Sejarah Pengembangan Mesin Jet/Jet Engine
Bagian- bagian Mesin Turbo jet
Dari gambar bagian-bagian mesin turbo jet di bawah, prinsip kerja dari mesin turbo jet adalah sebagai berikut:
Turbofan
Mesin jet sebenarnya diawali ketika
seorang insinyur Perancis, Rene Lorin pertama kali mengajukan paten bagi
mesin propulsi jetnya pada tahun 1913. Mesin yang dipatenkan adalah
mesin athodyd (aero-thermodynamic-duct) yang tidak memiliki bagian berputar atau lebih populer dengan sebutan mesin pulse jet.
Mesin tipe inilah yang kemudian dikembang dan dijadikan mesin tenaga
utama pendorong bom terbangJerman, V-1 yang dipakai untuk mengebom
Inggris.
Sayangnya konsep mesin Lorin kurang
cocok bagi pesawat berpropulsi jet karena tidak efisien dalam kecepatan
rendah. Selanjutnya, seorang perwira Angkatan Udara Kerajaan Inggris (Royal Air Force/RAF),
Frank Whittle kemudian seorang mahasiswa aerodinamikaUniversitas
Gottingen, Hans von Ohain (Jerman) serta insinyur Italia, Secondo
Campini mengembangkan mesin jet yang kemudian prinsip dan konsepnya
dikenal pada masa-masa sekarang yakni menggunakan komponen-komponen
berputar seperti kompresor dan turbin. Frank Whittle mengajukan paten
pada tahun 1930 namun awalnya kurang mendapat perhatian dari Kementerian
Udara Inggris. Akibatnya, penemuan Whittle tidak menjadi rahasia
militer dan detaik konsep mesin jetnya bocor serta dimuat di berbagai
jurnal ilmiah dan teknologi 1,5 tahun kemudian. Namun atas jasa mantan
rekannya di RAFserta pembiayaan untuk pengembangan dari O.T. Falk &
Partners Ltd. maka Whittle membentuk perusahaan Power Jets yang akhirnya
berhasil mengembangkan mesin jet dan mendapat kontrak di Angkatan Udara
Inggris. Mesinnya berupa type W-1X yang kemudian ditahun 1942 diminta
lisensinya oleh Amerika Serikat.
Mesin type W-1X inilah diujicoba
pertama kali pada bulan Desember 1940 kemudian dimodifikasi dan
dinyatakan layak untuk digunakan sebagai tenaga dalam pesawat udara.
Pesawat bermesin jet Inggris pertama kali diterbangkan oleh pilot uji
Gerry Sayer pada tanggal 15 Mei 1941 dengan pesawat Gloster E.28/39.
Secondo Campini dari Italia membuat
mesin jet pada tahun 1933 dan bergabung dengan perancang pesawat Giavasi
Caproni membuat pesawat CC-2 bermesin jet yang terbang perdana pada
tanggal 27 Agustus 1940. Media massa Italia mencatatnya sebagai pesawat
terbang jet pertama di dunia.
Hans von Ohain mendaftarkan paten
rancangan mesin jetnya pada tahun 1935. Meski kemudian mesinnya dianggap
serupa dengan konsep Whittle, namun terdapat banyak detail perbedaan
dalam mesin rancangannya. Kemudian salah seorang profesornya yang kenal Ernst Heinkel,
pemilik perusahaan industri pesawat Heinkel meminta agar Hans von Ohain
dilibatkan dalam proyek membuat mesin pesawat. Pada bulan Maret 1937,
sebuah mesin berdaya dorong 550 pon berhasil dibuatnya, kemudian mesin
berdaya dorong 1.980 pon yang kemudian dianggap kurang berhasil serta
mesin berdaya dorong 1.100 pon yang penuh modifikasi yang kemudian
dibuat untuk pesawat Heinkel He. 178 yakni mesin turbojet HeS-3b.
