SAYAP merupakan struktur paling menonjol dan kritikal dalam sesebuah pesawat terbang. Tanpa reka bentuk sayap yang berfungsi secara aerodinamik, pesawat tidak akan mampu menghasilkan daya angkat yang diperlukan untuk melakukan penerbangan.
Secara umum, terdapat dua jenis konfigurasi sayap utama dalam dunia penerbangan iaitu sayap tetap dan sayap berputar.
Sayap tetap digunakan pada pesawat konvensional seperti kapal terbang, manakala sayap berputar dalam bentuk rotor merupakan ciri utama pada helikopter.
Meskipun kedua-dua sistem ini bertujuan menghasilkan daya angkat, prinsip operasi masing-masing berbeza secara asas.
Pada helikopter, daya angkat dijana oleh bilah rotor yang berputar dengan pantas. Hal ini dapat membolehkan pesawat berlepas dan mendarat secara menegak tanpa bergantung kepada landasan.
Sebaliknya, pesawat bersayap tetap memperoleh daya angkat melalui pergerakan ke hadapan. Apabila aliran udara melintasi permukaan aerodinamik sayap, akan menyebabkan perbezaan tekanan yang menghasilkan daya angkat.
Sayap tidak dibina sekadar untuk menjana daya angkat, malah sayap tetap turut memainkan peranan penting dalam menjaga kestabilan serta kawalan yang mengoperasikan fungsi pesawat.
Ia juga menampung sebahagian besar bahan api dalam tangki yang terintegrasi selain menyokong sistem mekanikal seperti gear pendaratan, permukaan kawalan seperti aileron serta saluran bahan api yang kompleks.
Tambahan pula, sayap berfungsi sebagai komponen struktur utama yang mengagihkan beban dan tekanan aerodinamik sepanjang fasa penerbangan iaitu semasa pesawat mula berlepas atau ketika ia sedang melalui gelora udara dan sehinggalah ke fasa pendaratan.
Oleh itu, reka bentuk sayap yang kukuh, tepat dan dioptimumkan secara aerodinamik merupakan syarat utama bagi memastikan kestabilan dinamik, kecekapan penggunaan bahan api dan tahap keselamatan penerbangan yang tinggi.
Sehingga kini, pelbagai bentuk sayap telah direka untuk memenuhi keperluan operasi, fungsi dan persekitaran yang berbeza.
Setiap reka bentuk membawa falsafah kejuruteraan tersendiri dan pemilihannya melibatkan pertimbangan yang kompleks antara kelajuan, daya angkat dan kestabilan yang diperlukan bagi tujuan tertentu.
Antara bentuk yang paling asas ialah sayap lurus. Bentuk ini digunakan secara meluas dalam pesawat latihan dan pesawat ringan seperti Cessna 172.
Dengan hujung sayap yang selari dengan badan pesawat, reka bentuk ini menghasilkan daya angkat tinggi pada kelajuan rendah.
Keupayaannya untuk beroperasi di landasan pendek serta kestabilan semasa penerbangan perlahan menjadikannya sesuai untuk penerbangan awam, misi pemantauan dan operasi penyelamatan.
Namun, daya seretan yang tinggi pada kelajuan tinggi mengehadkan penggunaannya dalam pesawat jet komersial dan tentera.
Kemajuan teknologi selepas Perang Dunia Kedua telah membawa kepada penghasilan sayap menyapu ke belakang (swept wing). Reka bentuk ini direka untuk mengurangkan kesan gelombang kejutan apabila pesawat menghampiri kelajuan bunyi.
Pesawat seperti Boeing 737, Airbus A320 dan F-15 Eagle memanfaatkan kelebihan ini untuk mengekalkan prestasi tinggi dengan penggunaan bahan api yang lebih cekap.
Walaupun stabil pada kelajuan tinggi, pesawat dengan sayap jenis ini memerlukan kawalan berhati-hati pada kelajuan rendah kerana berisiko kehilangan daya angkat secara tiba-tiba apabila sudut serangan meningkat.
Sayap berbentuk segi tiga yang lebar di pangkal dan tirus ke hujung pula dikenali sebagai sayap delta. Ia digunakan dalam pesawat supersonik seperti Concorde, Mirage III dan Dassault Rafale.
Reka bentuk ini membolehkan aliran udara kekal lancar walaupun pesawat menembusi kelajuan bunyi sambil mengekalkan struktur yang kukuh dan tahan tekanan aerodinamik tinggi.
Daya angkat yang stabil pada kelajuan tinggi serta kapasiti bahan api yang besar merupakan antara kelebihannya. Namun, pada kelajuan rendah, ia menghasilkan daya seretan yang tinggi dan memerlukan sudut serangan besar untuk mengekalkan daya angkat.
Satu lagi bentuk yang banyak digunakan ialah sayap tirus (tapered wing) yang direka dengan hujung semakin kecil berbanding pangkal.
Tujuannya adalah untuk meningkatkan kecekapan aerodinamik dan mengurangkan daya seretan di hujung sayap.
Lockheed P-38 Lightning dan Boeing 787 Dreamliner menggunakan reka bentuk ini bagi mencapai keseimbangan antara daya angkat dan penjimatan tenaga.
Selain itu, bentuk ini membantu pengagihan beban dan tekanan struktur yang lebih seimbang sepanjang rentang sayap dengan kecekapan bergantung kepada nisbah tirus dan sudut sapuan yang digunakan.
Sebagai tambahan kepada bentuk-bentuk tersebut, sayap eliptik dianggap sebagai antara reka bentuk paling efisien dari segi teori aerodinamik.
Ia menghasilkan pengagihan daya angkat yang sekata dan mengurangkan pusaran udara di hujung sayap.
Oleh itu, ia mempamerkan keupayaan olah gerak yang lancar dan kawalan stabil seperti pesawat lagenda dan unggul Supermarine Spitfire semasa Perang Dunia Kedua.
Walaupun begitu, bentuk eliptik sukar dan mahal untuk dihasilkan menyebabkan penggunaannya terhad kepada pesawat yang menuntut prestasi aerodinamik optimum.
Selain bentuk asas yang lazim digunakan, terdapat juga konfigurasi khas seperti sayap berkembar yang pernah menjadi ciri utama pesawat klasik.
Reka bentuk ini merangkumi dua lapis sayap (biplane) dan tiga lapis sayap (triplane) yang disusun secara menegak.
Susunan berlapis ini mampu menghasilkan daya angkat tinggi pada kelajuan rendah menjadikan ia sangat sesuai pada era awal penerbangan ketika enjin masih berkuasa rendah dan bahan binaan seperti kayu serta kain digunakan secara meluas.
Walaupun reka bentuk berkembar ini jarang digunakan dalam pesawat moden, prinsip asasnya terus memberi inspirasi kepada konfigurasi pelbagai permukaan sayap yang lebih maju.
Antaranya sayap kecil yang dipasang di bahagian hadapan pesawat berhampiran kokpit yang dikenali sebagai canard dan permukaan mendatar di bahagian ekor pesawat (tailplane).
Kedua-dua elemen ini berperanan penting dalam meningkatkan kestabilan dan kawalan semasa penerbangan.
Pada masa kini, beberapa pesawat moden turut menggabungkan pelbagai ciri reka bentuk dalam satu konfigurasi sayap hibrid.
Contohnya, Boeing 787 Dreamliner dan Airbus A350 menggunakan sayap dengan sapuan ke belakang serta hujung yang sedikit melentik.
Gabungan ini menyatukan kelebihan sayap tirus dan sayap menyapu ke belakang untuk menghasilkan prestasi aerodinamik yang lebih baik.
Reka bentuk tersebut bukan sahaja meningkatkan kecekapan penggunaan bahan api, malah turut membantu mengurangkan bunyi bising dan memperbaiki kestabilan ketika menghadapi gelora udara.
Selain bentuk permukaan rata yang menjadi asas kepada reka bentuk sayap, jurutera turut menambah pelbagai komponen khusus di hujung sayap bagi mengawal pusaran udara yang terbentuk akibat perbezaan tekanan antara permukaan atas dan bawah.
Pusaran ini boleh menghasilkan daya seretan teraruh yang menjejaskan kecekapan aerodinamik jika tidak dikawal.
Peranti hujung sayap berfungsi untuk mengurangkan seretan tersebut sekali gus meningkatkan kecekapan penggunaan bahan api dan menambah jarak jelajah pesawat.
Di samping itu, ia turut membantu memperbaiki prestasi berlepas dan pendaratan di lapangan terbang yang panas atau terletak pada altitud tinggi serta mengurangkan kesan bunyi yang dihasilkan semasa penerbangan.
