BUNUH ITU DRAG!

Drag queen dari Taliban dikawal tentara pemerintah
Afghanistan untuk diadili!

Tenang, foto drag queen diatas hanyalah lelucon, saya ingin bahas "winglets" dan kenapa banyak macamnya?

Di bahasa crew, winglet itu artinya bisa antara kedua ini:

1. Sirip ajaib di ujung sayap yang membuat harga penerbangan kita lebih murah dengan menghemat bahan bakar.

2. Pramugara yang gayanya seperti drag queen (apakah anda pernah melihat pramugara menyambut anda dengan lengannya tegak ke samping dan kedua tangannya mengarah ke atas??).

Saya tidak mengajak anda untuk melakukan pembunuhan masal terhadap pramugara yang kelakuannya seperti drag queen (namun saya juga tidak mau dikunci sekamar dengan mereka!). Mari kita bahas kebutuhan dasar untuk penerbangan jaman sekarang, yaitu menghemat bahan bakar!

Mari kita hindari ulasan panjang mengenai insiyur² aeronautika mengumpat di pojok melakukan hitung²an yang ajaib, saya ingin bahas sisi bisnisnya. Sejarahnya, tidak ada yang begitu mempedulikan masalah pengurangan drag menggunakan wingtip device sebelum Iran memutuskan untuk membuat kita semua mulai berpikir masalah penghematan bahan bakar (dan jika ada sesuatu yang kita bisa berterima kasih kepada negara dengan pemerintahan agamais ini, yah, berterima kasihlah sang Ayatollah berhasil memacu teknologi efisiensi bahan bakar... heh?).

Mari kita mulai dengan bahasan aerodinamika yang ringan. Winglet² itu dibikin bukan karena mereka kelihatan keren!

Drag nya darimana?

Gaya angkat buat pesawat terbang itu timbul karena tekanan udara dibawah sayap lebih tinggi dari sisi atas sayap. OK, ini mudah, tapi apa yan terjadi di ujung sayap ketika kedua sisi tersebut bertemu?

Ilustrasi Tip Vortex oleh Citizenhom (Creative Commons)

Udara itu seperti cairan yang selalu ingin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Udara bertekanan tinggi di dekat ujung sayap, akan tumpah ke udara bertekanan rendah hingga udara di sisi bawah sayap bergerak ke arah udara di sisi atas sayap, dan dengan si pesawat bergerak maju, dibelakangnya timbul sebuah vortex.

Vortex ini yang membuat drag karena menyedot energi dari pesawat dan mengakibat penurunan efisiensi.

Photo oleh NASA

Makin tinggi dan makin cepat pesawatnya, drag-nya pun akan bertambah. Para ilmuwan dan pebisnis di industri ini setuju dalam satu hal... 

BUNUH ITU DRAG!

Sejak revolusi Iran, kebutuhan akan peningkatan penghematan bahan bakar terus terjadi. Masa dimana semuanya terbang secepat mungkin sudah menjadi sejarah karena untuk pesawat bisa terbang cepat, energi yang dibutuhkan untuk meneroboskan si pesawat melalui udara pun meningkat. Sayangnya, makin pelan anda terbang, total drag-nya memang menurun, tetapi persentasi drag akibat wing-tip vortex dibanding total drag akan meningkat. Anda bisa melawan drag macam ini dengan beberapa cara: 1. Tambahkan wingspan dengan aspect-ratio yang sama. Ini mengurangi lift-induced drag (termasuk wingtip vortex), tetapi pertanyaan-nya, mau seberapa lebar wingspan-nya? Kesulitan konstruksi dan biaya konstruksi akan cepat menjadi batasan. 2. Optimisasi distribusi beban sayap dengan mengarahkan daya angkat untuk lebih banyak dibuat di dekat badan pesawat sehingga anda bisa meminimalisir perbedaan tekanan udara di ujung sayap, namun lagi², ini menambah kompleksitas konstruksi dan pemeliharaan. 3. Pasang halangan/tembok!

Wingtip devices adalah metode nomor 3.

1. Metode bendung.

Pernah melihat wingtip yang melengkung kebawah? Ini dibuat untuk menahan udara di wingtip agar tidak bergerak ke samping lalu tumpah ke sisi atas. Metode ini efektif untuk pesawat berkecepatan rendah, namun untuk kecepatan tinggi bagi pesawat jet komersil, "tumpahan" juga terjadi dibelakang sayap, dan ukuran vortexnya jauh lebih besar dari "bendungan" yang dibuat.

2. Wing-tip Fence seperti di A300-600R, A310-300, A32X family (except A320-100) and A380. 

Photo oleh: Joe Roland/V2 Photography

• Metode: Pasang sirip kecil yang tegak di ujung sayap, untuk mengurangi efek dari vortex. Ukurannya yang kecil akan menahan timbulnya vortex radius kecil yang berkecepatan tinggi yang menjadi sumber besar drag wingtip vortex.
• Manfaat: Pengurangan drag dengan penambahan berat pesawat yang sedikit sehingga dapat digunakan pula untuk penerbangan² pendek. Ukurannya yang kecil tidak mengurangi crosswind limitations untuk pendaratan atau lepas landas. Interference drag yang terjadi pun juga minim!
• Problem: Tidak efektuf untuk kecepatan yang jauh diatas kecepatan optimum sayap karena vortex yang terjadi akan terlalu besar sehingga wingtip fence tidak akan efektif. Namun, Airbus menggunakan profil sayap supercritical-bin-ajaibnya yang bisa memiiki kecepatan optimum sayap mendekati batas kecepatan tinggi pesawat.

