Pada era modern, perkembangan teknologi material berkembang sangat pesat. Salah satu material yang banyak digunakan karena memiliki banyak keunggulan adalah material komposit. Misalkan pada industri otomotif, dirgantara ataupun perkapalan, material komposit disukai karena relatif lebih ringan dan kuat dibandingkan material baja, selain itu material komposit jug lebih tahan karat. Begitu pula untuk industri-industri menengah kebawah, penggunaan material komposit juga banyak diminati karena kemudahaan fabrikasinya dan biaya fabrikasi yang relatif rendah (untuk komposit fiberglass) dibandingkan bahan plastik.

Lalu apa yang membuat material komposit ini atraktif? sebelum membahasnya, alangkah baiknya kita mengetahui terlebih dahulu definisi dari material komposit itu sendiri. Material komposit adalah material yang terdiri dari dua buah komponen, satu komponen sebagai kekuatan dasarnya dan satu komponen lagi sebagai pengikatnya. Pada dasarnya material komposit ini sangat banyak jenisnya, misalkan semen yang dicampur dengan pasir secara definisi adalah material komposit. Namun, yang akan kita bahas pada artikel ini adalah komposit fiber yang banyak digunakan dalam dunia industri (dirgantara, otomotif, perkapalan, produk-produk tangki dan lain-lain).

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, material komposit terdiri dari dua buah komponen yaitu komponen penguat (reinforcement) dan komponen pengikat (matrix). Komponen penguat dari komposit fiber berwujud serat atau fiber yang secara umum berbahan dasar serat kaca, kevlar atau karbon. Serat atau fiber ini memiliki bentuk fisik berupa kain jahitan, bulu-bulu atau benang yang panjang.

1. Serat kaca (fiberglass)

Serat kaca atau fiberglass ini adalah material yang paling umum digunakan, selain karena harganya yang ekonomis, komposit dengan penguat fiberglass ini relatif mudah pengerjaanya dan kekuatanya relatif tinggi. Mungkin anda bertanya-tanya, bagaimana mungkin kaca memiliki kekuatan yang tinggi? bukankah kaca mudah pecah? Kaca yang kita ketahui dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya memiliki kekuatan dan kekakuan yang sangat tinggi, justru karena kekuatanya yang sangat tinggi tersebut, menjadikan kaca memiliki permukaan yang sangat keras. Sifatnya yang sangat keras tersebut membuat cacat sedikit saja cacat pada bahan kaca dapat menyebabkan retak menjadi menyebar dengan sangat cepat dan menghancurkan seluruh permukaan kaca. Coba bayangkan jika kaca tersebut dibuat sangat kecil dan halus seperti benang yang sangat tipis, hal tersebut membuat tidak ada celah untuk terjadinya cacat yang menyebabkan retak yang merambat pada permukaan kaca. Hal ini yang membuat fiberglass sangat kuat namun tetap ulet. Fiberglass banyak dimanfaatkan untuk dunia dirgantara (untuk komponen-komponen yang tidak terkena beban), sangat intensif digunakan di dunia perkapalan karena kekuatan dan keuletanya yang tinggi serta banyak digunakan pada industri menengah kebawah (pembuatan tong sampah, tangki air, pot bunga hingga perahu fiber) karena relatif unggul dan proses fabrikasinya yang lebih ekonomis dari produk plastik.

(Selengkapnya tentang fiberglass baca disini)

2. Serat kevlar (aramid)

Serat ini terkenal dengan keuletanya terhadap beban kejut. Karena keuletanya tersebut, kevlar banyak dimanfaatkan untuk membuat rompi anti peluru yang digunakan oleh militer. Kevlar juga banyak digunakan pada industri dirgantara dan pembuatan sepeda komposit. Harga kevlar ini relatif mahal dibandingkan dengan fiberglass sehingga penggunaanya terbatas dan sulit ditemukan di pasar lokal. Sebenarnya, kevlar bukanlah nama bahan namun merupakan nama dagang dari bahan ini yang sudah terlanjur terkenal dan banyak digunakan di pasaran.

