Sistem Penggerak Baling-baling Helikopter

Helikopter adalah sebuah pesawat yang mengangkat dan terdorong oleh satu atau lebih rotor (propeller) horizontal besar. Helikopter diklasifikasikan sebagai pesawat sayap-berputar untuk membedakannya dari pesawat sayap-tetap biasa lainnya. Kata helikopter berasal dari bahasa Yunanihelix (spiral) dan pteron (sayap). Helikopter yang dijalankan oleh mesin diciptakan oleh penemu Slovakia Jan Bahyl.

Gambar 1. Bentuk dan bagian-bagian umum pada sebuah helikopter

Dibandingkan dengan pesawat sayap-tetap lainnya, helikopter lebih kompleks dan lebih mahal untuk dibeli dan dioperasikan, lumayan lambat, memiliki jarak jelajah dekat dan muatan yang terbatas. Sedangkan keuntungannya adalah gerakannya, helikopter mampu terbang di tempat, mundur, dan lepas landas dan mendarat secara vertikal. Terbatas dalam fasilitas penambahan bahan bakar dan beban/ketinggian, helikopter dapat terbang ke lokasi mana pun, dan darat di mana pun dengan lapangan sebesar rotor dan setengah diameter. Landasan helikopter disebut helipad.

1. Prinsip Kerja Helikopter

Helikopter bisa terbang karena gaya angkat yang dihasilkan oleh aliran udara yang dihasilkan dari bilah-bilah baling-baling rotornya. Baling-baling itu yang mengalirkan aliran udara dari atas ke bawah. Aliran udara tersebut sedemikian deras sehingga mampu mengangkat benda seberat belasan ton. Setiap baling-baling helikopter memiliki bentuk aerofoil yang mirip dengan sayap pada pesawat terbang. Daya angkat yang ditimbulkannya tergantung pada sudut serang (angel of attack) dan kecepatan baling-baling saat berputar. Teorinya sebenarnya cukup sederhana namun prakteknya rumit.

Gambar 2. Bentuk baling-baling (rotor blade) helicopter.

Pada dasarnya, prinsip dasar terbang dari pesawat bersayap tetap (fixed wing) dengan helikopter yang dikenal juga pesawat bersayap putar pada dasarnya tetap. Kuncinya ada pada dua kekuatan besar yang bekerja terpadu, menghasilkan gaya angkat dan daya dorong yang besar.

Gambar 3. Gaya angkat dan dorong dari putaran baling-baling helicopter.

2. Baling-baling rotor (rotor blade) Helikopter

Photo courtesy U.S. Department of Defense

Gambar 4. Baling-baling rotor Helikopter (contoh dari AH-64A Apache).

Pada helikopter, fungsi sayap digantikan oleh baling-baling yang setiap baling-balingnya meski berukuran lebih kecil dari sayap pesawat biasa, namun ketika diputar curvanya relatif sama dengan sayap pesawat. Untuk mendapatkan gaya angkat, baling-baling rotor harus diarahkan pada posisi tertentu sehingga dapat membentuk sudut datang yang besar. Prinsipnya sama dengan pesawat bersayap tetap, pada helikopter ada dua gaya besar yang saling memberi pengaruh. Aliran udara yang bergerak ke depan baling-baling menekan baling-baling sehingga bilah baling-baling terdorong balik ke belakang menghasilkan suatu gaya angkat kecil. Tetapi ketika aliran udara bergerak cepat melewati bagian atas dan bawah bilah-bilah baling-baling, tekanan udara yang besar di antara baling-baling otomatis akan mengembang ke seluruh permukaan yang bertekanan lebih rendah, menyebabkan baling-baling terdorong ke atas dan helikopter pun terangkat. Yang perlu diingat, meski bilah-bilah baling-baling itu hanya beberapa lembar, namun dalam keadaan berputar cepat, ia akan membentuk suatu permukaan yang rata dan udara yang menekannya ke atas menimbukan tekanan besar yang akhirnya menghasilkan gaya angkat yang besar pula. Prinsip ini sama dengan fungsi propeler pada pesawat bermesin turboprop dan sama pula dengan "kitiran/kincir" mainan anak-anak.

Gambar 5. Kerja mesin turboprop pada pesawat.

Gambar 6. Turboprop pada pesawat Tu-95.

3. Sayap kecil pada helikopter (Canard)

Beberapa helikopter yang digunakan dalam perang, seperti “Mil Mi-24 Super Hind Mk III” misalnya dilengkapi dengan sayap kecil yang disebut canard, fungsi pertamanya untuk meringankan beban rotor utama dan yang kedua untuk meningkatkan laju kecepatan dan memperpanjang jangkauan jelajah. Fungsi lain adalah sebagai gantungan senjata, rudal dan lain-lainnya. Dengan menambahkan sayap pendek ini, maka perbedaan fungsional antara pesawat tetap dengan helikopter menjadi samar. Pesawat bersayap tetap juga ada yang mampu terbang-mendarat secara vertikal (Vertical Take-off Landing/VTOL). Contohnya, Harrier dari jenis Sea Harrier atau AV-8 Harrier.

Gambar 7. Canard pada helicopter “Mil Mi-24 Super Hind Mk III”.

Gambar 8. Pesawat bersayap tetap yang mampu mendarat vertical (AV-8 Harrier).