3. Winglet Standar seperti di 747-400, A330 dan A340.

Photo oleh: Joe Roland/V2 Photography

• Metode: Menambah aspect ratio tanpa penambahan wingspan yang signifikan. Tambahkan wingspan, dan hajar bagian ujung ke arah atas! Sudut kemiringan wingtip nya diatur agar tumpahan yang terjadi dapat ditahan oleh si winglet sekaligus mengangkat sayap, sedangkan sudut arah winglet-nya bisa diatur agar tumpahan tersebut bisa di defleksi ke belakang sehingga bisa membantu mendorong sayap kedepan sebagai semacam "induced thrust". Selama "induced thrust" lebih tinggi dari sisa induced drag yang ada, metode ini bisa sangat efektif.
• Manfaat: Penambahan efisiensi aerodinamika yang banyak dan menambah stall margin di ketinggian tinggi, sehingga pesawat bisa terbang lebih tinggi.
• Problem: Penambahan berat pesawat akibat winglet ini harus dijaga agar tidak berlebihan. Interference drag tetap terjadi (karena tidak ada yang menahan "tumpahan" dari terjadi, sistim ini memang malah menggunakannya), dan boundary layer drag yang timbul ketika udara bertemu dengan sudut tajam yang mengakibatkan timbulnya vortex baru.

4. Kombinasi Winglet-Fillet seperti MD-11

• Metode: Winglet standar ditambah dengan wingtip fence di bawahnya.
• Manfaat: Sama seperti winglet standar, tetapi dengan interference drag yang lebih rendah.
• Problem: Saya tidak pernah mendapatkan info jelas mengenai ini, namun banyak yang curiga metode ini tidak pernah disempurnakan karena hanya digunakan di MD-11 yang tidak begitu laku terjual dibanding yang diharapkan, namun itu cerita untuk lain kali.

5. Blended Winglet seperti 737NG dan 320NEO

Photo oleh: Joe Roland/V2 Photography

• Metode: Sama seperti Winglet standar, namun wingletnya bukan "ditancap" ke sayap, namun transisi dari sayap ke winglet dibuat melengkung untuk mengurangi drag interference dan  boundary layer drag. Metode ini tidak kena drag penalty yang selalu menghantui standard winglet dan kombo winglet-fillet di kecepatan tinggi. Oh ya, winglet yang seperti ini juga keliatan cantik (sampai Airbus pun juga mau mencobanya).
• Manfaat: Sudah dijelaskan di metode.
• Problem: Yang jelas, penambahan berat, apalagi bila dipasang di pesawat "kecil" seperti 737NG. Crosswind limits untuk pendaratan dan lepas landas pun juga menjadi lebih kecil karena anda sekarang membawa 2 layar yang tidak kecil di ujung kedua sayap. Lengkungan yang dibutuhkan juga menambah wingspan pesawat, dan ini memakan tempat di apron!

6. Raked Wingtips seperti 767-400, 777-200LR/-300ER dan 787-8

Ada sepasang raked wingtip di foto ini
(photo oleh: Joe Roland/V2 Photography)

Desainer² pesawat sudah lama memikirkan bagaimana mengurangi drag lebih dari 3.5% untuk wingtip fence dan winglet standar, 3.75% untuk kombo winglet-fillet, dan 4.5% untuk blended winglet (cuman saya lupa saya dapat angka² ini darimana). Mereka akhirnya bisa melampaui 5% pengurangan drag dengan raked wingtips.

• Metode: Menggunakan sweep angle yang lebih tinggi di wingtip dibanding bagian sayap yang lain.
• Manfaat: Meningkatkan aspect ratio dan mengurangi lift induced drag, dengan membuat wingtip lebih panjang karena sweep angle yang lebih tinggi tadi. Efeknya sama dengan winglet dan blended winglet tanpa mengurangi batasan crosswind untuk mendarat dan lepas landas. Dan bonus satunya, winglet ini ternyata ringan!
• Problem: Raked wingtip ini rakus akan tempat di gate dibanding wingtip device yang lain karena memang benar² menambah wingspan, dan inilah kenapa 787-3 dulu di desain menggunakan winglet biasa dan bukan raked wingtip.

Namun ini bukan semuanya, masih ada ide² lain:

7. Non-planar wingtip

Ini adalah kombinasi beberapa metode/ide diatas. A350XWB akan mengunakan kombinasi dari blended winglet dan raked wingtip. Ide non-planar wingtip lainnya adalah spiroid winglet. Aviation Partners (yang membuat blended winglet untuk 737NG) sedang me-riset ini di pesawat bizjet, dan dikabarkan penghematan penggunaan bahan bakarnya bisa lebih dari 10%, namun memang, bentuknya aneh!

