecepatan yang berbahaya atau diusahakan tidak pernah melebihi kecepatan ini, disebut juga VNE (Velocity Never Exceed). Kecepatan yang sangat lebih dari garis merah akan menyebabkan kerusakan struktural atau kegagalan dan dapat menyebabkan fenomena aerodinamis destruktif yang disebut "flutter." Permukaan kontrol yang berdebar akan hancur dalam hitungan detik. Jangan terbang melewati VNE.

Air Speed Indicator digunakan oleh pilot dalam semua fase penerbangan, dari take-off, memanjat/climb, posisi stabil (lurus)/cruise, menurun/descent, dan mendarat/landing untuk mempertahankan kecepatan yang khusus untuk jenis pesawat dan kondisi operasi yang ditetapkan dalam Manual Operasi. Selama penerbangan instrumen, Air Speed Indicator digunakan untuk tambahan/bantuan dari Instrumen Artificial Horizon sebagai alat acuan untuk kontrol pitch selama climb, descent, dan belokan/turns. Air Speed Indicator juga digunakan dalam perhitungan mati, di mana waktu, kecepatan, dan bantalan/bearing yang digunakan untuk navigasi tidak memiliki alat bantu seperti NDBs (Non-Directional Beacon), VORs (VHF Omnidirectional Range), atau GPS (Global Position System).

Seperti halnya dengan Altimeter dan Vertical Speed Indicator, maka Air Speed Indicator adalah salah satu dari Instrumen yang menggunakan sistem pitot-statis dalam instrumen Flight Instruments, dinamakan demikian karena mereka beroperasi dengan mengukur tekanan di pitot dan sirkuit statis. Air Speed Indicator bekerja dengan mengukur perbedaan antara tekanan statis, yang ditangkap melalui satu atau lebih port statis, dan tekanan stagnasi karena "ram udara", lalu dialirkan melalui tabung pitot. Perbedaan tekanan akibat ram udara disebut pressure impact.

Port statis terletak di bagian luar pesawat, di lokasi yang dipilih untuk mendeteksi tekanan atmosfer yang berlaku seakurat mungkin, yaitu, dengan adanya gangguan minimal dari keberadaan pesawat.        Beberapa pesawat memiliki port statis pada kedua sisi badan pesawat atau empennage/bagian belakang pesawat, agar lebih akurat mengukur tekanan statis selama slip dan tergelincir. Slip aerodinamis dan meluncur menyebabkan salah satu atau kedua port statis dan tabung pitot (s) untuk menampilkan diri ke angin relatif sebagai gerak maju dasar. Dengan demikian, penempatan alternatif dapat dilakukan pada beberapa pesawat.

Gambar 2. Sistem Pitot Statis

     

2.      Altimeter

Altimeter digunakan untuk menunjukkan seberapa tinggi pesawat terbang berada dari permukaan laut (sea level). Altimeter bekerja dengan mengukur tekanan udara yang masuk melalui sistem Pitot-Statis. Apabila tekanan udara meningkat pada sistem Pitot-Static maka Pesawat berada pada ketinggian yang mendekati sea level (semakin rendah), sebaliknya jika mengalami penurunan maka pesawat berada pada ketinggian yang menjauhi sea level (semakin tinggi). Altimeter dikenal juga dengan Altitude Meter. Pada pengaturan dasar T, instrument ini terletak di sebelah kanan atas. Satuan pengukuran Altimeter dalam Knots.

Ketinggian dapat ditentukan berdasarkan pengukuran tekanan atmosfer. Semakin besar ketinggian maka lebih rendah tekanan. Ketika barometer diberikan dengan kalibrasi nonlinier sehingga digunakan untuk menunjukkan ketinggian, alat ini disebut pressure altimeter atau altimeter barometric. Sebuah Pressure Altimeter adalah altimeter yang banyak ditemukan di sebagian besar pesawat terbang, selain alat navigasi lainnya seperti peta, kompas magnetik, atau penerima GPS.

Di dalam pesawat terbang, sebuah barometer aneroid digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer dari port statis di luar pesawat. Tekanan udara akan menurun dengan peningkatan ketinggian sekitar 100 hectopascals per 800 meter atau satu inci dari merkuri per 1.000 kaki di dekat permukaan laut. Aneroid Altimeter dikalibrasi untuk menunjukkan tekanan langsung sebagai ketinggian di atas permukaan laut, sesuai dengan model matematika yang ditentukan oleh International Standard Atmosphere (ISA). Pesawat tua sebelumnya menggunakan barometer aneroid sederhana dengan sebuah jarum dibuat kurang dari satu revolusi seperti Jam dinding dari nol ke skala penuh.

Desain ini berevolusi untuk altimeter dengan jarum primer dan satu atau lebih jarum sekunder yang menunjukkan jumlah putaran, mirip dengan Jam Dinding. Dengan kata lain, masing-masing jarum menunjuk ke sebuah digit yang berbeda dari pengukuran ketinggian saat ini. Namun desain ini telah gagal karena memiliki resiko salah membaca dalam situasi bertekanan. Desain berkembang lebih lanjut untuk menghidupkan-jenis altimeter, langkah terakhir dalam instrumentasi analog, di mana setiap revolusi jarum tunggal menyumbang 1.000 kaki, dengan kenaikan seribu kaki direkam pada angka odometer, jenis gendang/drum.

