Aeromodelling

Propeller is a critical part from the model aircraft and in the most aircraft, expecially non jet engine.In this article we will talk about the propeller it self, let’s see
Propeller pesawat model terdiri dari dua atau lebih blade dan central hub atau bahkan ada yang satu blade / single blade dimana blade tersebut terpasang. Masing-masing blade dari propeller pesawat model pada dasarnya adalah sebuah rotating wing. Sebagai akibat dari konstruksinya, propeller blades menghasilkan gaya yang menciptakan thrust untuk menggerakkan pesawat model di udara.

Tenaga yang diperlukan untuk memutar propeller blades dihasilkan oleh mesin (engine). Propeller terhubung pada sebuah shaft, yang berhubungan dengan crankshaft untuk low-horsepower engines, untuk high-horsepower engines, propeller terhubung dengan propeller shaft yang diputar oleh engine crankshaft. Dengan kata lain, engine memutar airfoils dari blade melewati udara pada kecepatan tinggi dan propeller merubah tenaga putar dari engine menjadi thrust. (Ralph, 2000).

Sebuah pesawat model yang bergerak akan menghasilkan drag berlawanan dengan arah geraknya. Apabila pesawat model terbang pada kondisi stabil maka harus ada gaya yang bekerja sebanding dengan drag, tetapi arahnya harus ke depan. Gaya ini yang disebut thrust. Kerja yang dilakukan oleh thrust sebanding dengan thrust dikalikan jarak perpindahan pesawat model (W=F.S). Tenaga yang dihasilkan oleh thrust sebanding dengan thrust dikalikan dengan kecepatan perpindahan pesawat (P=F.ν). Apabila tenaga menggunakan satuan horsepower, maka tenaga yang dihasilkan oleh thrust dituliskan sebagai thrust horsepower (Ralph, 2000).

Engine mensuplai brake horsepower melalui rotating shaft, dan propeller akan merubahnya menjadi thrust horsepower. Pada perubahan ini, sebagian tenaga terbuang. Untuk mendafatkan efisiensi yang tinggi, propeller harus dirancang untuk mengurangi sebanyak mungkin tenaga yang terbuang. Efisiensi dari mesin (engine) apapun juga dapat dituliskan sebagai perbandingan antara power output dan power input, sedangkan efisiensi propeller adalah perbandingan antara thrust horsepower dengan brake horsepower. Simbol yang biasa digunakan untuk efisiensi propeller adalah η (eta). Efisiensi propeller bervariasi dari 50%-87%, tergantung dari banyaknya propeller ‘slip’ (USDT, 1996).

Propeller slip (Ralph, 2000) adalah perbedaan antara geometric pitch dari propeller dan effective pitch-nya. Geometric pitch adalah jarak yang seharusnya ditempuh oleh propeller dalam satu kali putaran, sedangkan effective pitch adalah jarak yang ditempuh.

Propeller blade dapat digambarkan sebagai twisted airfoil dengan bentuk yang tidak beraturan. Untuk tujuan analisa, sebuah blade dapat dibagi menjadi beberapa bagian yang ditunjukkan oleh jaraknya dari pusat blade hub. Blade shank adalah bagian tipis dari propeller yang paling dekat dengan hub, yang dirancang untuk memberikan kekuatan pada blade. Blade butt sering juga disebut dengan blade base atau root, adalah pangkal blade yang masuk ke propeller hub. Blade Tip adalah bagian terjauh dari propeller blade (Ralph, 2000).

Irisan melintang dari suatu propeler ialah sama dengan irisan melintang dari airfoil. Blade back adalah bagian yang cembung dari propeller blade, sama dengan upper surface pada sayap pesawat model. Blade face adalah bagian yang cekung dari propeller blade. Chord line adalah garis khayal yang melintang dari leading edge ke trailing edge. Leading edge adalah edge yang tipis dari blade yang bertemu dengan udara ketika propeller berputar (Ralph, 2000).

Blade angle, biasanya dituliskan dalam derajat, adalah sudut antara chord dari blade dan bidang rotasi. Chord dari propeller didefinisikan sama seperti chord pada airfoil. Karena kebanyakan propeller memiliki blade face yang datar, chord line dapat dianggap sebagai garis sepanjang permukaan propeller blade.

Pitch tidak sama dengan blade angle, akan tetapi karena pitch ditentukan oleh blade angle, kedua istilah ini sering dicampur-adukkan.

Pada propeller yang berputar maka akan terjadi gaya centrifugal twisting (puntiran) dan bending forces. Gaya centrifugal ialah gaya yang cenderung utuk melempar propeller lepas dari hubnya. Torque bending force, adanya tahanan udara akan membuat terjadinya pembengkokan propeller blade pada arah berlawanan dengan arah putaran. Thrust bending force ialah beban thrust yang memiliki kecenderungan untuk membengkokan propeller blade ke depan pada saat pesawat model bergerak maju. Aerodynamics twisting force memiliki kecenderungan untuk menggerakkan blade ke sudut blade yang besar. Centrifugal twisting force, lebih besar dari aerodynamic twisting force yang akan mengakibatkan blade bergerak ke arah sudut blade yang kecil (Ralph, 2000).

