mesin jet

Memahami Mesin Jet

Mesin jet adalah jenis sistem propulsi yang biasa digunakan dalam penerbangan dan ruang angkasa. Prinsip dasarnya adalah menarik udara masuk di bagian depan, mengompresnya, mencampurkannya dengan bahan bakar dan membakar campuran tersebut, lalu meledakkannya di bagian belakang dengan kecepatan tinggi untuk menghasilkan daya dorong. Metode propulsi ini memungkinkan pesawat terbang dengan kecepatan dan ketinggian tinggi.

Cara Kerja Mesin Jet

Cara kerja mesin jet dapat diuraikan dalam empat tahapan utama: pemasukan, kompresi, pembakaran, dan pembuangan.

1. Intake : Udara masuk ke mesin melalui intake dan diarahkan ke kompresor. Asupan dirancang untuk memastikan kelancaran aliran udara ke dalam kompresor.
2. Kompresi : Udara kemudian dikompresi oleh serangkaian kipas di dalam kompresor. Proses ini meningkatkan tekanan dan suhu udara. Rasio kompresi, yang merupakan rasio tekanan keluar kompresor terhadap tekanan masuk, merupakan metrik kinerja utama untuk mesin jet. Dalam istilah matematika, rasio kompresi ( \(CR\) ) didefinisikan sebagai \(CR = \frac{P {exit}}{P {inlet}}\) dengan \(P {exit}\) adalah tekanan pada pintu keluar kompresor dan \(P{inlet}\) adalah tekanan pada saluran masuk kompresor.
3. Pembakaran : Udara bertekanan tinggi kemudian dicampur dengan bahan bakar (biasanya minyak tanah penerbangan) di ruang bakar. Campuran tersebut tersulut, menyebabkannya terbakar dan mengembang dengan cepat. Proses ini secara signifikan meningkatkan suhu dan volume udara.
4. Buang : Gas panas bertekanan tinggi kemudian keluar melalui turbin dan nosel di ujung mesin. Saat gas keluar dari mesin, gas tersebut menghasilkan semburan gas buang yang mendorong mesin (dan pesawat) maju. Prinsip yang menjelaskan gerak maju ini adalah hukum gerak ketiga Newton yang menyatakan bahwa untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah.

Jenis Mesin Jet

Ada beberapa jenis mesin jet, masing-masing dirancang untuk aplikasi dan persyaratan kinerja tertentu.

• Mesin Turbojet : Bentuk paling sederhana dari mesin jet, dimana semua udara melewati inti mesin. Turbojet adalah jenis mesin jet pertama yang dikembangkan dan dikenal karena kecepatan tinggi dan efisiensinya di ketinggian.
• Mesin Turbofan : Mesin ini mempunyai kipas besar di bagian depan, yang meningkatkan volume udara yang melewati mesin inti. Hal ini membuat mesin turbofan lebih senyap dan lebih hemat bahan bakar dibandingkan turbojet, terutama pada kecepatan dan ketinggian rendah. Rasio udara yang melewati inti mesin dengan udara yang melewati inti dikenal sebagai rasio bypass.
• Mesin Turboprop : Menggabungkan mesin jet dengan baling-baling. Mesin ini efisien pada kecepatan rendah dan biasanya digunakan pada pesawat regional yang lebih kecil.

Prinsip Operasi

Pengoperasian mesin jet dapat dipahami lebih lanjut melalui prinsip kekekalan momentum. Gaya dorong yang dihasilkan oleh mesin jet, \(T\) , dapat didekati dengan persamaan \(T = \dot{m}(v {e} - v {0}) + A {e}(p {e} - p_{0})\) dimana

• \(\dot{m}\) adalah laju aliran massa udara,
• \(v_{e}\) adalah kecepatan gas buang,
• \(v_{0}\) adalah kecepatan pesawat (atau kecepatan awal udara),
• \(A_{e}\) adalah luas nosel buang,
• \(p_{e}\) adalah tekanan gas buang, dan
• \(p_{0}\) adalah tekanan sekitar.

Rumus ini menyoroti pentingnya kecepatan buang ( \(v {e}\) ) dalam menghasilkan daya dorong. Semakin tinggi kecepatan buang relatif terhadap kecepatan pesawat ( \(v{0}\) ), semakin besar daya dorong yang dihasilkan.

Efisiensi dan Kinerja

Efisiensi mesin jet sangat penting untuk kinerja dan dampaknya terhadap lingkungan. Efisiensi dapat diukur dengan beberapa cara, antara lain efisiensi bahan bakar, efisiensi termal, dan efisiensi propulsif.

• Efisiensi Bahan Bakar : Ditunjukkan dengan seberapa besar daya dorong yang dihasilkan per unit bahan bakar yang dikonsumsi. Perbaikan dalam desain mesin, seperti rasio kompresi yang lebih tinggi dan material yang canggih, telah meningkatkan efisiensi bahan bakar mesin jet modern.
• Efisiensi Termal : Berhubungan dengan seberapa efektif mesin mengubah energi bahan bakar menjadi energi mekanik. Hal ini ditentukan oleh suhu maksimum yang dapat dicapai mesin selama proses pembakaran.
• Efisiensi Propulsif : Ini mengukur seberapa efektif mesin menggunakan energi yang dihasilkan untuk menggerakkan pesawat. Mesin dengan rasio bypass yang lebih tinggi, seperti mesin turbofan, cenderung memiliki efisiensi penggerak yang lebih tinggi.

Tantangan dan Inovasi

Teknologi mesin jet terus menghadapi tantangan seperti pengurangan kebisingan, peningkatan efisiensi bahan bakar, dan pengurangan emisi. Inovasi untuk mengatasi tantangan ini mencakup pengembangan mesin dengan rasio bypass yang lebih tinggi, penggunaan material komposit untuk mengurangi bobot, dan penelitian bahan bakar alternatif.

Seiring dengan terus berkembangnya teknologi mesin jet, teknologi ini menjanjikan penerbangan yang lebih efisien, lebih senyap, dan ramah lingkungan. Memahami prinsip-prinsip dasar yang mengatur pengoperasiannya sangat penting untuk menghargai kemajuan teknologi dirgantara.