BAGIAN - BAGIAN GAS TURBINE ENGINE

Proses yang berlangsung pada motor turbin sama dengan proses yang berlangsung pada motor piston, hanya saja tempat dimana terjadinya proses yang berbeda. Pada piston engine, proses isap, kompresi, pembakaran dan ekspansi belangsung pada tempat yang sama (dalam ruang bakar) tapi waktu yang berlainan, sementara proses tersebut berlangsung aam tempat yang berlainan dengan waktu yang bersamaan pada gas turbin engine.

 

Pada umumnya motor turbin gas mempunyai bagian utama sebagai berikut :

1. Air inlet / bagian pemasukan udara

2. kompresor

3. Ruang bakar

4. Turbin

5. Accessory / alat - alat bantu

6. system - system :

• system starting
• system bahan bakar
• system peluasan
• system anti ice
• system pendingin, dll

Bagian - bagian utama semua motor turbin gas pada dasarnya adalah sama, hanya kadang - kadang nama bagian atau komponen agak berbeda karena adanya perbedaan terminology dari masing - masing pembuat / pabrik dari motor tersebut.

 

Faktor terbesar yang mempengaruhi bentuk konstruksi dari setiap motor turbin gas adalah tipe dai kompresor yang digunakan, yang ditentukan saat perencanaan.



PERRSYARATAN MOTOR PESAWAT UDARA

Agar dapat diandalkan dalam penggunaanya maka suatu motor pesawat terbang harus memiliki beberapa persyaratan yang harus dipenuhi, dan diantaranya adalah sebagai berikut:

 

1. Ekonomis

Ekonomis dalam perawatan dan ekonomis dalam pemakain bahan bakar. Ekonomis dalam pemakaian bahan bakar dapat dilihat dari specific fuel consumption yang rendah dari engine tersebut.

specific fuel consumption untuk turbo jet dan ram jet adalah perbandingan antara fuel flow (lb/jam) dengan thrust (lb) dan untuk piston engine, perbandingan antara fuel flow (lb/jam) dengan brake horse power. masing - masing disebut "thrust specific fuel consumption" dan "brake specific fuel consumption". Untuk turbo prop, perbandingan antara fuel flow (lb/jam) dengan equivalent shaft horse power disebut "equivalent specific fuel consumption". Pada kecepatan rendah, piston engine dan turbo prop lebih efisien daripada turbo jet, sementara pada kecepatan tinggi turbo jet fisien.

 

2. Power weight ratio tinggi atau weight power ratio rendah

Power yang besar sementara berat ringan adalah factor penting untuk menentukan performance suatu engine.

 

3. Keandalan (reliability)

Motor harus dapat diandalkan (reliable), yaitu apabila motor dirawat diperlukan sesuai dengan apa yang dilakukan oleh pabrik pembuat motor tersebut dan tidak menyimpang dari peraturan - peraturan keselamatan kerja. Tidak akan gagal atau mudah rusak karena dilakukan pemeriksaan - pemerikasaan dan perawatan dengan sebaik - baiknya dan dilakukan oleh tenaga pelaksanaan yang berpengalaman. Motor akan mempunyai umur yang panjang dan waktuantara pemeriksaan (time between overhaul) yang semaksimal mungkin, menggunakan bahan bakar yang sehemat mungkin pada waktu terbang dengan kecepatan jelajah (cruising speed). Semua bagian perlengkapan mempunyai batas waktu pakai yang panjang / lama. Harganya murah dan mudah serta cepatdalam pelaksanaan pembongkaran dan pemasangannny bila waktu pakainya habis.

 

4. Ketangguhan (flexibility)

Motor harus tangguh (flexible), yaitu kondisi motor yang mampu bekerja tetap baik dengan halus pada segala putaran motor, dari putaran paling rendah sampai putaran yang maksimal dengan tenaga penuh, serta kondisi atmosfer yang berbeda - beda.

 

5. Keseimbangan (balance)

otor disebut seimbang (balanced) apabila bebas dari getaran. Motor yang ringan dan lentur akan menimbulkan getaran yang dapat mengurangi umur bagian - bagian atau unit - unit dari pesawat terbang dan mungkin dapat menghabiskan sama sekali umur pesawat terbang seluruhnya.

 

Pipa - pipa, kabel - kabel, instrument - instrument, dan perlengkapan lainnya akan menjadi rusak yang akhirnya fungsinya menjadi lemah, karena getaran motor yang berlebihan. salah satu cara untuk mengurangi getaran motor adalah merancang motor dengan silinder yang banyak. Maksudnya goncangan dan puntiran yang dihasilkan oleh motor dapat disalurkan ke silinder - silinder yang lain. Sedangkan goncangan - goncangan yang timbul oleh putaran poros engkol dapat diimbangi dengan memasang bobot kontra (counter weight).