8. Hybrid wingtip 737MAX

Bersukurlah "tampang" dan aerodinamika tidak selalu serasi!
(gambar dari: Boeing)

Bagaimana anda bisa mengembangkan Wingtip Fence, untuk bisa menjadi semacam blended winglet, tanpa penambahan berat yang besar, sekaligus mengurangi interference drag dan boundary layer drag yang biasa terjadi di winglet dan kombo winglet-fillet? Mudah sekali! Ambil sebuah kombo winglet-fillet, lalu anda hajar pakai palu hingga bengkok dan tidak ada sudut² tajam! Peningkatan performance dibanding blended winglet diperkirakan sekitar 1.5%, dan tidak memakan banyak tempat seperti raked wingtip. Problemnya... jelek banget sih bentuknya!

SUDAH CUKUP BAHASAN MENGENAI AERODINAMIKANYA! Pengaruhnya buat penumpang apa?

OK, kita mulai dengan yang bikin mata anda sepet... Tempat baru buat iklan (tidak tersedia untuk raked wingtip)! Tentunya, biaya yang lebih rendah. Ngaku saja lah, biaya bahan bakar sekarang memang mahal, jadi dengan mengurangi penggunaan bahan bakar dari pengurangan drag, penerbangan kita bisa lebih terjangkau harganya.

HATI²! Ini bukan formula ajaib yang selalu berguna untuk semua operator!

Saya ingin membawa masalah winglet ini ke perang abad milenium ini, antara A320 dan 737, yang akan berkelanjutan ke NEO dan MAX. Ya, saya tahu mengenai manfaat blended winglet di materi² promosi. Namun, materi² promosi yang diterbitkan sangat efektif hingga kita kadang lupa realitanya. Kita sekarang mulai melihat 737NG dilengkapi dengan winglet menerbangi rute² pendek.

Kabar buruknya, rute² pendek dengan winglet bisa lebih boros dibandingkan tanpa winglet! Untuk rute² pendek, segmen climb proporsi waktunya akan lebih besar dibanding total flying time, proporsi waktu yang dihabiskan di ketinggian rendah pun juga meningkat, dan dalam kondisi² tersebut, penambahan berat akibat winglet bisa menjadi beban biaya (sewaktu climb), dan ini juga terjadi dimana penambahan parasitic drag bertambah karena penambahan area permukaan pesawat (di ketinggian rendah).

Saya mempelajari angka pengunaan bahan bakar bagi 737NG dengan dan tanpa winglet. Untuk rute² dibawah 300 nautical mile, anda akan lebih boros menggunakan winglet. Manfaat dari winglet baru benar² akan terlihat di rute² diatas 600 nautical mile dimana A320 tidak kalah dibanding 737NG dengan winglet. Perbedaan angka penggunaan bahan bakar antara kedua pesawat tersebut menonjolkan sesuatu: BERAT PESAWAT SANGAT MEMPENGARUHI PERFORMA DI RUTE² PENDEK! Pesawat A320 lebih berat dibanding 737NG dan kalah mutlak di rute² dibawah 300 nautical mile, namun diatas 600 nautical mile, keunggulan sangat tergantung dengan aerodinamika dan mesin yang digunakan, meskipun si A320 hanya menggunakan wingtip fence dan sayap supercritical bin ajaibnya, dia (dengan mesin IAE V2500-A5 atau CFM56-5B) mengalahkan 737NG dari segi "fuel per ton payload" secara konsisten.

Sebelum memasang winglet ke 737NG atau A320 anda, sudahkah
anda menilai komposisi mission profile armada anda?
(photo oleh: Joe Roland/V2 Photography)

Ketika menghadapi situasi dimana Airline² memiliki pilihan untuk memasang wingtip device atau tidak, mereka harus mempelajari karakteristik rute² mereka. Profil misi mereka rata² seperti apa? Apakah rotasi penggunaan pesawatnya bisa dipisah untuk rute² pendek atau panjang? Apakah penambahan berat akibat wingtip device akan mempengaruhi payload dan landing weight? Dan lain² dan lain²...

Pertanyaan² yang timbul akan datang terus menerus dan harga bahan bakar akan naik terus menerus...

Departemen Operations mungkin bisa mengumpat di pojok dan menghitungkan operating costs, namun airline juga tidak boleh lupa bahwa keuntungan/laba, terdiri dari dua komponen: Penjualan dan Biaya! Biaya bisa ditekan serendah mungkin, namun penjualan juga penting. Inilah kenapa biaya rendah dengan menggunakan gadget² aerodinamika tidak selalu menjadi jawaban yang tepat. Tim di departemen operasi juga harus lebih sadar akan kondisi² komersil.

Kenapa saya bahas masalah dilema ketika memiliki pilihan memasang wingtip device atau tidak? Karena pilihan ini sekarang tidak hanya ada di 737NG, tetapi A320 dan A320NEO sebentar lagi akan ada pilihan antara menggunakan wingtip fence, atau si "sharklet"...

(gambar dari Airbus)