4. Kontrol baling-baling rotor pada Helikopter

Kelebihan pesawat bersayap tetap, terutama soal terbangnya karena pesawat berjenis ini memiliki platform yang lebar sehingga relatif lebih stabil saat melakukan penerbangan. Soal menerbangkannya, itu persoalan mengatur kemudi guling pada sayap dan stabilizer tegak dan datar yang ada pada ekornya. Tetapi pada Helikopter tidaklah demikian. Ketika bilah-bilah baling-baling rotornya menghasilkan gaya angkat, rotornya sendiri bekerja memindahkan udara di atasnya ke bawah sebanyak-banyaknya. Disaat itu berat udara yang dipindahkan mengurangi berat helikopter sehingga helikopter itu terangkat. Dan bila helikopter itu terangkat, berarti terjadi keseimbangan berat antara udara yang dipindahkan dari atas ke bawah dengan bobot helikopternya. Untuk mengoperasikan helikopter itu ada alat kemudi yang biasa disebut collective pitch dan cyclic pitch masing-masing berfungsi sebagai pengatur gaya angkat dan pendorong helikopter untuk melaju ke depan. Begitu sederhana cara kerjanya, tetapi mentransformasikannya dalam sebuah teknologi sungguh pekerjaan yang sangat rumit.

Gambar 9. Kontrol pada helikopter.

Collective pitch merupakan pengatur kemiringan semua rotor blade secara berbarengan yang dapat menghasilkan gaya angkat secara vertikal. Cyclic pitch merupakan pengatur kemiringan untuk masing-masing rotor blade pada setiap perputaran rotor. Hal tersebut mempengaruhi gerakan berputar pesawat, menggerakan bagian depan helikopter ke atas atau ke bawah atau memutar pesawat dari sisi ke sisi. Selain itu terdapat differential collective pitch yang merupakan pengontrol yang mempengaruhi gerakan helikopter ke kiri atau ke kanan. Differential collective pitch memungkinkan salah satu pitch terangkat lebih tinggi dari collective pitch lainnya. Hal ini meningkatkan perlawanan dan torsi yang lebih dalam satu rotor dari pada rotor yang lainnya sehingga dapat memutar pesawat pada sumbu vertikal.

Gambar 10. Collective pitch sebagai pengatur daya angkat helikopter.

Gambar 11. Cyclic pitch sebagai pengatur daya dorong helikopter.

Gambar 12. Differential collective pitch sebagai pengatur gerakan berputar pada sumbu vertikal.

Gambar 13. Lepeng blade pada posisi awal.

Gambar 14. Lempeng blade terangkat akibat collective pitch berubah.

Gambar 15. Perubahan dari cyclic pitch control.

5. Kontrol putaran rotor blade helikopter (control heading)

Pada konfigurasi rotor, bukan hanya sekedar bisa berputar lalu terbang dan mengambang. Sebab setiap baling-baling yang diputar akan selalu menimbulkan tenaga putaran yang disebut dengan istilah umum torque. Untuk menghilangkan atau menangkal tenaga putar yang bisa menyebabkan badan helikopter itu berputar, maka perlu dipasang antitorque.

Gambar 16. Heading kontrol helikopter.

Antitorque ini dapat berupa tail rotor atau rotor ekor yang dipasang pada ekor pesawat yang juga berfungsi sebagai rudder. Konfigurasi ini dapat dilihat pada helikopter umumnya seperti Bell-412, Bell-205 atau UH-1 Huey, atau NBO-105, dan AS-330 Puma atau AS-335 Super Puma, AH-64 APACHE atau Mi-25 HIND.

Gambar 17. Contoh konfigurasi tail rotor pada Bell-205 dan Mi-25 HIND.

Selain menggunakan tail rotor, masih ada beberapa desain yang lain. Misalnya yang menggunakan sistem tandem seperti yang digunakan pada helikopter Boeing CH-47 Chinook atau CH-46 Sea Knight. Kedua rotor tersebut yang bersama-sama berukuran besar masing-masing ditempatkan di depan dan di belakang badan helikopter. Keduanya simetris namun memiliki putaran yang berlawanan arah . Maksudnya untuk saling meniadakan efek putaran yang ditimbulkan satu sama lain, intermesh dalam bahasa populernya.

Gambar 18. Contoh sistem tandem pada helikopter CH-46 Sea Knight (kiri) dan V-12 (kanan).

Cara lain adalah dengan konfigurasi egg-beater. Konfigurasi rancang bangun seperti ini digunakan pada helikopter Ka-25 Kamov buatan Rusia atau Kaman HH-43 Husky. Kedua baling-baling yang sama besarnya itu diletakkan dalam satu poros, terpisah satu sama lain dimana yang satu diletakkan diatas rotor lainnya. Keduanya berputar berlawanan arah. Maksudnya untuk menghilangkan efek putaran atau torque.

Gambar 19. Contoh konfigurasi egg-beater pada Ka-25 Kamov (kiri) dan Kaman HH-43 Husky (kanan).

Selain ketiga cara di atas, dibuat juga konfigurasi tanpa rotor ekor. Helikopter ini disebut NOTAR (No Tail Rotor) ini memiliki sistem yang sedikit berbeda dengan sistem yang ada, di mana memanfaatkan semburan gas panas dari mesin utama yang disalurkan melalui tabung ekor. Contohnya adalah helikopter MD-902 Explorer.

Gambar 20. Diagram dari sistem NOTAR.

Gambar 21. Contoh helikopter dengan sistem NOTAR (MD-902 Explorer).