Di Asia, Jepang mulai melirik mesin
jet untuk kepentingan penerbangan terutama militernya pada tahun 1937
saat Jepang membeli mesin Brown-Boveri yang dilengkapi turbocharger dari
Swiss. Dari dasar inilah, tidak mengeherankan setelah mendapatkan dari
sekutunya, Jerman berupa rancangan pesawat tempur Messerschmicht Me-262,
Jepang mengembangkan mesin jet Ne-20 untuk mentenagai pesawat jet
tempur pertamanya Kikka, yang mirip dengan jet tempur Jerman tersebut.
Sementara Rusia/Uni Soviet
disebut-sebut mendapatkan teknologi mesin jet setelah pesawat tempur jet
Jerman jatuh ketangannya, serta bantuan dari Inggris berupa mesin jet
Rolls-Royce Nene. Mesin inilah yang dikembangkan Uni Soviet yang
kemudian digunakan dalam pesawat tempur jet MiG-15 Fagot yang dipakai
dalam Perang Korea yang berkemampuan cukup mematikan.
Amerika Serikat mendapatkan
paten/lisensi mesin jet dari Inggris rancangan Frank Whittle, W-1X. Hal
ini tidak terlepas dari peran Mayor Jenderal H.H. Arnold, Deputy
Chief-of-Staff for Air yang dikemudian memegang pimpinan US Army Air
Forces dalam Perang Dunia II, juga dikenal sebagai Bapak dari United
States Air Force (USAF) yang saat itu diundang oleh Kementrian Udara
Inggris dalam penerbangan perdana pesawat mesin jet-nya. Jendral Arnold
kemudian mendesak pemerintah segera mempercepat Amerika Serikat untuk
memasuka abad jet, tanpa ragu kemudian ia menunjuk pabrik General
Elecric (GE) untuk melakukan riset teknologinya, mengingat GE dalam
riset teknologi turbin dan pengalaman pada 1917-1941 dengan
turbo-supercharger.
Perkembangan Teknologi Mesin jet
Mesin jet atau yang juga dikenal
sebagai mesin turbin gas juga dikembangkan tidak hanya untuk pesawat
terbang tetapi juga untuk kapaldan di darat untuk kendaraan terutama
kendaraan berat seperti tank dan mesin-mesin pembangkit listrik dan
mesin untuk industri. Ada empat jenis mesin turbojet antara lain mesin
turbojet dan turbofan yakni mesin yang tenaganya diperoleh dari reaksi
yang didapat dari daya dorong semburan jet-nya. Jenis yang lain adalah
turboprop dan turboshaft yang bekerja dengan prinsip lain yakni energi
dari gas panasnya digunakan untuk memutar/menggerakkan turbin yang
dihubungkan dengan baling-baling atau dikenal juga dengan sebutan power
output shaft.
Mesin rekasi jet sederhana kemudian
dikembangkan menjadi twin-spool low by pass ratio turbojet. Kini dari
turbojet low by-pass ratio, berkembang menjadi triple-spool front fan
high by-pass ratio turbojet atau lebih dikenal sebagai high bypass
turbofan dan fanjet. Masih berupa konsep adalah mesin prop-fan dan UDF
(unducted fan) dan contra rotating-fan.
Mesin turbojet adalah mesin jet yang
paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan
tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Rolls-Royce Olypus 593 yang
digunakan untuk pesawat Concorde. Versi lain adalah mesin Marine Olympus
yang memiliki kekuatan 28.000 HP (daya kuda atau setara dengan 21 MW)
yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati
20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.
Turboprop, Turbojet, Turbofan
Turboprop
Mesin Turboprop adalah mesin turbojet
dengan turbin tambahan yang dirancang sedemikian rupa untuk menyerap
semburan sisa bahan bakar yang sebelumnya menggerakkan kompresor. Pada
prakteknya selalu ada sisa semburan gas dan sisa inilah yang dipakai
untuk mengerakkan turbin yang dihubungkan ke reduction gear, biasanya
terletak di bagian mesin, memutar baling-baling.
Jenis mesin ini irit bahan bakar untuk
pesawat berkecepatan rendah/sedang dan terbang rendah (400 mil per
jam/30.000 kaki). Melalui teknologi maju, selain irit juga menghasilkan
tingkat kebisingan yang rendah dan mampu meluncurkan pesawat degnan
kecepatan 400 mil per jam.
