Dari Mekanik ke Fly By Wire

Sepanjang sejarahnya sampai tulisan ini dibuat, semua pesawat yang beroperasi menggunakan sirip-sirip kendali yang dapat bergerak di sayap ataupun di ekor pesawat  untuk mengubah arah terbangnya, biarpun ada pula yang menggunakan thrust vectoring seperti yang dipasang di pesawat tempur.
 
Sirip kendali di ekor pesawat

Pada bentuk pesawat yang umum, ada aileron/ kemudi guling di sayap yang fungsinya memiringkan pesawat ke kanan dan ke kiri. Ada yang namanya elevator yang berasal dari kata elevate (menaikkan), yaitu sirip yang ada di ekor untuk menaikkan dan menurunkan ekor pesawat sehingga hidung pesawat akan bergerak sebaliknya. Yang lainnya adalah rudder. Sama dengan kapal laut, rudder ini adalah kemudi pesawat untuk berbelok ke kanan ataupun ke kiri.
 
Kendali mekanik. Kabel, katrol dan batang (push rod). gambar dari FAA PHAKSecara sederhana, pesawat kecil dan konvensional menggunakan kabel-kabel metal (besi, baja, dll), katrol, dan penahannya untuk menggerakkan sirip-sirip kendali tersebut atau menggunakan batang besi (push rod) baik yang terhubung langsung secara mekanik antara kemudi di kokpit dengan sirip-sirip tersebut ataupun sebagai perantara antara kabel dan sirip pesawat. Pemeliharaan alat kendali mekanik ini memerlukan beberapa hal, seperti pelumasan, pemeriksaan ketegangan kabel, pemeriksaan kabel dan katrol dan lain-lain.

Semakin maju teknologi pesawat terbang, semakin besar pula ukuran pesawat, semakin kuat dan besar pula kabel-kabel yang diperlukan untuk menggerakkan sirip-sirip kendali ini. Pada pesawat terbang yang cukup besar, tenaga manusia menjadi tidak efisien (baca:kurang kuat) untuk menggerakkan sirip-sirip kendali tersebut. Karena itu dibuatlah "power steering", pembantu tenaga untuk menggerakkan sirip kendali seperti yang ada di kemudi mobil.

Setiap kali penerbang menggerakkan kemudinya, maka "power steering" ini mendapat "perintah" untuk membantu menggerakkan kendali sehingga tenaga manusia yang dibutuhkan sedikit saja. "Power steering" ini biasanya dirancang dengan menggunakan servo bertenaga hidrolik ataupun pneumatik. Sistem yang lebih kompleks ini pertama kali dibuat dengan cara menggabungkan sistem mekanik dan sistem hidrolik.
 
 
Kendali Hidromekanik. gambar dari FAA PHAK

Semua sistem untuk memudahkan pengendalian pesawat ini ternyata menimbulkan "masalah" baru, yaitu menambah berat pesawat. Pesawat sederhana mungkin hanya mempunyai rudder, elevator dan aileron, tapi pesawat yang lebih besar membutuhkan spoiler, slat dan flap sebagai bantuan tambahan untuk mengendalikan terbangnya. Ukurannya pun akan sebanding dengan besar pesawatnya.
Banyaknya sirip kendali pada pesawat jet berbadan lebar

Seperti halnya kendaraan lain, pesawat udara mempunyai batasan maksimum berat yang bisa ditanggung. Sebagai perumpamaan, sebuah mobil yang mempunyai berat maksimum 2 ton, maka bisa dipastikan mobil tersebut akan rusak jika diisi sampai total beratnya mencapai 2,5 ton. Hal ini akan menjadi lebih parah jika terjadi pada pesawat terbang, tidak hanya rusak tapi pesawat tersebut mungkin tidak akan bisa terbang.

Oleh karena itu pembuat pesawat selalu mencari cara untuk mengurangi berat pesawat sehingga menambah kapasitas muatannya, dalam dunia penerbangan muatan ini dikenal dengan istilah Load.

Cara yang paling umum dilakukan adalah mencari bahan yang ringan dan kuat untuk membuat pesawat terbang. Generasi awal pesawat terbang, banyak yang menggunakan kayu sebagai bahan utama. Kayu yang berat ini kadang digabungkan dengan bahan kain sebagai kulit pesawat. Kemudian teknologi logam dan komposit mengubah materi pembuatan pesawat dengan alasan kekuatan bahan yang meningkat dan beratnya yang lebih ringan.

