Pemahaman terhadap Teknologi Penerbangan dan Antariksa (TekPAn) seringkali tidak bisa disederhanakan dengan anggapan bahwa iptek tertentu bisa mewakili untuk menjelaskan tentang teknologi ini. Sebab TekPAn merupakan teknologi hasil gabungan antara sinergi dan kolaborasi lintas Iptek, mulai dari dan tidak terbatas pada Iptek bidang: Fisika, Kimia, Elektronika, Mesin, Aerodinamika, Struktur, Avionik, Kontrol, Material, Dinamika Terbang, Sensor, sampai pada Informatika, dan Robotika. Demikian juga Iptek pendukung pembentuk TekPAn, semisal Iptek Struktur. Kelahiran Iptek Struktur juga memerlukan jalan panjang sejak menentukan misi TekPAn, perhitungan dan analisis struktur, pemilihan material, sampai pada manufaktur dan perakitan struktur. Disamping itu juga perlu kompromi dengan iptek lain yang terkait, demi tercapainya misi TekPAn. Namun demikian bagi pegiat terkait iptek struktur untuk TekPAn perlu mendalami peran dan fungsi struktur di dalam wahana Penerbangan dan Antariksa semisal Pesawat terbang, Roket, maupun Satelit. Peran struktur merupakan pembentuk wahana sekaligus berfungsi sebagai pelindung serta penerima beban fisik yang berasal dari berbagai sumber beban, semisal bobot: penumpang, peralatan, maupun bobot struktur wahana itu sendiri, ditambah beban non-fisik semisal beban termal dan atau pun beban yang timbul karena pengaruh lingkungan operasional.

Pesawat Terbang

Ruang lingkup Iptek Struktur sejatinya sangat luas, meliputi beberapa lintas disiplin iptek, beberapa diantaranya: Material teknik, Manufaktur dan pemrosesan, Desain,  Kinerja struktur, sampai analisis biaya operasional struktur. Pada kesempatan ini akan disampaikan tentang seputar Material Teknik sebagai bahan Struktur Wahana Teknologi Penerbangan dan Antariksa.

  • Sifat Material Teknik

Material teknik terdiri dari berbagai jenis bahan yang sesuai digunakan sebagai bahan teknik, baik berupa bahan logam maupun non-logam. Penggunaan material untuk kebutuhan teknik, biasanya tidak terlepas dari sifat fisika dasar dari material tersebut apakah sesuai untuk bahan benda teknik, atau masih memerlukan proses lanjutan sebelum digunakan, atau sama sekali tidak bisa digunakan sebagai material  teknik. Pemilihan bahan ini terkait dengan beban yang bekerja pada bahan, dan bagaimana respon bahan ketika dan setelah terkena beban tersebut.

Pada umumnya respon bahan akan berbeda pada setiap jenis bahan, tergantung pada sifat fisik bahan. Beberapa perbedaan sifat material sebagai bahan struktur, dapat diamati melalui perubahan panjang bahan pada saat terkena beban. Hal ini bisa dijelaskan melalui pendekatan sebuah Pegas yang menerima beban, seperti pada Gambar 1.

Pegas

Gambar 1 memperlihatkan bahwa Pegas menerima beban P. Sebelum terkena beban P, Pegas memiliki panjang awal L. Ketika menerima beban P panjangnya akan bertambah sebesar DL, dan diameter pegas akan mengecil pada saat Pegas terus meregang panjang. Jika beban dilepaskan, Pegas kembali pada posisi semula, yaitu Panjang L, tidak ada lagi perpanjangan, dan besar diameternya pun kembali seperti semula. Kondisi ini dikenal sebagai perilaku elastis material secara umum. Elastisitas bahan ini seringkali beruhubungan dengan sifat kekuatan bahan.

Adapun sifat bahan yang lain misalnya Kekakuan bahan. Perbedaan antara sifat kekuatan bahan dan kekakuan bahan antara lain dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 2, sebagai fleksibilitas sayap berhubungan dengan sifat kekakuan bahan, yakni untuk kekakuan rendah memberikan kesempatan pembengkokan sayap yang signifikan. Sedangkan sifat kekuatan bahan berhubungan dengan kegagalan struktur ketika menerima beban.

