Desain Planform Sayap Pesawat Aeromodelling

     Seperti pesawat berpenumpang, sayap pada pesawat aeromodelling juga memiliki fungsi menghasilkan gaya angkat yang utama. Adapun dalam mendesain sayap, diperlukan pengetahuan tentang bagaimana sayap yang optimal, baik dari segi fungsi maupun efisiensi.

     Hal yang perlu diketahui sebelum mendesain sayap adalah nilai-nilai yang mempengaruhi terbentuknya gaya angkat (lift) itu sendiri, yang mana secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

 Dimana :

L = gaya angkat (Newton)

p = massa jenis udara (Kg/m3)

CL = lift coefficient

v = kecepatan terbang (m/s)

A = luasan sayap (m2)

Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa gaya angkat berbanding lurus dengan kuadrat dari kecepatan terbang, artinya, ketika pesawat bergerak dua kali lebih cepat, maka gaya angkat akan bertambah empat kali lipat. Kemudian, semakin besar luas penampang sayap, maka akan semakin besar pula gaya angkat, namun luas yang semakin besar tentunya akan menambah berat pesawat, yang mana menjadikan kebutuhan gaya angkat yang semakin besar lagi. Kemudian, CL atau coefficient of lift dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu sudut serang, bentuk serta bilangan reynolds yang pada dasarnya ditentukan saat pemilihan airfol (baca artikel pemilihan airfoil). 

    Kemudian, selain fungsinya untuk menghasilkan gaya angkat, pemilihan bentuk (planform) sayap juga penting untuk menentukan karaktiristik stall yang penting bagi pilot nantinya. Berikut ini adalah karakteristik stall berdasarkan planform sayap :

http://www.dauntless-soft.com/products/freebies/library/books/flt/chapter17/wing%20planform_files/imagehk0.jpg

    Pada kenyataanya, planform eliptical memiliki efisiensi aerodinamis yang paling tinggi, yaitu menghasilkan induced drag yang paling kecil, namun dari gambar diatas dapat dilihat bahwa stall akan terjadi pada ujung dan pangkal sayap secara bersamaan, sehingga tidak ada peringatan bagi pilot akan terjadinya stall. Kemudian, planform rectangular secara teori memiliki efisiensi aerodinamika yang rendah, yaitu menghasilkan induced drag paling tinggi, tetapi stall yang terjadi adalah pada pangkal terlebih dahulu, sehingga pada saat stall, pilot masih dapat mengendalikan pesawat dengan aileron, karena seperti kita ketahui posisi aileron ada di ujung sayap (tip). Planform taper wing digunakan untuk meningkatkan efisiensi aerodinamika pada planform rectangular serta menurunkan bobot sayap itu sendiri, meskipun karakteristik stallnya menjadi kurang baik, yaitu terjadi pada ujung terlebih dahulu, oleh karena itu sering kali digunakan kombinasi planform rectangular dan taper seperti pada planform pesawat cessna 172.

     Adapun planform sweepback pada pesawat aeromodelling tidak memiliki fungsi yang sama dengan pesawat skala penuh. Pada pesawat skala penuh, sweep back berfungsi untuk menghindari terjadinya fenomena sonic boom saat pesawat memasuki kecepatan suara. sedangkan pada pesawat aeromodelling, sweep back hanya berfungsi untuk meningkatkan stabilitas lateral atau arah seperti fungsi dari vertical stabilizer.