Penggunaan bahan komposit dimulai pada perang dunia ke 2, pada waktu sebagian dari badan pesawat pembom B29 menggunakan bahan soft fibreglass. Kata Komposit sendiri bisa berarti bermacam-macam bahan, dari fibreglass, carbon fiber cloth, Kevlar dll.

Fly By Wire

Sejalan dengan peningkatan teknologi, komputer juga mengalami perkembangan yang sangat pesat. Kapasitas menyimpan dan memproses data dapat dilakukan oleh prosesor yang berukuran kecil dan ringan.

Dengan menggabungkan teknologi penerbangan dan komputer, para perancang pesawat lalu menemukan ide untuk membuang kabel kendali pesawat dan menggantikannya dengan kabel data yang lebih ringan.

Dengan cara ini penerbang tidak langsung menggerakkan sirip-sirip kendali dengan kemudi yang ada di kokpit, tapi hanya memberi sinyal ke komputer lalu komputer mengolahnya dan meneruskan sinyal perintah yang diperlukan ke servo hidrolik/penumatik yang menggerakkan sirip kendali pesawat. Servo-servo ini disebut aktuator.

Pada pesawat berbadan lebar, penggunaan kabel-kabel (wire) data yang menggantikan kabel kendali dari logam dapat mengurangi berat sampai ratusan kilogram. Penggunaan kabel fibre optic juga dapat mengurangi kerumitan kabel di pesawat. Maka pesawat-pesawat besar yang canggih pasti menggunakan cara ini yang juga dikenal dengan Fly By Wire.

Jantung dari sebuah pesawat dengan sistem fly by wire adalah komputer elektronik (Flight Control Computer, FCC). Pada waktu penerbang menggerakkan batang kendali pesawat, maka sensor di batang kendali akan mengirim sinyal ke FCC. FCC akan menghitung seberapa besar gerakan sirip kendali yang dibutuhkan dan kemudian mengirim sinyal ke aktuator yang akan menggerakkan sirip kendali sesuai dengan permintaan FCC.
 
Control Law

Selain mengurangi berat dengan menghilangkan kabel-kabel logam dan katrol-katrol, sistem Fly By wire juga mempunyai kelebihan untuk membatasi gerakan pesawat udara.

Pada pesawat konvensional, penerbang dapat menggerakkan pesawat di luar batas kemampuannya, misalnya menukikkan pesawat dan menyebabkan pesawat sampai mencapai atau bahkan melebihi kecepatan maksimum yang dibolehkan. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan struktural dari pesawat dan bisa membuat pesawat hancur jika kecepatan dibiarkan melewati batas maksimumnya.

Dengan FCC, sinyal yang diberikan oleh penerbang diterima dan diolah sebelum diteruskan ke aktuator. Jadi jika sinyal ini akan menggerakkan pesawat lebih dari kemampuannya, maka FCC akan menolaknya dan memberikan sinyal gerakan normal ke aktuator. Gerakan aktuator juga dilaporkan sebagai umpan balik ke FCC. Kumpulan aturan di FCC disebut Control Law. Control law ini akan memberikan proteksi/perlindungan pada pesawat agar tidak melebihi kemampuannya (operating envelope). Control Law pada keadaan normal disebut Normal Law.

Salah satu contoh proteksi/perlindungan dari control law ini adalah dalam keadaan normal pesawat fly by wire seperti Airbus A320 tidak akan stall biarpun penerbang menarik batang kendali ke belakang dan memaksa menaikkan hidung pesawat. FCC akan membatasi sudut naiknya hidung pesawat (angle of attack) di nilai yang normal. Begitu juga dengan kemiringan pesawat yang dibatasi pada kemiringan 67°. Jika penerbang mencoba memiringkan pesawat lebih dari 67°, FCC akan tetap menahan kemiringan pesawat di 67° tersebut.