Sifat Kekakuan

Sedangkan sifat bahan yang perlu diperhatikan lagi selain Kekuatan dan Kekakuan di dalam penggunaan pada struktur pesawat terbang sebagai benda Aeronotik adalah sifat ketangguhan bahan di dalam menerima resiko patah karena benturan atau pun tabrakan dengan benda lain. Sifat ini akan berhubungan langsung dengan konsep toleransi kerusakan yang bisa diterapkan untuk memastikan integritas struktural selama seluruh masa operasional, misalnya umur layak penerbangan pada sebuah pesawat terbang. Ketangguhan suatu material adalah menentukan ketahanan terhadap patah, yang menunjukkan energi deformasi mekanik per-unit volume sebelum keruntuhan. Alat uji Charpy bisa digunakan untuk menguji sifat ketangguhan dari material.

Uji Charphy

  • Daya Tahan dan Lingkungan Operasional

Lingkungan operasional komponen struktur, misalnya struktur pesawat terbang, akan berpengaruh pada sifat sifat material. Sebab sifat sifat ini tidak selamanya tetap kuat, tangguh dan kaku, tetapi kemampuan daya tahannya akan menurun ketika komponen struktur berada di lingkungan temperatur semakin tinggi. Besarnya penurunan kemampuan struktur tergantung pada sifat sifat material.  Di sisi lain, lamanya waktu operasional juga bisa mempengaruhi kinerja struktur. Untuk pesawat terbang pada umumnya dirancang agar mampu beroperasi selama 30 tahun. Tentu seiring dengan lamanya operasional, komponen struktur akan mengalami penurunan kemampuan alias daya tahan menurun.

IlustrasiPesawat

  • Macam macam Jenis Material Teknik

Untuk membuat pesawat terbang, pesawat luar angkasa, maupun satelit sudah dapat dipastikan harus menggunakan material teknik. Bahan dalam pengertian sebagai zat, materi, atau elemen yang digunakan untuk membangun komponen struktur dari pesawat terbang, pesawat luar angkasa atau Satelit tersebut. Di sinilah akan terlihat peranan material teknik beserta berbagai macam jenisnya untuk keperluan sebagai komponen struktur wahana penerbangan dan antariksa tersebut, sehingga perlu kompromi dengan kepentingan disiplin bidang lain yang masih terkait, semisal bidang struktur, aerodinamika, dan kontrol. Sebab kemungkinan besar akan bersinggungan dengan sifat sifat bahan. Padahal perlu diketahui bahwa sfat-sifat bahan tidak bergantung pada geometrinya, tetapi hanya tergantung pada komposisi bahan dan dipengaruhi oleh kondisi operasional.

Sifat sifat material teknik dan beratnya juga menjadi pertimbangan di dalam penggunaan sebagai bahan struktur pesawat terbang atau pun pesawat luar angkasa. Sifat dan berat material bisa dipilih dari kelompok bahan yang tersedia, antara lain, material yang terbuat dari : Paduan logam, Polimer, Komposit, dan Keramik. Bahan-bahan ini telah diambil dari sumber daya alam seperti bijih logam dan minyak untuk komposit dan polimer. Setelah diambil, mereka diubah menjadi produk setengah jadi seperti lembaran, pelat, batangan, serat, dan bubuk. Produk setengah jadi ini diproses lebih lanjut menjadi elemen struktur, melalui proses produksi, antara lain berupa: pengecoran, pembentukan, pemesinan, dan penyambungan. Selanjutnya, elemen struktural dirakit menjadi komponen struktur, dan terintegrasi menjadi struktur lengkap membuat bentuk pesawat terbang atau pun pesawat luar angkasa.

Material Pesawat

Material Pesawat

Material Pesawat

Material Pesawat

Dapat dipahami jika dikatakan bahwa material teknik memegang peran yang sangat penting dalam mewujudkan iptek penerbangan dan antariksa. Sebab teknologi penerbangan dan antariksa tidak akan terwujud, misalnya untuk membuat komponen struktur Pesawat terbang, Roket, dan atau Satelit, jika teknologi material pembentuk struktur tersebut tidak tersedia sesuai dengan kebutuhan dalam mewujudkan iptek penerbangan dan antariksa tersebut. Oleh karena itu penguasaan terhadap teknologi material ini sangat diperlukan, jika akan melakukan rancang bangun Pesawat terbang, Roket, maupun Satelit atau pun wahana penerbangan dan antariksa yang lain.

  • REFERENSI
  1. R.C. Alderliesten, 2018, Introduction to Aerospace Structures and Materials, Delft University of Technology Delft, Netherlands.

Penulis : Atik Bintoro – Pemerhati Teknologi, Tinggal di Bogor, Jawa Barat, Indonesia.

Bagikan:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *