Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh ng dinamakan ... · Combustion chamber kemudian memanaskan udara pada tekanan konstan. Setelah pemanasan, udara melewati ruang bakar

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Hai teman-teman penerbangan, pada halaman ini saya akan berbagi pengetahuan mengenai

engine atau mesin yang digunakan pada pesawat terbang, yaitu CFM56 – 5A.

Kita awali dahulu dengan sejarah berdirinya perusahaan mesin pesawat terbang yang

dinamakan CFM56. Awalnya, perusahaan yang dinamakan “General Electric” telah banyak

memproduksi engine komersial seperti CF6 – 80 series yang memakai sistem engine turbofan.

Keberhasilan engine turbofan CF6 komersial ini tidak terlepas dari kontribusi GE sebagai

produsen utama engine pesawat jet komersial. Mesin turbofan CFM56 adalah produk dari CFMI

(Commercial Fan Motor Internasional). CFM International adalah perusahaan yang berdiri pada

tahun 1974 dan dimiliki bersama oleh "General Electric" dari Amerika Serikat dan "Societe

Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation" dari Perancis. Kedua perusahaan

tersebut bertanggung jawab untuk memproduksi komponen dan memiliki jalur perakitan akhir

sendiri. GE memproduksi kompresor bertekanan tinggi atau high pressure compressor, ruang

bakar atau combustion chamber, dan turbin tekanan tinggi high pressure turbine. Snecma

memproduksi kipas atau fan, gearbox, knalpot atau exhaust dan turbin bertekanan rendah low

pressure turbine, serta beberapa komponen yang dibuat oleh Avio dari Italia. Kedua

perusahaan tersebut sama-sama merakit mesin CFM56, GE merakit di Evandale, Ohio,

sedangkan SNECMA merakit di Villaroche, Prancis. Setelah selesai, mesin dipasarkan oleh

CFMI. Nama CFM56 itu sendiri diperoleh dari kombinasi nama dua engine, yaitu GE CF6 dan

SNECMA’s M56.

Figure 1. Perusahaan yang menaungi CFMI

Sebelum masuk ke dalam inti dari pembahasan, adakalanya kita mengenal mesin

turbofan yang diterapkan pada engine CFM56 – 5A. Mesin turbofan adalah mesin turbojet,

komponennya sama dengan mesin turbojet tetapi yang membedakan adalah pada mesin

turbofan ditambahkan fan di bagian inlet-nya. Kelebihan mesin jenis ini adalah ke-efisiensian

dari segi tenaga yang dihasilkan. Hal tersebut dapat terjadi karena thrust atau gaya dorong

yang dihasilkan bukan hanya dari pembakaran tetapi juga dari udara bypass yang tidak masuk

ke dalam sistem pembakaran atau dapat disebut cold thrust. Pesawat yang memakai mesin ini

rata-rata adalah pesawat penumpang seperti Boeing 737, 747, A-320, dan masih banyak lagi.

Untuk pesawat tempur, mesin ini diterapkan pada pesawat Sukhoi Su-27, F-22 Raptor, dan F-

16. Akan tetapi, mesin turbofan pada pesawat tempur memiliki bypass ratio yang lebih kecil

daripada engine turbofan yang digunakan untuk pesawat penumpang. Adapun pabrik di mana

tempat diproduksinya mesin-mesin tersebut, diantaranya Roll Royce, General Electric, Lyulka

Saturn, dan CFM.

Setelah mengenal sejarah berdirinya perusahaan CFM56 dan pengertian dari mesin turbofan,

mari kita masuk ke dalam pembahasan mengenai engine operation atau pengoperasian mesin,

engine fuel system atau sistem bahan bakar pada mesin, engine control atau kendali mesin,

dan engine APU (Auxiliary Power Unit) atau mesin penambah daya.