Prinsip kerja Mesin Turboprop diawali
mesin menghirup udara yang kemudian dipadatkan oleh kompresor untuk
kemudian dibakar, hasil pembakaran akan memutar turbin pembakaran keluar
melalui nosel/jet yang mengakibatkan sebagian kecil daya dorong, poros
turbin memutar propoler yang mengakibatkan daya dorong pesawat. Propeler
tidak begitu efisien pada kecepatan tinggi, sehingga tidak digunakan
untuk pesawat kecepatan tinggi. Kecepatan pesawat turboprop bisa
mencapai 500 knot (926 km/h, 575 mph)
Contoh mesin turboprop yang populer adalah mesin Rolls-Royce Dart yang dipakai pada pesawat Britih Aerospace atau BAe (dulu Hawker Siddeley) HS-748 dan Fokker F-27. Kemudian mesin Rolls-Royce Tyne yang digunakan pada pesawat jenis Transall C-160 dan BAe Vanguard.
Contoh mesin turboprop yang populer adalah mesin Rolls-Royce Dart yang dipakai pada pesawat Britih Aerospace atau BAe (dulu Hawker Siddeley) HS-748 dan Fokker F-27. Kemudian mesin Rolls-Royce Tyne yang digunakan pada pesawat jenis Transall C-160 dan BAe Vanguard.
Mesin jenis ini tenaganya diukur
dengan total equivalent horsepower (tehp) atau kilowatt (kW)-shaft
horsepower (shp) plus sisa daya dorong. Sebagai contoh, mesin Tyne
dengan take-off power 4.985 tehp (3.720 kW) sampai 6.100 tehp (4.550 kW)
merupakan mesin turpboprop yang paling kuat dan irit bahan bakar.
Turbo Jet
Sejarah Turbo Jet
Perkembangan mesin jet dimulai pada
tahun 1930an oleh seorang insinyur dari Inggris yang bernama Frank
Whittle yng harus bekerja di gedung tua milik Angkatan Udara Inggris
yang bermarkas di Farnborough, Hampshire. Penggunaan mesin jet
pertamanya WU1 pada tahun 1937. Di Jerman Hans von Ohain dan Ernst
Heinkel merancang mesin jet yang sama dan digunakan pada tahun 1939
untuk pesawat Heinkel He178.
Pada tahun 1950 dimulailah penerbangan
pesawat jet komersial. Orang bisa melakukan perjalanan dengan lebih
cepat, perjalanan dari London sampai Sidney dapat ditempuh kurang dari
dua hari. Termasuk cepat untuk ukuran waktu itu. Perbaikan kualitas
terus dilakukan dilakukan terus dilakukan oleh pabrikan selain kapasitas
produksinya ditambah akibat meningkatnya permintaan pasar akan pesawat
terbang komersial.
Pesawat jet komersial yang paling
terkenal adalah Boeing 747, yang memulai penerbangannya tahun 1970.
Keberadaan pesawat produksi Boeing mendapat saingan berat dari Airbus,
pabrikan pesawat konsorsium negara-negara Eropa. Produksi pesawat
berbadan lebar yang terbaru dari Boeing adalah 787 Dream Liner,
sedangkan Airbus meluncurkan A380.
Sistem Penggerak Turbo Jet
Pada mesin turbo jet terdapat ruang
bakar, di mana bahan bakar yang telah dimampatkan dialirkan ke ruang
bakar, gas hasil pembakaran menyembur dari belakang dan mendorong mesin
ke depan. Daya dorong mesin jet sangat besar karena dihasilkan dari
hasil pembakaran gas bertekanan tinggi.
Bagian- bagian Mesin Turbo jet
Bagian-bagian mesin turbo terdiri dari
air inlet (saluran udara), sirip compressor dan sirip stator, saluran
bahan bakar (fuel in), ruang pembakaran (combuster), daun turbin dan
saluran buang (exhaust).