Sebuah propeller harus mampu untuk menahan tekanan yang cukup besar pada hub yang diakibatkan oleh gaya centrifugal dan thrust. Tekanan akan meningkat seiring dengan peningkatan rpm. Blade face juga menerima gaya tegangan dari gaya centrifugal serta gaya tambahan dari bending. Oleh karena itu takik atau goresan pada blade akan menjadi hal yang membahayakan keselamatan (USDT, 1996).

Propeller juga harus cukup mampu untuk mencegah terjadinya fluttering yang merupakan salah satu jenis getaran. Fluttering akan menimbulkan suara dan sering disalah-artikan sebagai suara yang berasal dari exhaust dari engine. Getaran yang terjadi secara terus menerus akan mengakibatkan kerusakan pada blade (Ralph, 2000).

Pergerakan Propeller

Untuk dapat memahami pegerakan propeller, kita harus melihat gerakannya, dimana merupakan perpaduan antara rotasi dan gerak maju. Sudut dimana relative wind menyerang propeller blade disebut dengan angle of attack. Defleksi udara yang ditimbulkan oleh sudut ini menyebabkan tekanan dinamis pada sisi engine dan propeller blade lebih besar dari atmosfir maka terjadilah thrust.

Bentuk dari blade juga menimbulkan thrust, (Ralph, 2000) karena bentuknya yang seperti sayap. Oleh karena itu ketika aliran udara melewati propeller, tekanan pada salah satu sisi lebih kecil dari sisi yang lainnya. Pada sayap, hal ini akan menghasilkan gaya reaksi menuju ke tekanan yang lebih rendah dan akan timbul gaya angkat. Pada propeller dimana posisinya vertikal, daerah dimana terjadi pengurangan tekanan ialah bagian depan propeller sehingga akan timbul gaya ke depan (thrust).

Sudut blade merupakan metode yang cukup baik dalam hal mengatur sudut serang propeller. Pada constant-speed propeller, sudut blade harus diatur untuk mendapatkan sudut serang yang efisien. Dilihat dari grafik lift versus drag maka akan didapatkan bahwa sudut serang yang paling efektif adalah antara 20-40 (Ralph, 2000).

Fixed pitch dan ground adaptable propeller didesain untuk mencapai efisiensi yang tinggi. Sebuah propeller dapat dipergunakan untuk menghasilkan efisiensi pada saat take off, climb, cruising, atau high speed (Ralph, 2000).

Constant-speed propeller akan selalu merubah sudut blade guna menghasilkan efisiensi yang maksimal pada kondisi penerbangan. Pada saat take off ketika tenaga maksimum dan thrust sangat dibutuhkan, constant-speed propeller akan berada pada posisi low propeller blade angle. Low blade angle menyebabkan sudut serang yang kecil sehingga lebih efisien terhadap relative wind. Pada saat bersamaan, kondisi ini memungkinkan propeller untuk menerima masa udara yang lebih kecil untuk setiap revolusinya. Dengan beban yang ringan ini akan memungkinkan mesin (engine) untuk berputar pada rpm yang tinggi. Putaran yang tinggi akan menghasilkan thrust yang maksimal walaupun masa udara yang didapatkan untuk setiap putarannya sedikit (Ralph, 2000).

Setelah pesawat model terbang dan seiring dengan peningkatan kecepatan pesawat model terbang, constant-speed propeller akan merubah blade ke sudut yang lebih besar. Sudut yang lebih besar akan tetap menjaga agar sudut serang tetap kecil dan efisien terhadap relative wind. Sudut blade yang besar akan menambah masa udara untuk setiap putaran. Hal ini akan meningkatkan engine rpm, mengurangi fuel consumption dan menjaga thrust agar tetap maksimal (USDT, 1996).

1. Pitch

Pada sekrup udara atau propeller ada juga yang menentukan banyak atau tidaknya gerakan propeller dari satu putaran dan ini disebut dengan pitch. Dengan demikian pitch adalah banyaknya gerakan baling-baling. Jika baling-baling berputar satu putaran penuh sehingga nanti kalau ditentukan suatu kata pitch adalah 20 cm atau 8 inchi, maka itu berarti satu kali baling-aling berputar (3600) maka baling-baling itu maju sejauh 20 cm atau 8 inchi.

Pitch dapat dirumuskan sebagai berikut:

π x diameter atau panjang propeller x tebal propeller (atau tebal propeller dibagi dua), kesemuanya dibagi dengan lebar dari propeller.

Rumus pitch:

Keterangan: d = diameter propeller

t = tebal propeller

L = lebar propeller

1. Diameter

Diameter adalah panjang baling-baling itu sendiri dan lazim juga diukur dalam inchi, semakin panjang baling-baling atau semakin besar diameter baling-baling maka semakin efisien baling-baling itu.

1. Besaran Efisiensi Propeller

Merupakan hasil 60 x thrust dalam kecepatan terbang dibagi dengan daya engine dikali 33000 dan dikali dengan 100%. Dapat dirumuskan, (M. Margono B.BSc. 1983; 876):

Keterangan: η = effisiensi propeller (%)

T = thrust (lb)

ν = kecepatan maju

bρ = daya engine (hp)

n = rpm

Q = torsi engine