Yuk, langsung aja masuk ke pembahasan pertama, yaitu:

1. Engine Operation

Saat engine beroperasi, udara yang masuk ke dalam engine melewati beberapa proses

yang didukung dengan adanya komponen-komponen. Berikut adalah beberapa komponen

yang terdapat pada engine CFM56 – 5A yang memakai sistem turbofan:

Figure 2. CFM56-5A

1.1 Spinner (Aerospike atau spike)

Spinner adalah bagian dari inlet mesin pesawat yang runcing ke depan. Spinner dibuat

bukan tanpa alasan dan tujuan, melainkan berfungsi sebagai pengubah kecepatan udara

saat terbang dengan kecepatan transonik (0.8 – 1.2 Mach). Hal ini dilakukan karena syarat

pembakaran di dalam combustion chamber atau ruang pembakaran harus bergerak dengan

kecepatan subsonik. Jika pesawat bergerak dengan kecepatan di atas 1 Mach, dibutuhkan

suatu alat yang berfungsi menurunkan kecepatan udara menjadi subsonik ketika masuk ke

dalam engine yang nantinya akan diubah menjadi energi mekanik sehingga dapat

menghasilkan gaya dorong atau thrust. Selain untuk menurunkan kecepatan udara yang

akan masuk ke dalam engine, spinner juga berfungsi untuk memecah partikel udara,

sehingga meminimalisir udara yang berwujud es masuk ke dalam engine. Sistem tersebut

dalam dunia penerbangan biasa disebut anti-icing.

Figure 3. Spinner, Fan, and Booster

1.2 Fan dan Low Pressure Compressor (Booster)

Fan dan booster adalah suatu komponen yang dikendalikan oleh turbin tekanan

rendah atau low pressure turbine dan berperan memberikan dua aliran udara terpisah, yaitu

aliran primer dan sekunder. Aliran udara primer adalah aliran udara yang mengalir melalui

bagian fan dan booster kemudian masuk ke dalam engine di mana udara akan dikompresi

untuk dimasukkan ke dalam kompresor tekanan tinggi atau high pressure compressor,

sedangkan aliran udara sekunder adalah aliran udara yang secara mekanis dikompresi oleh

fan ketika memasuki engine dan disalurkan ke bagian luar mesin inti. Pada engine CFM56-

5A ini terdapat 1 stage fan dan 3 stage booster. Stage adalah sebutan untuk jumlah

susunan blade kompresor aksial. Kompresor aksial disusun semakin ke belakang semakin

kecil dengan diameter duct yang juga semakin kecil. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan

tekanan udara karena pengecilan diameter mesin. Secara persentase, distribusi gaya

dorong atau thrust yang dihasilkan dari aliran udara sekunder lebih besar dibandingkan

aliran udara primer, yaitu 75 – 85 %. Pada mesin CFM56-5A ini, memiliki by-pass ratio 6 : 1.

1.3 High Pressure Compressor

Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida,

yaitu gas atau udara. Pada engine pesawat terbang, kompresor digunakan untuk

meningkatkan tekanan udara yang akan dibakar di dalam combustion chamber. Tujuan

peningkatan tekanan adalah untuk meningkatkan efisiensi pembakaran, sebab pada saat

pesawat udara beroperasi yaitu terbang di ketinggian (pada mesin turbofan ketinggian

maksimum yang dapat dicapai sekitar 35.000 ft) maka temperatur udaranya sangat rendah

sehingga sangat sulit untuk dilakukan pembakaran. Pada engine CFM56-5A ini

menggunakan kompresor dengan tipe aksial, yang berarti kompresor tersebut menekan

udara searah atau sejajar dengan garis sumbu mesin atau kearah horizontal menggunakan

blade. Keuntungan kompresor dengan tipe aksial adalah massa dari blade cukup ringan dan

massa udara yang dikompresi sangat besar. Akan tetapi, kelemahan pada kompresor ini

adalah jika blade lepas, maka mesin bisa meledak dan jika blade yang terlepas tersedot ke

belakang, maka akan merusak komponen lain di belakangnya. Pada engine CFM56-5A ini

menggunakan kompresor bertekanan tinggi atau high pressure compressor dengan 9 stage.

Selain itu, engine ini menggunakan sistem two-spool, yang berarti dua rotor beroperasi

secara independen antara satu sama lain atau dapat dikatakan penghubung antara low

pressure compressor dengan low pressure turbine serta high pressure compressor dengan

high pressure turbine. Spool adalah ukuran untuk menyebut jenis susunan kompresor dan

turbin.