Antara jenis yang paling lazim digunakan ialah winglet menegak tradisional seperti yang terdapat pada keluarga Boeing 737 generasi awal dan beberapa varian Gulfstream.
Selain itu, terdapat juga wingtip fence yang berbentuk sirip berkembar menegak dan mendatar seperti yang digunakan pada Airbus A320 generasi terdahulu. Ciri ini bertujuan untuk mengekang aliran silang dari kedua-dua sisi sayap.
Reka bentuk yang lebih moden merangkumi sharklet pada keluarga Airbus A320neo yang dioptimumkan untuk menyeimbangkan penjimatan daya seretan dan kekuatan struktur.
Split scimitar pada Boeing 737 generasi terkini pula menambah satu sirip tambahan ke bawah bagi meningkatkan keberkesanan pengurangan pusaran.
Sementara itu, raked wingtip yang digunakan pada Boeing 787 dan 777 memanjangkan hujung sayap dengan sudut sapuan tertentu bagi memberikan penurunan seretan tanpa menambah ketinggian struktur menegak.
Terdapat juga reka bentuk bereksperimen seperti spiroid tip yang berbentuk gelung tertutup serta tangki hujung sayap yang digunakan pada pesawat tertentu sebagai pengimbang berat dan ruang tambahan untuk bahan api.
Kesemua komponen ini dipilih berdasarkan misi operasi pesawat, had struktur, kos penyelenggaraan serta batasan operasi lapangan terbang.
Keberkesanannya pula dinilai melalui gabungan ujian terowong angin, simulasi dinamik bendalir pengiraan (computational fluid dynamics) dan data operasi sebenar daripada penggunaan pesawat.
Bahan binaan yang digunakan untuk menghasilkan sayap telah mengalami evolusi seiring dengan kemajuan teknologi penerbangan.
Pada era awal, sayap pesawat dibina menggunakan rangka kayu yang ringan dan dilapik dengan kain yang diregangkan seperti yang dapat dilihat pada pesawat Wright Flyer.
Reka bentuk ini sesuai dengan keperluan masa itu, apabila enjin masih berkuasa rendah dan bahan moden belum tersedia.
Apabila industri penerbangan berkembang, bahan logam seperti aluminium mula digunakan secara meluas kerana sifatnya yang ringan, tahan kakisan dan mempunyai kekuatan struktur yang baik.
Penggunaan aluminium membuka jalan kepada penghasilan pesawat yang lebih besar, laju dan tahan lama.
Dalam era moden, bahan komposit seperti gentian karbon dan gentian kaca telah menjadi pilihan utama dalam pembinaan sayap. Komposit ini menawarkan nisbah kekuatan kepada berat yang jauh lebih tinggi berbanding logam tradisional.
Selain meningkatkan kecekapan penggunaan bahan api, bahan ini juga tahan terhadap hakisan, tekanan berulang dan keletihan struktur menjadikannya sesuai untuk pesawat komersial dan ketenteraan.
Dari sudut kejuruteraan, pelbagai teknologi turut dibangunkan untuk meningkatkan prestasi aerodinamik sayap. Antara yang paling ketara ialah sistem kawalan aktif yang menggunakan sensor dan komputer untuk menyesuaikan bentuk atau kedudukan bahagian sayap secara automatik.
Sistem ini membolehkan pesawat mengoptimumkan daya angkat dan kestabilan mengikut keadaan penerbangan.
Selain itu, terdapat juga konsep sayap boleh ubah bentuk atau morphing wing yang membolehkan profil sayap berubah secara dinamik semasa penerbangan.
Teknologi ini memberi kelebihan dalam menyesuaikan ciri aerodinamik mengikut fasa penerbangan, sama ada semasa berlepas, mendaki, pelayaran atau pendaratan.
Kepelbagaian bentuk sayap yang wujud hari ini merupakan cerminan usaha kejuruteraan berterusan untuk mencapai prestasi aerodinamik yang optimum bagi setiap reka bentuk pesawat di samping menyeimbangkan pelbagai keperluan operasi dan keselamatan penerbangan moden.
- Penulis memiliki Sarjana Muda Kejuruteraan (Mekanikal-Aeronautik) dari Universiti Teknologi Malaysia (UTM) dan pernah berkhidmat di Hornbill Skyways Sdn Bhd.