     Kemudian, setelah fungsi dan planform sayap ditentukan, ada beberapa parameter sayap yang harus ditentukan, yaitu :

1. Aspect Ratio

     Aspect ratio adalah perbandingan antara span dengan chord sayap, artinya, semakin panjang sayap dengan lebar yang sama maka aspect ratio akan semakin besar. Pemilihan aspect ratio ini penting untuk misi yang dilakukan pesawat, aspect ratio yang tinggi digunakan untuk pesawat yang stabil, relatif berkecepatan rendah serta membutuhkan endurance (daya tahan) yang lama, karena semakin besar aspect ratio, induced drag akan semakin kecil. Kemudian, aspect ratio yang kecil biasa digunakan untuk pesawat dengan manuver ekstrim, relatif kecepatan tinggi dan tidak membutuhkan endurance yang lama, selain keuntungan kelincahan dari sayap pendek (aspect ratio rendah), kekuatan dan kekakuan struktur juga menjadikan alasan kenapa sayap pendek ideal untuk manuver ekstrim.

     Berikut ini adalah aspect ratio dari beberapa contoh pesawat :

      F-16 (jet), AR = 3,09 

     Yakovlev Yak-55 (Aerobatics), AR =  5,13 

     Cessna 172 (trainer), AR = 7,32 

     Schleicher ASK 21 (sailplane), AR = 16 

     Schleicher ASH 31 (glider),AR = 33,5 

2. Taper Ratio

     Taper ratio adalah perbandingan dari chord tip terhadap chord root, semakin tirus bentuk sayap, maka taper ratio semakin rendah. Taper ratio bernilai 1 berarti sayap berbentuk kotak (rectangular). Taper ratio memiliki efek pada berat sayap, semakin rendah taper ratio, maka berat sayap dapat diminimalisir, serta pemilihan taper ratio menentukan efisiensi sayap karena efek induced drag. Berikut adalah grafik hubungan antara taper ratio dengan induced drag factor :

  

 3. Sudut sweep

     Sudut sweep adalah sudut yang terbentuk antara sumbu bentangan sayap terhadap garis 1/4 chord sayap kearah belakang. secara umum, pada pesawat aeromodelling, sayap memiliki sweep tidak lebih dari 30 derajat dan berfungsi untuk keseimbangan lateral/direksional.

4. Sudut dihedral

     Sudut dihedral adalah sudut yang terbentuk antara sumbu bentangan sayap dengan garis leading edge sayap ke arah atas, seperti pada gambar berikut ini :

 

 Sudut dihedral biasanya bernilai 2 derajat, sudut dihedral yang melebihi angka tersebut tidak memberikan efek yang signifikan. Fungsi dari sudut dihedral itu sendiri adalah untuk memberikan efek dihedral, yaitu efek pembalik pesawat ke kondisi stabil dari kondisi miring, yang mana membuat pesawat lebih stabil, sehingga mempermudah untuk pilot terutama untuk pilot pemula (trainer).

5. Sudut twist

     Sudut twist adalah sudut yang terbentuk antara garis chord wing root dan wing tip, seperti pada gambar berikut ini :

 

Wing twist digunakan untuk merubah distribusi gaya angkat pada sayap sehingga mengurangi induced drag. Sudut wing root yang lebih besar dari wing tip disebut juga dengan washout, sedangkan sebaliknya disebut dengan washin.  Washout bertujuan untuk membuat wing root mengalami stall terlebih dahulu, sehingga control surface pada wing tip dapat dikendalikan meskipun sayap dalam kondisi stall.

6. Sudut Incidence
     Sudut incidence adalah sudut yang di bentuk antara garis horizontal fuselage dengan garis chord sayap. 

     lebih mudah dibayangkan yaitu sebagai sudut serang (angle of attack) pada kondisi pesawat terbang lurus. Sudut incidence ini meningkatkan lift sayap pada kecepatan rendah, sehingga meningkatkan kemampuan pesawat untuk cruise tanpa angle of attack yang tinggi serta meningkatkan kemampuan gliding. Adapun sudut incidence yang terlalu tinggi mengakibatkan pesawat lebih cepat stall. Untuk pesawat kelas trainer, biasa dipilih sudut incidence 2-3 derajat, sedangkan untuk aerobatik biasa dipilih 0 derajat. Sedangkan pada stabilizer, pada umumnya digunakan sudut 0 derajat.