Gambar 3. Altimeter

Untuk menentukan ketinggian, pilot harus terlebih dahulu membaca drum untuk menentukan ribuan kaki, kemudian melihat jarum untuk ratusan meter. Perkembangan terbaru dalam sistem instrumen elektronik terintegrasi dengan altimeter ditampilkan secara digital. Teknologi ini telah dipakai dari pesawat dan pesawat militer sampai sekarang telah dijadikan standar di banyak pesawat penerbangan umum.

Pesawat modern menggunakan "sensitif altimeter,". Pada altimeter sensitif, tekanan referensi permukaan laut dapat disesuaikan dengan pengaturan tombol. Tekanan referensi, dalam inci merkuri yang digunakan di Kanada dan Amerika Serikat dan hectopascals (sebelumnya milibar) di tempat lain, akan ditampilkan dalam jendela Kollsman kecil. Hal ini diperlukan, karena referensi tekanan atmosfer permukaan laut pada lokasi tertentu bervariasi dari waktu ke waktu dengan suhu dan pergerakan sistem tekanan di atmosfer.

3.      Vertical Speed Indicator

Gambar 4. Vertical Speed Indicator

Instrumen ini digunakan untuk menunjukkan kecepatan vertikal pesawat. Laju perubahan kecepatan diukur dengan perbedaan tekanan udara melalui sistem Pitot-Statis. Vertical Speed Indicator bekerja pada saat pesawat sedang menaik (climbing) dan menurun (descend) untuk mempertahankan tingkat kecepatan yang tepat saat climbing dan descend. Pada pengaturan dasar T, instrumen ini terletak di kanan bawah. Satuan kecepatan diukur dalam feet per minute (ft per min).

Vertical Speed Indicator (VSI) disebut juga Variometers (yang bisa diartikan juga sebagai rate of climb and descent Indicator (RCDI), rate-of-climb indicator, atau vertical velocity indicator (VVI)) digunakan untuk mengukur laju perubahan ketinggian dengan mendeteksi perubahan tekanan udara (tekanan statis) sebagai perubahan ketinggian. Sebuah VSI sederhana dapat dibangun dengan menambahkan suatu reservoir besar (seperti botol termos) untuk menambah kapasitas penyimpanan pesawat sebagai instrumen rate-of-climb secara umum. Dalam bentuk elektronik yang paling sederhana, instrumen ini terdiri dari botol udara yang terhubung eksternal ke atmosfer melalui aliran udara sensitif meter.

Sebagai perubahan ketinggian pesawat, tekanan atmosfer di luar pesawat dibandingkan dengan perubahan aliran udara masuk atau keluar dari botol air untuk menyamakan tekanan di dalam botol dan di luar pesawat. Tingkat dan arah udara yang mengalir diukur dengan pendinginan dari salah satu dari dua termistor pemanasan sendiri dan perbedaan antara resistensi termistor akan menyebabkan perbedaan tegangan, hasilnya diperkuat dan ditampilkan kepada pilot. Semakin cepat pesawat ini naik (atau turun), maka arus udara lebih cepat. Air mengalir keluar dari botol menunjukkan bahwa ketinggian pesawat meningkat. Air mengalir ke dalam botol menunjukkan bahwa pesawat sedang turun.

Desain VSI baru, langsung mengukur tekanan statis dari atmosfer menggunakan sensor tekanan dan mendeteksi perubahan ketinggian langsung dari perubahan tekanan udara, bukan dengan mengukur aliran udara. Desain ini cenderung lebih kecil karena mereka tidak perlu menggunakan botol udara. VSI modern lebih dapat diandalkan karena tidak ada botol yang akan berpengaruh dari perubahan suhu dan kemungkinan kebocoran kurang terjadi di saluran penghubung. Desain yang dijelaskan tersebut, mengukur laju perubahan ketinggian dengan secara otomatis mendeteksi perubahan tekanan statis sebagai perubahan ketinggian pesawat yang disebut sebagai "terkompensasi" VSI.

Istilah “vertical speed indicator” atau "VSI" paling sering digunakan untuk instrumen ketika dipasang dalam pesawat yang bertenaga besar. Sedangkan istilah "variometer" paling sering digunakan ketika instrumen dipasang di glider atau sailplane.

Seperti yang telah dijelaskan pada pertemuan sebelumnya bahwa Engine Instrument adalah instrument yang dirancang untuk mengukur operasi parameter engine pesawat. Pada saat ini ada 3 jenis utama mesin yang digunakan, yaitu:

1. Piston

2. Turbo Propeller (fix wing), Turbo Shaft (rotary wing)

3. Pure Turbine (Turbo Jet)

Ada parameter tertentu yang diperlukan untuk dimonitor untuk memastikan bahwa engine tersebut beroperasi sesuai dengan desain peringkat kinerja mereka dan dalam keterbatasan tertentu.

Operasi Parameter yang harus dimonitor adalah sebagai berikut:

1.      RPM

2.      Pressure: Oil, Fuel, Engine Pressure, Ratio, Manifold, dan Torque

3.      Temperature: Oil, Fuel, Cylinder Head, dan Exhaust Gas

4.      Fuel Flow

5.      Vibration

 Sumber:  Engel, Y.A. (2013). "Perangkat Kerja Guru: Program Pengalaman Lapangan (PPL), Pendidikan Profesi Guru Terintegrasi (PPGT), Universitas Negeri Jakarta". Jakarta: Pendidikan Profesi Guru Terintegrasi, Rintisan Program Pendidikan Profesi Guru SMK Kolaboratif Produktif, Direktorat Pendidik dan Tenaga Kependidikan, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, bekerjasama Fakultas Teknik, Universitas Negeri Jakarta.