Desain Struktur Rangka Pesawat Terbang

Pesawat terbang merupakan kendaraan dengan teknologi yang sangat tinggi pada berbagai aspek (aerodinamika, elektronik, sistem navigasi dan lain-lain). Salah satu teknologi tinggi yang penting pada pesawat terbang adalah teknologi struktur rangkanya, karena desain rangka pesawat ini haruslah kuat dan kaku tetapi harus sangat ringan. Dimana secara sederhana dapat dikatakan untuk menambah kekuatan dan kekakuan haruslah menambah berat.

Pesawat harus kuat karena menyangkut keamanan dan keselamatan penumpang, kemudian harus kaku karena struktur yang lentur akan merusak karakteristik kendali terbang bahkan mengakibatkan flutter atau getaran yang berlebihan pada sayap yang mengakibatkan sayap patah. Adapun struktur harus ringan karena untuk terbang dengan daya seminimal mungkin, pesawat haruslah ringan. Pengurangan berat pesawat yang sedikit dapat meningkatkan penghematan bahan bakar secara signifikan.

Pada fuselage, struktur yang biasa digunakan adalah jenis truss, monocoque dan semimonocoque seperti gambar-gambar dibawah ini :

• Truss :

• monocoque :
• 
• Semimonocoque :
• 

Struktur truss biasa digunakan pada pesawat-pesawat ringan dengan cover fabric. Struktur ini biasa dibuat dari bahan baja atau logam paduan aluminium. Kemudian struktur monocoque mengandalkan kekuatan skin atau lapisan luarnya untuk menahan beban, sedangkan rangka dalamnya hanya sebagai penahan bentuk dan kekuatan pada titik-titik tertentu. Struktur monocoque ini biasa digunakan untuk skin aluminium atau komposit (fiberglass atau karbon fiber). Yang terakhir adalah semimonocoque, tidak jauh berbeda dari monocoque, struktur ini dilengkapi dengan stringer untuk membantu menahan beban dan menambah kekakuan dari kulit. Struktur semimonocoque adalah yang paling sering digunakan karena relatif paling ringan dan kuat.

Kemudian hal yang cukup krusial untuk dipahami adalah struktur dari sayap pesawat, karena sayap menahan beban yang paling besar dan berulang pada pesawat. Berikut ini adalah bagian-bagian rangka sayap :

• Spar : spar adalah struktur penyokong utama dari sayap, spar menahan beban yang paling besar serta menghubungkan sayap dengan fuselage.
• Ribs : Ribs adalah struktur bantu yang digunakan untuk membentuk airfoil pada sayap sekaligus meningkatkan kekakuan pada beberapa titik sayap.
• Stringer : Stringer adalah struktur yang menempel pada ribs yang berfungsi untuk meningkatkan kekakuan dan tempat menempelnya skin atau kulit lapisan luar sayap.

Berikut ini adalah contoh desain spar dengan bahan kayu dan logam :

Kemudian, berikut ini adalah beberapa contoh konstruksi rib :

Terkadang, untuk pesawat yang sangat besar atau pesawat tempur yang membutuhkan penyimpanan bahan bakar ekstra, bahan bakar terpaksa harus disimpan disayap. Desain struktur rangka sayap dengan penyimpanan bahan bakar ini berbeda dengan yang telah kita bahas diatas, struktur ini berupa wing box seperti gambar berikut :

Kemudian, secara umum struktur untuk ekor tidaklah jauh berbeda dari sayap yaitu terdiri dari spar, rib dan stringer.

Untuk mendesain struktur pesawat terbang ini, sejak awal project-project NASA, digunakan software FInite Element Analysis (FEA). Sebagai contoh MSC Nastran yang merupakan software FEA pertama di dunia, atau MSC Apex merupakan software FEA generasi terbaru dengan user interface dan workflow yang sangat produktif yang merupakan produk dari MSC Software.