THRUST (GAYA DORONG)

Pada saat pesawat terbang lurus dan mendatar, thrust sama besarnya dengan drag tapi berlawanan arah. Thrust  atau gaya dorong ini dihasilkan oleh engine untuk mendorong pesawat terbang. Semua engine mempunyai kemampuan untuk merubah energy panas menjadi energy mekanik. Pada pesawat terbang, thrust yang dihasilkan merupakan aplikasi dari hokum newton ke 2 dan 3.

Sir Isaac Newton mengatakan 1686 menyatakan bahwa:

Setiap benda yang diam akan tetap diam atau setiap benda bergerak akan tetap bergerak kecuali ada gaya luar yang mempengaruhinya (hokum Newton ke 1).

Jika massa konstan, maka gaya dorong sama dengan massa kali percepatan

F =  m . a

Dimana:

m = massa gas

a = percepatan

   = Ve – Vo

Ve = exhaust velocity

Vo = inlet velocity

 

F=m(Ve-Vo)

Setiap ada aksi maka akan timbul reaksi yang sama besarnya akan tetapi berlawanan arahnya (hokum Newton ke 3)

 

 

Thrust pada turbo jet

 

Motor dengan sumber tenaga dari panas yang diubah manjadi tenaga mekanis atau pancaran gas yang dirubah menjadi tenaga kinetis merupakan motor  yang dipakai unuk menggerakkan pesawat terbang. Bila  suatu masssa  udara  dipanaskan, maka gas tersebut mengembang, temperaturnya akan naik. Dengan demikian, tekanan dan kecepatan dari gas juga akan naik. Kenaikan tekanan dan kecepatan dapat dimanfaatkan sebagai gaya untuk menggerakkan blade turbin, bagian lain dari motor atau disemburkan ke atmosfer melalui pancaran gas.

 

Dari hokum Newton ke 2 dapat dinyatakan bahwa cara - cara untuk memperbesar gaya dorong adalah memperbesar massa udara dan memperbesar percepatan gas. Untuk menghasilkan gaya dorong yang besar, maka didesain beberapa jenis engine sebagai penggerak pesawat udara.

 

Turbo prop dan turbo fan dengan high by pass ratio menghasilkan thrust yang besar karena massa gas yang diperoleh sangat besar, sementara selisih kecepatan gas keluar dan gas masuk relative kecil.

 

Turbo jet, turbo jet yang memakai after burner an roket menghasilkan trust yang besar karena lisih keepatan gas keluar dengan gas masuk sangat tinggi, sementara massa gas yang diperoleh sangat relative kecil.

 

 

Gaya dorong oleh motor

 

Agar pesawat dapat terbang di udara, maka engine harus menghasilkan thrust untuk mendorong pesawat terbang. Untuk piston engine / propeller daya motor diukur dalam Brake Horse Power, sementara gas turbin engine diukur dalam pound thrust. Thrust yang dihasilkan oleh baling - balingdapat dibuat hubungan melalui rumus:

Trust baling - baling = (BHP/V) x effisiensi baling - baling

Trust baling - baling = gaya dorong yang dihasilkan baling - baling

BHP = daya motor effektif (Brake horse power)

V     = kecepatan terbag (velocity)

 

Jika diperlukan, thrust yang dihasilkan gas turbin engine dapat dikonversikan dalam satuan thrust horse power (t.hp)

t.hp = thrust x aircraft speed (m.p.h)/375 lb.mile per jam

1 hp = 375 lb mile per jam

 

Jika gas turbin engine menghasilkan thrust 4000 lb dan pesawat terbang pada kecepatan 500 m.p.h, maka:

t.h.p = 4000 lb x 500 m.p.h / 33.000 lb.mph

t.h.p = 6,666

 

Pesawat terbang dioperasikan pada power yang relative besar untuk memperoleh lift yang cukup untuk terbang. Pada saat pesawat take-off power motor dibuat maksimal ti waktunya dibatasi dan hampir tidak pernah lebih dari 2 menit, dan setelah pesawat mengudara power dikurangi saat climbing. Setelah climbing power dapat dikurangi lagi apabila pesawat telah mencapai ketinggian yang dianggap ideal untuk melakukan cruising dalam penerbangan tersebut.

 

Apabila berat tiap brake horse power (disebut specific weight) suatu engine dapat dikurangi, maka beban yang dapat dibawa pesawat makin tinggi dan engine performance makin besar. Melalui kemajuan tekhnologi daa pengolahan bahan dan desain piston engine pesawat terbang, setiap pengurangan berat 1 lb, power motor dapat dikurangi sebesar 1 hp.