Figure 4. High Pressure Compressor

1.4 Combustion Chamber

Combustion chamber atau ruang pembakaran merupakan sebuah komponen dari

turbin gas di mana pembakaran terjadi. Dalam mesin turbin, ruang bakar atau combustion

chamber diumpankan suatu udara bertekanan tinggi oleh sistem kompresi atau kompresor.

Combustion chamber kemudian memanaskan udara pada tekanan konstan. Setelah

pemanasan, udara melewati ruang bakar melalui bantuan baling-baling nozzle menuju ke

turbin. Ruang pembakaran dibuat secara struktural terletak diantara kompresor tekanan

tinggi atau high pressure compressor dan turbin tekanan rendah atau low pressure turbine.

Hal ini bertujuan untuk memberikan interface secara struktural dan mentransmisikan beban

mesin secara aksial, dan memberikan jalur aliran gas antara kompresor dan low pressure

turbine.

Cara kerja combustion chamber, yaitu udara yang masuk akan diberi ignition sampai

suhu atau temperaturnya tinggi dan barulah disemprot oleh fuel. Biasanya dalam satu

engine hanya terdapat dua buah ignitor yang bertujuan untuk membantu pembakaran pada

jenis can dan can-annular. Pada engine CFM56-5A ini memiliki 20 fuel nozzles dan 2 ignitor

plugs. Setelah proses ignition, pembakaran akan menyebar di daerah ruang pembakaran di

mana campuran bahan bakar dan udara secara sempurna dapat terbakar. Hanya sekitar

sepertiga sampai setengah dari jumlah udara yang diperbolehkan masuk ke dalam ruang

pembakaran. Dari jumlah tersebut, hanya sekitar seperempat yang digunakan dalam proses

pembakaran. Gas hasil pembakaran bertemperatur sekitar 3500 ˚F (1900 ˚C). Sebelum

memasuki turbin, gas hasil pembakaran harus didinginkan sampai separuh dari temperatur

tersebut. Jadi, fungsi ruang pembakaran adalah tempat mencampur udara dan bahan bakar

dengan diberi percikan api oleh ignitor sehingga menghasilkan ekspansi gas panas yang

akan diumpan ke turbin.

Figure 5. Combustion Case and High Pressure Turbine

1.5 Turbine

Gas turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk

memutar turbin dengan pembakaran internal. Di dalam gas turbine engine, energi kinetik

dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin

sehingga menghasilkan daya. Sistem gas turbine yang paling sederhana terdiri dari tiga

komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas. Pada engine CFM56-5A ini

menggunakan 1 stage high pressure turbine dan 4 stage low pressure turbine. Pada low

pressure turbine, disusun semakin ke belakang semakin besar dengan diameter duct yang

juga semakin besar. Hal ini bertujuan untuk mengurangi tekanan udara setelah melewati

combustion chamber dan high pressure turbine diameter engine.

Udara yang diterima turbin dari hasil pembakaran dialirkan melalui suatu nozzle yang

berfungsi untuk mengarahkan aliran udara tersebut ke sudut-sudut turbin. Proses di dalam

turbin akan menghasilkan daya yang berguna untuk memutar kompresor dan memberikan

gaya dorong pada mesin. Setelah melewati turbin, udara tersebut akan dibuang keluar

melalui saluran buang atau exhaust. Pesawat terbang A320-200 menggunakan mesin

CFM56-5A di mana memiliki sistem kerja turbin yang biasanya disebut turbin poros ganda

atau double shaft. Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari high dan low

pressure turbine. Selain itu, turbin memiliki bagian yang disebut turbine section yang

berfungsi untuk mengkonversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan

sebagai penggerak kompresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang

dihasilkan kira-kira 60% digunakan untuk memutar kompresornya, dan sisanya digunakan

untuk kerja yang dibutuhkan.