(Selengkapnya tentang kevlar baca disini)

3. Fiber karbon (Carbon fiber)

Karbon fiber cukup terkenal dengan motifnya hitam kotak-kotak dengan kekakuan yang tinggi dan sangat ringan dibandingkan material lainya. Bahan ini dapat memiliki kekuatan lebih dari pada baja dengan berat setara dengan bahan  plastik. Sebenarnya presepsi bahwa bahan karbon itu lebih kuat dari bahan fiberglass adalah salah. Faktanya, dengan ukuran yang sama fiberglass lebih kuat dari karbon. Namun, dengan kekuatan yang sama, karbon fiber jauh lebih ringan daripada fiberglass. fiber karbon juga jauh lebih kaku dari fiberglass (bedakan kekuatan dengan kekakuan), hal inilah yang membuat bahan karbon fiber sangat menarik dalam dunia desain engineering. Sayangnya, bahan karbon fiber ini relatif lebih mahal daripada fiberglass di pasaran, sehingga penggunaanya terbatas pada komponen-komponen tertentu seperti komponen pesawat, mobil sport, sepeda balap, raket, komponen drone dan lain-lain. Alasan jarang digunakanya karbon fiber pada dunia perkapalan bukanlah alasan biaya saja, namun kekakuan karbon fiber membuatnya mudah patah pada kondisi beban-beban kejut seperti hantaman ombak. Karbon fiber biasanya hanya digunakan untuk pembuatan perahu kano kecil yang ringan.

Komponen kedua adalah pengikat atau reinforcement. Wujud fisik dari pengikat ini adalah berupa resin, yaitu cairan bahan kimia kental yang jika dicampur katalisator (pemercepat reaksi kimia) dapat mengeras menyerupai bahan plastik yang keras tapi rapuh. Fungsi dari pengikat ini adalah menyatukan fiber-fiber yang masih dalam bentuk jahitan atau bulu yang bersifat fleksibel seperti kain menjadi kaku. Kekuatan dan keuletan bahan komposit fiber diperoleh dari serat yang teganganya disalurkan oleh pengikat (resin). Resin yang umum digunakan di lapangan adalah resin polyester dan resin epoxy. Secara umum, resin polyester lebih ekonomis, lebih mudah pengerjaanya (cepat kering dan lebih kental) dan lebih kaku dari resin epoxy. Sedangkan resin epoxy relatif lebih mahal namun lebi kuat dan ulet, serta proses pengeringanya membutuhkan waktu hingga 24 jam sehingga prosesnya memungkinkan dilakukan dengan cetakan vacuum atau oven (pada dunia dirgantara).

Sifat lain yang sangat penting dari material komposit adalah sifatnya yang tergantung dari arah pembebanan. Contoh dari sifat ini adalah sifat kekuatan triplek. Triplek terdiri dari serat-serat dengan arah tertentu yang teratur, jika kita tekuk triplek searah dengan serat-seratnya, maka triplek akan menjadi kuat dan kaku. Namun, jika kita tekuk triplek tegak lurus dengan arah seratnya maka triplek akan mudah patah dan tidak terlalu kaku. Hal ini sangatlah penting pada dunia desain engineering. Dengan mengatur arah serat sesuai dengan arah beban, kita dapat meminimalisir penggunaan material yang tidak menahan beban, sehingga memungkinkan komponen yang dihasilkan lebih tipis dan ringan daripada komponen dari baja atau aluminium yang tidak memiliki sifat ini.

Karena proses pembuatanya berupa tumpukan lapis demi lapis, bahan komposit fiber dapat “disisipi” bahan lain pada proses penumpukanya. Bahan ini dikenal juga dengan sandwich composite, karena wujudnya yang menyerupai kue sandwich. Material penyisip ini yang paling umum digunakan adalah honeycom (motif sarang lebah) dapat berbahan plastik ataupun aluminium, kemudian kayu balsa atau bahan-bahan ringan lainya. Tujuan dari bahan penyisip ini adalah menambah ketebalan bahan komposit tanpa menambah beratnya secara signifikan. Bahan yang lebih tebal akan menghasilkan komponen yang lebih kaku dan kuat (tapi belum tentu lebih kuat menahan benturan).

