KEBOLEHAN burung terbang bebas di langit sentiasa membibit rasa ingin tahu manusia sejak berzaman. Pada abad ke-15, Leonardo da Vinci membuat kajia terperinci mengenai kebolehupayaan burung ini, namun hanya pada abad ke-18 dan ke-19 rahsia ini dapat dirungkai oleh tokoh ilmuan seperti Sir George Cayley dan Otto Lilienthal.
Jadi apakah rahsia burung boleh terbang? Pada asasnya burung terbang disebabkan kesan aerodinamik yang ada pada sayap dan tubuhnya. Oleh itu, aerodinamik boleh difahami dengan mengkaji pergerakan udara dan interaksinya dengan objek pepejal yang bergerak melaluinya. Prinsip asas aerodinamik ini melibatkan daya angkat, daya seret, tekanan udara dan kelajuan aliran udara.
Daya angkat ialah daya yang membolehkan objek seperti pesawat untuk naik ke udara, manakala daya seret adalah rintangan yang dihadapi oleh objek ketika bergerak melalui udara. Kedua-dua daya ini terhasil apabila wujud tekanan yang berbeza pada permukaan berlawanan pada arah laluan aliran udara.
Aerodinamik bertujuan untuk memaksimumkan daya angkat dan meminimumkan daya seret bagi meningkatkan kecekapan dan prestasi objek yang bergerak. Hal ini lebih mudah dikaji dengan teknologi terowong angin dan simulasi komputer bagi mendapatkan gambaran lebih tepat aliran udara yang terhasil dengan bentuk yang diuji.
Bagi kapal terbang yang sering kita lihat terbang di langit, walaupun berbeza kilang pengeluar, reka bentuk yang kelihatan tetap hampir sama. Sebagai contoh, kapal terbang yang banyak digunakan untuk laluan domestik kita ialah Boeing 737 dibina oleh Syarikat Boeing manakala A320 pula dihasilkan oleh Syarikat Airbus. Kedua-dua kapal terbang ini mempunyai bentuk aerodinamik dari muncung depan hingga ke belakang bagi memastikan ia dapat terbang dengan baik.
Kita boleh lihat pada reka bentuk sayap panjang dan lebar dengan lengkungan permukaan yang kompleks dibina untuk menghasilkan daya angkat yang cukup besar bagi menyokong berat pesawat. Tambahan dengan rekaan seperti “winglets” dan “sharklets” pada hujung sayap, ia dapat berfungsi mengurangkan vorteks atau pusaran angin, sekaligus mengoptimumkan penggunaan bahan api.
Selain sayap, enjin pesawat juga direka agar dapat memberi kesan dalam meningkatkan prestasi aerodinamik kapal terbang semasa meluncur laju di udara. Contohnya enjin LEAP-1B yang dipasang pada Boeing 737 MAX dan enjin Pratt & Whitney PW1100G pada Airbus A320neo mempunyai ciri-ciri aerodinamik pada kipas yang besar supaya lebih banyak udara dapat masuk ke dalam enjin dengan lebih efisien.
Udara ini kemudian dipadatkan dalam pemampat yang terdiri daripada beberapa peringkat bilah yang berputar. Reka bentuk bilah pemampat yang aerodinamik memastikan aliran udara lancar dan cekap bagi mengurangkan kehilangan tenaga. Seterusnya dalam kebuk pembakaran, campuran bahan api dan udara dibakar dengan sempurna untuk menghasilkan daya tujahan maksimum. Rekaan kebuk pembakaran yang baik akan mengurangkan pengeluaran emisi dan meningkatkan tenaga yang boleh dihasilkan oleh enjin.
Selain itu, muncung ekzos turut dilengkapi dengan “chevrons” iaitu segmen berbentuk V atau W yang membantu mengurangkan bunyi dengan mencampurkan aliran udara panas dari enjin dengan udara sejuk di sekelilingnya secara lebih berkesan.
Tidak hanya itu, reka bentuk “nacelle” atau penutup enjin juga penting dalam meningkat kesan aerodinamik kapal terbang. “Nacelle” yang licin membantu mengurangkan rintangan udara semasa penerbangan secara langsung akan menghasilkan penerbangan yang lebih senyap dan selesa.
Namun perlu kita fahami juga, setiap pesawat mempunyai reka bentuk aerodinamik yang berbeza mengikut tujuannya. Pesawat komersial akan dioptimumkan untuk penerbangan jarak jauh dengan penumpang yang ramai. Sebaliknya, pesawat tempur direka untuk kebolehan terbang dengan kelajuan tinggi dan olahgerak yang ekstrem.
Pesawat kargo pula memerlukan reka bentuk yang mampu membawa beban berat tanpa mengorbankan kestabilan dan keselamatan. Di luar dunia penerbangan, prinsip aerodinamik digunakan juga dalam banyak aspek kehidupan kita. Kereta moden direka dengan bentuk yang licin untuk mengurangkan rintangan udara bagi meningkatkan kecekapan bahan api.
Dalam sukan, peralatan seperti bola golf dan bola sepak serta pakaian atlet direka untuk meminimumkan rintangan bagi mendapatkan prestasi lebih baik.
Kesan aerodinamik juga diambil kira apabila bangunan pencakar langit direka untuk mengatasi tekanan angin seterusnya memastikan struktur kekal teguh dan selamat. Peralatan elektronik yang digunakan setiap hari seperti kipas angin dan pendingin udara juga mengambil kira prinsip aerodinamik untuk memberikan rasa yang selesa selain lebih cekap tenaga.
Namun kegagalan dalam reka bentuk aerodinamik boleh membawa kepada akibat yang serius dalam pelbagai aspek kehidupan. Contohnya jika tiba-tiba ada sesuatu yang menggangu aliran udara pada sayap kapal terbang yang sedang dalam penerbangan, kapal terbang akan hilang daya angkat dan boleh menyebabkan bencana. Selain itu, kereta lumba yang tidak direka dengan baik dari segi aerodinamik boleh mengalami peningkatan daya seretan yang menyebabkan kelajuan menurun dan penggunaan bahan api akan meningkat. Akhirnya pasukan akan mengalami kekalahan.
Oleh itu, konsep aerodinamik ini ada di mana-mana sekalipun mungkin kita tidak menyedari. Dari pesawat terbang hingga ke peralatan harian, aerodinamik membentuk cara kita memahami dan mengendalikan aliran udara di sekeliling kita.
- Penulis memiliki Sarjana Muda Kejuruteraan (Mekanikal-Aeronautik) dari Universiti Teknologi Malaysia (UTM) dan pernah berkhidmat di Hornbill Skyways Sdn Bhd.