Contoh lain dari kelebihan control law yang diatur oleh komputer adalah mengurangi perbedaan reaksi pesawat pada kecepatan yang berbeda. Sama seperti pada sepeda motor ataupun mobil, makin cepat kendaraan dilarikan maka kendalinya akan makin sensitif. Maka seorang pembalap harus mempunyai reaksi yang lebih cepat dari pada seorang pengemudi mobil yang menjalankan mobilnya dalam keadaan normal.

Sebuah pesawat airliner normalnya mempunyai jangkauan kecepatan yang sangat lebar, contohnya pada waktu lepas landas dan mendarat kecepatannya adalah sekitar 150 knots, dan di ketinggian 31000 kaki kecepatannya sekitar 300 knots.  Jika penerbang tidak menggunakan auto pilot maka dia akan merasakan perbedaan yang sangat besar pada waktu mengendalikan pesawat terutama pada kecepatan tinggi. Pada kecepatan tinggi, sedikit gerakan batang kendali, akan menggerakkan pesawat dengan cepat, akibatnya kenyamanan dan keamanan akan berkurang. Control law yang ada di pesawat fly by wire akan mengatur sensitifitas sensor di batang kendali dan memberikan perintah yang sesuai pada aktuator dan penerbang akan merasakan sensitifitas yang sama di semua regim kecepatan.

Selain itu, pembuat pesawat seperti Boeing yang membuat B777 secara fly by wire yakin bahwa reaksi komputer lebih cepat dari reaksi seorang penerbang yang waspada sekalipun, sehingga luas dari sirip-sirip kendali bisa dikurangi karena gerakannya dikendalikan komputer. Sekali lagi hal ini mengurangi berat pesawat secara keseluruhan.
Fly By Wire

Kerusakan pada komputer

Bagaimana jika FCC rusak? Sebagai jantung dari sebuah pesawat, FCC tidak boleh rusak. Tapi hal ini tidak mungkin, karena semua buatan manusia bisa rusak. Cara mengatasinya adalah dengan membuat sistem yang Fault Tolerant. Caranya dengan redundancy, yaitu dengan membuat sistem cadangan yang berlapis. Contohnya sebuah pesawat Boeing 777 mempunyai 3 Primary Flight Control Computer (PFC, sama dengan yang sebelumnya kita sebut FCC). Dalam setiap PFC ini ada 3 kanal yang bekerja dengan identik untuk komputasi. Sehingga didapat total 9 kanal yang bekerja secara simultan.
Salah satu kanal atau PFC menjadi master yang mengendalikan pesawat, tapi kanal lain atau PFC lain tetap bekerja secara simultan dan hasilnya dibandingkan dengan kanal/PFC yang lain. Jika sebuah kanal rusak, maka sisanya tetap bekerja. Begitu pula jika sebuah PFC rusak total, masih ada 2 PFC lain.

Bagaimana jika sebuah FCC rusak tapi tidak mati total, dia hanya memberikan sinyal yang salah? Untuk mengatasi ini dibuat sebuah sistem "voting". Telah disebutkan sebelumnya, sinyal hasil komputasi dari masing-masing FCC dibandingkan dengan hasil dari FCC lain. Jika sinyal dari sebuah FCC berbeda dengan 2 FCC lainnya, maka sinyal ini akan ditolak dan FCC yang bersangkutan akan dinyatakan rusak oleh sistem. Sistem voting ini diaplikasikan pada semua sistem kritikal yang ada pada pesawat udara sebagai bagian dari sistem yang Fault Tolerant.

Jika terjadi kerusakan pada salah satu atau beberapa komponen FCC, maka proteksi yang ada akan berkurang atau hilang sama sekali. Di pesawat Airbus, jika ada kerusakan pada sistem tersebut, maka Normal Law akan berubah menjadi Alternate Law yang proteksinya lebih sedikit. Jika kerusakannya lebih parah maka pesawat akan berpindah ke Direct Law yang tanpa proteksi.

disclaimer

Semua tulisan di site ini hanyalah untuk belajar dan meningkatkan ketrampilan personel penerbangan dan menambah wawasan masyarakat umum. Jika ada perbedaan dengan dokumen resmi dari otoritas yang berwenang dan pabrik pesawat, maka dokumen resmilah yang berlaku. Klik di judul disclaimer di atas untuk melihat keseluruhan aturan penggunaan ilmuterbang.com

Pengunjung

Kami memiliki 71 tamu dan tidak ada anggota online

Go to top