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah PT Markom Teknologi Engineering dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.

Dalam mendesain pesawat terbang, pesawat tanpa awak (UAV), maupun pesawat aeromodelling, terdapat cukup banyak variasi pemilihan konfigurasi pesawat misalkan konvensional, tail-boom, tailless , delta dan lain sebagainya.

Banyaknya variasi ini sering menjadikan dilema serta menjadi perdebatan manakah konfigurasi yang terbaik. Oleh karena itu dalam artikel ini akan dibahas beberapa konfigurasi pesawat terbang (airframe) khususnya yang menjadi trend di kalangan UAV mengenai keunggulan dan kekurangan dari beberapa konfigurasi tersebut.

a. Tail-aft on Fuselage

Konfigurasi ini adalah yang paling umum digunakan, sehingga tidak jarang juga disebut dengan konfigurasi konvensional. Ekor (Empenage) dari konfigurasi ini pada umumnya adalah berbentuk T, Y maupun V tail.

Dengan fuselage yang panjang, menjadikan volume yang dimiliki lebih besar dibandingkan dengan konfigurasi lainya, sehingga konfigurasi ini sering digunakan untuk UAV yang membutuhkan endurance sangat tinggi untuk menyimpan bahan bakar yang sangat banyak dan sensor-sensor yang besar.

b. Tail-aft on Booms

Konfigurasi menggunakan tail-boom ini cukup banyak digunakan pada UAV dengan jarak misi menengah. Keunggulan dari konfigurasi ini adalah peletakan mesin pendorong yang dekat dengan center of gravity (CG), sehingga lebih stabil dan lebih mudah diatur karena tidak sensitif terhadap CG.

Kemudian, letak empenage yang berada di belakang propeller juga meningkatkan efektivitas dari control surface (elevator dan ruder) sehingga lebih mudah dikendalikan meski dalam kecepatan yang rendah.

Selain itu, konfigurasi ini memungkinkan propeller dan mesin lebih terlindungi ketika take-off maupun landing.

c. Canard

Konfigurasi ini memiliki horizontal stabilizer jauh di depan CG. Tidak seperti konfigurasi dengan ekor di belakang CG, horizontal stabilizer yang berada di depan menyeimbangkan pesawat dengan cara menghasilkan gaya kearah atas (lift), sehingga secara aerodinamika lebih efisien. Kemudian, sayap yang berada di belakang juga membuat karakteristik stall lebih baik karena stabiliser dapat diatur untuk stall lebih dahulu dari sayap.

Namun karena CG berada di belakang, stabilitas direksional (yaw) dari konfigurasi ini menjadi kurang baik, karena pemberian vertical stabilizer tidak memiliki jarak yang cukup terhadap CG sehingga efektivitasnya berkurang.

d. Flying wing

Konfigurasi ini biasa digunakan oleh UAV berukuran kecil dan sedang karena kesederhanaan nya, yang mana menguntungkan secara struktural maupun penggunaan sistem penggerak. Secara umum, semakin sederhana suatu sistem, maka akan lebih handal.

Untuk mencapai kestabilan secara longitudinal (pitch), digunakan sweep-back serta airfoil yang memiliki momen positif. Selain itu, penggunaan sweep-back juga berfungsi untuk mencapai kestabilan direksional (yaw).

e. Delta wing

Hampir sama dengan flying wing, yaitu sifatnya yang sederhana menjadikan konfigurasi ini lebih handal. Selain itu, bentuk sayap delta juga tidak mudah rusak dibandingkan bentuk lainya. Meskipun secara aerodinamika, bentuk delta kurang menguntungkan karena menghasilkan induced drag yang besar.

Bentuk delta ini biasa dimanfaatkan juga untuk menyimpan parasut karena penampang sayapnya yang luas.

Untuk mempelajari lebih banyak artikel-artikel tentang aeromodelling klik di sini.

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah PT Markom Teknologi Engineering dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.