PEMAKAIAN BAHAN BAKAR SPESIFIK

Pemakain bahan bakar spesifk (specific fuel consumption) untuk motor pesawat terbang diberi notsi “sfc”. Untuk motor piston maupun motor turbo prop, yang dimaksud dengan sfc adalah beratnya bahan bakar yang bakar setiap jam untuk menghasikan tenagakuda daya poros. Pemakain bahan bakar spesifik ini dapat ditulis sebagai berikut:

 

Dimana:

G = berat bahan bakar, lb

Shp = daya poros atau daya efektif dalam hp atau daya yang berguna untuk menggerakkan beban (=baling – baling)

Untuk motor turbo jet pemakain bahan bakar per jam tidak dibagi dengan N (shp) untuk mendapatkan sfc nya tetapi dibagi denga lb. gaya dorong (lb thrust), sehingga untuk motor turbo jet dikenal denga istilah thrust specific fuel consumption (tsfc).

 

Satuan dari tsfc ini adalah lbs. bb./lb. gaya dorong atau disingkat lbs./lb./jam

Contoh:

Hitunglah pemakaian bahan bakar suatu motor turbo prop yang menhasilkan 5000 hp daya poros, dimana pemakain bahan bakar spesifiknya adalah 0,45

Jawab:

Pemakaian bahan bakar spesifik = 0,45 lbs. bb./shp/jam, ini berarti bahwa motor turbo prop tadi membutuhkan 0,45 lbs bahan bakar per jam untuk memperoleh daya poros satu tenaga kuda (1 hp). Untuk memperoleh 5000 tenaga kuda daya  poros maka pemakaian bahan bakar adalah = 0,45 x 5000 = 2250 jb.bb/jam.

MOTOR TURBO SHAFT

Sebuah turbo shaft mirip denagn mesin turbo prop, yang berbeda terutama dalam fungsi poros turbin. Dalam motor turbo shaft, poros turbin terhubung ke system transmisi yang mendorong baling – baling helicopter, generator listrik, kompresor dan pompa. Dan sebagai propulsi kelautan bagi kapal – kapal angkatan laut, kapal kargo, kapal penumpang berkecepatan tinggi, hydrofoils dan kapal lainnya. Mesin turbo shaft dirancang sedemikian rupa sehingga kecepatan rotor helicopter tidak tergantung pada kecepatan putar dari generator. Hal ini memungkinkan kecepatan rotor harus dijaga konstan bahkan ketika kecepatan generator bervariasi untuk memodulasi jumlah listrik yang dihasilkan.

Turbo shaft tersebut member tenaga untuk poros yang menggerakkan sesuatu selain baling – baling. Perbedaan terbesar antara motor turbo jet dan motor turbo shaft adalah bahwa pada mesin turbo shaft, sebagian besar dari energy yang dihasilkan oleh ekspansi gas digunakan untuk menggerakkan turbin daripada menghasilkan daya dorong. Banyak  helicopter menggunakan mesin turbo ahaft. Selain itu, mesin turbo shaft banyak digunakan sebagai daya tambahan pada pesawat besar.

 

Motor turbo shaft

 



Motor turbo fan

Motor turbo fan merupakan perpaduan sifat – sifat yang baik dari motor turbi jrt dan motor turbo prop. Pada motor turbo fan, walaupun kecepatan pancaran gas yang keluar dari saluran buang lebih rendah dari motor turbo jet tetapi bias diperoleh gaya dorong yang sama karena jumlah massa aliran udara / gas lebih besar melalui motor turbo fan tersebut. Dengan aliran massa udara yang lebih besar tetapi dengan kecepatan yang lebih rendah, maka motor turbo fan akan memperoleh randemen gaya dorong yang lebih tinggi dari motor turbo jet. Konstruksi dari motor turbo fan ini pada umumnya ada dua macam, yaitu:

1.       Motor turbo fan dengan fan di depan.

    2.     Motor turbo fan dengan fan di belakang.

 

 

Motor turbo fan dengan fan di depan.

Pada konstruksi motor ini, fan di taruh di depan. Sebagian udara yang dipercepat oleh fan masuk kedalam kompresor yang dengan sendirinya akan menaikkan perbandingan tekanan (pressure ratio), kemudian udara tersebut masuk kedalam ruang bakar dan di bakar bersama – sama dengan bahan bakar.

Sebagian dari udara yang dipercepat oleh fan tadi melewati bagian luar ruang bakar, dimana akhirnya disaluran buang (nosel buang) bergabung dengan gas panas hasil pembakaran dan percampuran ini akan mengakibatkan percepatan pancaran gas menjadi berkurang dan sebagai akibatnya akan memperbesar randemen gaya dorong.