Prinsip Kerja Turbo Jet
Dari gambar bagian-bagian mesin turbo jet di bawah, prinsip kerja dari mesin turbo jet adalah sebagai berikut:
- Udara segar masuk melalui saluran udara (air inlet)
- Udara yang masuk kemudian dikompresi (ditekan) saat melewati sirip kompresi (sirip yang bergerak/compressor blade) dan sirip diam (stator blade). Udara bertekanan tinggi ini dicampur dengan bahan bakar sehingga terjadi ledakan di ruang bakar yang menghasilkan daya dorong ke depan melalui daun turbin (turbines blades) yang letaknya di belakang ruang bakar (combustor).
Mesin turbo jet pesawat komersial yang
telah dibuat mampu mendorong pesawat dengan kecepatan melebihi
kecepatan suara seperti pada pesawat komersial supersonic Concorde, yang
pernah digunakan maskapai penerbangan British Airways dan Air Frace,
walaupun sekarang dihentikan pengoperasiannya karena besarnya biaya
operasional.
Turbofan
Turbofan merupakan salah satu jenis
dari jet engine. Kita tahu jet engine terbagi atas 3 jenis :
turbojet,turboprop dan turbofan. Keistimewaan dari turbofan adalah jenis
ini merupakan penyempurnaan dari turbojet dan turboprop. Kelemahan dari
turbojet adalah boros bahan bakar,walau dalam soal tenaga lebih besar
dibandingkan dengan jenis lain. Karena itu jenis ini cocok untuk dipakai
pada pesawat tempur. Untuk turboprop,jenis ini mempunyai kelemahan
yaitu tidak mampu mensupport high speed dan high altitude,hanya mencapai
25.000feet saja. Dan turbofan ini lah yang bisa menjawab semua
requirment dari airlines yaitu: irit bahan bakar, mempunyai tenaga
dorong yang besar.
Prinsip kerja Turbofan adalah
airflow(udara) masuk kedalam blade (low pressure compresor) atau kita
sebut LPC dan dikompres kembali oleh blade yang lebih kecil ukurannya
(high pressure compresor) atau kita sebut HPC,masuk ke ruang pembakaran
(combustion chamber) dan diberi ignition sampai suhu atau temperatur
tinggi baru lah disemprot oleh fuel. Karena terjadi pembakaran maka
berubahlah energi kimia menjadi energi dorong. Energi dorong yang
dihasilkan ini mendorong high pressure turbin (HPT) yang terhubung
langsung dengan HPC sehingga HPC dapat berputar kembali. Energi dorong
tersebut juga mendorong low pressure turbin (LPT) yang terhubung
langsung dengan LPC. Dan sisa nya merupakan tenaga dorong pesawat. Jadi
prinsip kerja turbofan dapat disederhanakan sebagai berikut :
Berbeda dengan motor bakar yang
mempunyai 4step (langkah) atau 2step (langkah) pembakaran. Turbofan
melakukan beberapa step TAPI dalam 1 WAKTU. Dan perbedaan dengan motor
bakar adalah jika dalam motor bakar ruang pembakaran (combustion
chamber) sudah di isi oleh campuran (mix) air dan fuel BARU diberi
ignition (pengapian) sehingga terjadi pembakaran. Kalau di Turbofan
ini,combustion chamber hanya di isi udara bertekanan tinggi saja. Karena
tekanan tinggi maka temperatur tinggi dan diberi ignition,BARU di
semprotkan fuel sehingga terjadi pembakaran.
Untuk gaya dorong (thrust) pesawat
yang dihasilkan oleh pembakaran, sebenarnya hanya 15%-25% saja. Gaya
dorong pesawat yang terbesar justru pada KIPAS (blade) atau LPC sebesar
75-85% yang digerak oleh LPT (seperti dijelaskan diatas). Karena itu
Fan/blade/LPT dibungkus oleh casting,sehingga aliran udara (airflow)
lebih terpusat mengalir kebelakang. Itulah alasan mengapa Turbofan lebih
hemat bahan bakar dibanding dengan jenis lainnya. Dan pada saat engine
berada kondisi HIGH SPEED, turbofan hanya membutuhkan sedikit penambahan
throttle untuk dapat menghasilkan thrust yang besar.
dari berbagai sumber
