Sebuah pesawat komersial yang memiliki massa total 70.000 kg dan luas sayap 150 m² menggunakan profil sayap NACA 23012. Pesawat ini direncanakan terbang jelajah pada ketinggian 12.000 m (di mana densitas udara adalah 0,312 kg/m³) dengan kecepatan 558 km/jam. Anda diminta untuk menganalisis aspek keselamatan dan performa pesawat ini. Pertama, tentukan kecepatan aman minimum (safe speed) untuk proses lepas landas dan mendarat, baik saat kondisi sayap bersih maupun saat menggunakan double-slotted flaps. Kedua, hitunglah berapa sudut serang (angle of attack) yang harus dijaga oleh pilot saat kondisi jelajah agar pesawat tetap pada ketinggian konstan. Terakhir, hitunglah besarnya daya mesin yang harus dikeluarkan khusus untuk mengatasi gaya hambat dari sayap pada saat terbang jelajah tersebut.
Kita kumpulkan beberapa data:
- Massa($m$) = $70000 \text{kg}$
- Berat($W$) = $m \cdot g = 70000 \cdot 9.8 = 686000 \text{ N}$
- Area Sayap($A$) = $150 \text{m}^2$
- Kondisi Jelajah = $v = 558\text{ km/jam} = 155\text{ m/s}$ pada ketinggian $12000$ m ($\rho = 0.312 \text{kg}/\text{m}^3$)
- Kondisi Takeoff/Landing = Kita asumsikan pada level laut (standard sea level) di mana $\rho \approx 1.225 \text{kg}/\text{m}^3$
- $C_{L, max} \text(tanpa flap) \approx 1,5$
- $C_{L, max} \text(dengan double-flatted flaps) \approx 3.48$
(a) Kecepatan Aman Minimum (Stall Speed)
Rumus kecepatan stall adalah
$$v_{stall} = \sqrt{\frac{2W}{\rho A C_{L,max}}}$$
Untuk mencari kecepatan minimum, kita menggunakan definisi $1.2 \times V_{stall}$
Pada perhitungan tanpa flap
$$v_{stall} = \sqrt{\frac{2 \times 686000}{1.225 \times 150 \times 1.5}}$$
$$v_{stall} = \sqrt{\frac{1372000}{275.625}}$$
$$v_{stall} = \sqrt{4977.777}$$
$$v_{stall} = 70.553 \text{ m/s}$$
$$\text{kecepatan aman} = 1.2 \times 70.553$$
$$\mathbf{\text{kecepatan aman} = 84.663 \text{ m/s}}$$
Pada perhitungan dengan double-flatted flap
$$v_{stall} = \sqrt{\frac{2 \times 686000}{1.225 \times 150 \times 3.48}}$$
$$v_{stall} = \sqrt{\frac{1372000}{639.45}}$$
$$v_{stall} = \sqrt{2145.593}$$
$$v_{stall} = 46.32 \text{ m/s}$$
$$\text{kecepatan aman} = 1.2 \times 46.32$$
$$\mathbf{\text{kecepatan aman} = 55.584 \text{ m/s}}$$
(b) Angle of Attack ($\alpha$) saat Cruise
Ketika terbang stabil, gaya angkat harus sama dengan berat ($L = W$)
$$W = \frac{1}{2} \rho v^2 C_L A$$
$$2W = \rho v^2 C_L A$$
Kita pindah ruas untuk mencari koefisien angkat
$$C_L = \frac{2W}{\rho v^2 A}$$
$$C_L = \frac{2 \times 686000}{0.312 \times 155^2 \times 150}$$
$$C_L = \frac{1372000}{46.8 \times 24025}$$
$$C_L = \frac{1372000}{1124370}$$
$$C_L = 1.2202$$
Berdasarkan grafik NACA 23012, untuk mendapatkan $C_L \approx 1.2202$, sudut serang (Angle of Attack) yang diperlukan adalah sekitar $10^\circ$
(c) Daya untuk Melawan Drag Sayap
Berdasarkan grafik NACA 23012, untuk mendapatkan $C_L \approx 1.2202$, koefisien gesek yang didapatkan adalah sekitar $0.010$
Kita hitung gaya hambatan
$$F_D = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 \cdot C_D \cdot A$$
$$F_D = 0.5 \cdot 0.312 \cdot 155^2 \cdot 0.010 \cdot 150$$
$$F_D = 0.234 \cdot 24025$$
$$F_D = 5621.85 \text{ N}$$
Kita hitung daya yang diperlukan
$$P = F_D \times v$$
$$P = 5621.85 \times 155$$
$$P = 871386 \text{ W}$$