 

Turbo fan, fan di depan

 

 

Motor turbo fan dengan fan di belakang.

Pada konstruksi motor ini fan di taruh setelah ruang bakar. Udara yang dipercepat oleh fan bergabung langsung pada salauran buang (nosel pembuangan) dengan gas hasil pembakaran dimana dengan demikian dapat mengurangi kecepatan pancaran gas dan sebagai akibatnya juga akan memperbesar randemen gaya dorong. Dari hal – hal yang tersebut diatas, pemakain bahan bakar pada motor turbo fan akan lebih hemat bila dibandingkan dengan motor turbo jet untuk pesawat – pesawat dengan kecepatan sedang.

Turbo fan, fan dibelakang

 

MOTOR TURBO PROPELLER (TURBO PROP)

Pesawat terbang yang ditenagai dengan motor turbo  prop saat ini mempunyai pasaran yang cukup luas, baik untuk keperluan penerbangan umum maupun untuk kepentingan perusahaan tertentu, hal ini dikarenakan sifat – sifatnya yang khusus.

 

Prinsip kerja dari motor turbo prop ini sama saja dengan motor turbo jet yaitu bahwa udara yang dimampatkan didalam kompresor masuk kedlam ruang bajar dan kemudian daibakar bersama bahan bakar yang disemprotkan sehingga menghasilkan gas hasil pembakaran dan selanjutnya melakukan ekspansi pada turbin. Untuk motor turbo prop ini pada umumnya diperlukan beberapa tingkat turbin agar energy dari gas panas yang melalui turbin ini dapat diserap lebih banyak untuk menggerakkn baling – baling. Dimana baling – baling diharapkan dapat menghasilkan kurang lebih 90% dari gaya dorong total, dan meninggalkan gas buang yang hanya akan menghasilkan 10% gaya dorong netto.

 

Dari segi tipe kompresor yang dipergunakan, maka motor turbo prop dibagi menjadi dua macam juga, yaitu:

1.   Motor turbo prop dengan kompresor centrifugal

2.   Motor turbo prop dengan kompresor axial

MOTOR TURBO PROP DENGAN KOMPRESOR CENTRIFUGAL

 

Pada umumnya pemakaian dari kompresor centrifugal dibatasi pada motor urbo prop ng ayanya kecil. Banyak sekali motor yang memakai kompresor centrifugal ini yang antara lain adalah :

1. Motor turbo prop TPE 331, buatan Garreth Airsearch Manufacturing Company of Arizona USA.
2. Motor turbo prop Roll Royce Dart mo/1.528 Inggris

Beberapa contoh daripada pesawat terbang yang memakai motorr turboprop TPE 331 ini adalah :

1. CASA 212
2. Rockwell Commander 690
3. Short Brothers Skyvan
4. Fairchild Porter

Motor turbo prop dengan kompresor centrifugal

 

Keterangan gambar : 

1. Propeller
2. Kopresor centrifugal
3. Ruang bakar tipe annular
4. Turbine tipe axial

Pesawat terbang CASA 212 Aviocar yang diproduksi oleh CASA spanyol mempergunakan motor TPE 331-2,-3,-5 dan -10, sedangkan motor turbo prop TPE 331 menggunakan pemasukan tunggal (single entry), dua tingkatkomprsor centrifugal, tiga tingkat turbin dan satu ruang bakar bentuk annular. kompresor dan turbin berputar pada poros yang sama.

MOTOR TURBO PROP DENGAN KOMPRESOR AXIAL

Prinsip kerja motor turbo prop dengan kompresor axial inin sama saja dengan motor turbo jet dengan kompresor axial. Bilamana perbandingan tekanan (pressure ratio) yang lebih tinggi diperlukan, misalnya diatas 15 : 1 maka kompresor dengan dua spool diperlukan, karena dengan satu spool sudah tidak efisien lagi. Motor turbo prop dengan kompresor axial dua spool, kompresor semacam ini dapat memberikanperbandingan tekanan yang lebih tinggi, sedangkan efisiensi dari kompresor tetap tinggi. Kenyataan menunjukkan bahwa untuk aliran massa udara dan perbandingan tekanan yang sama, kompresor axial dengan dua spool lebih ringan daripada kompresor dengan satu spool. Keuntungan lainnya adalah bahwa untuk system starternya lebih ringan karena yang diputarkan oleh starter adalah kompresor tekanan tinggi saja, sedangkan kompresor tekanan rendah akan berputar kemudian pada suatu putaran tertentu.

 

 

Motor turbo prop dengan komresor axial