Jadi, ketika berada di dalam turbin, udara dari ruang pembakaran dalam bentuk

ekspansi gas panas akan dikonversikan menjadi energi dorong. Selain itu, energi dorong

yang dihasilkan ini akan memutar turbin bertekanan tinggi atau high pressure turbine yang

terhubung langsung dengan kompresor tekanan tinggi atau high pressure compressor

sehingga kompresor bertekanan tinggi tersebut dapat berputar. Energi dorong tersebut juga

menggerakkan turbin bertekanan rendah atau low pressure turbine yang terhubung

langsung dengan kompresor tekanan rendah atau low pressure compressor, dan sisanya

merupakan gaya dorong untuk pesawat.

Figure 6. Low Pressure Turbine

1.6 Exhaust

Exhaust adalah tempat pembuangan udara dari seluruh proses yang telah dialami di

dalam engine. Exhaust menerima udara yang telah dikonversi menjadi energi mekanik oleh

turbin. Energi inilah yang menjadi daya bagi engine untuk menggerakkan pesawat. Gaya

dorong yang dihasilkan oleh pembakaran sebenarnya hanya 15% - 25%. Gaya dorong

pesawat yang terbesar justru pada fan atau low pressure compressor, yaitu sebesar 75% -

85%. Pada engine, terdapat beberapa hazard area atau area berbahaya dari engine

tersebut dapat menimbulkan hal-hal yang tidak diinginkan, seperti terhisap, terdorong

bahkan tersengat arus listrik yang dikarenakan beroperasinya engine. Keselamatan adalah

hal yang paling penting dalam pengoperasian mesin, terutama pesawat terbang yang

memiliki efek sangat besar karena menghasilkan gaya dorong atau thrust yang sangat kuat.

Berikut keadaan dan jarak aman ketika mesin pesawat sedang hidup dalam beberapa

keadaan:

1.6.1 Area berbahaya dari knalpot saat daya belum menggerakkan pesawat (idle

power)

Saat tidak sedang berjalan, hazard area hisapan dari inlet dimulai sekitar 5 kaki

atau 1.5 meter memanjang dari bagian bibir dan meluas ke jarak sekitar 15 kaki atau 4.6

meter ke depan. Daerah paling bahaya dari knalpot atau exhaust nozzle meluas ke

belakang untuk jarak sekitar 250 kaki atau 76.2 meter dan menyebar secara horisontal

sejauh 180 kaki atau 55 meter.

Figure 7. Idle Power Positions

1.6.2 Area berbahaya dari knalpot saat pesawat akan lepas landas (take off)

Saat pesawat akan lepas landas, hazard area atau area bahaya hisapan inlet

dimulai sekitar 5.2 kaki atau 1.6 meter memanjang dari bibir inlet dan meluas ke jarak

sekitar 32.8 kaki atau 10 meter ke depan. Daerah paling dari bahaya dari knalpot /

nozzle) meluas ke belakang untuk jarak sekitar 900 kaki atau 275 meter dan menyebar

secara horisontal sejauh 724 kaki atau 220.7 meter.

Setelah menjelaskan setiap komponen dari engine CFM56-5A, dapat kita simpulkan

bahwa udara yang masuk ke dalam engine awalnya akan bertemu spinner sebagaimana

fungsinya untuk mengurangi kecepatan udara menjadi subsonik (0.3 - 0.8 Mach) ketika

pesawat memiliki kecepatan transonik. Setelah melewati spinner, udara akan melewati 1

stage fan dan 3 stage booster low pressure compressor yang berfungsi mengarahkan atau

membagi dan mendorong udara sehingga menghasilkan dua aliran terpisah, yaitu aliran

udara primer (masuk ke dalam engine inti) dan sekunder (masuk ke luar engine inti).

Kemudian, udara primer akan mengalami proses kompresi yang didukung oleh komponen

kompresor untuk meningkatkan tekanan udara. Pada proses ini, udara akan melewati 9 stage

high pressure compressor. Setelah udara mengalami peningkatan tekanan, akan masuk ke

dalam combustion chamber untuk proses pembakaran yang akan menghasilkan ekspansi

panas. Di dalam combustion chamber, awalnya udara akan diberi ignition untuk meningkatkan

suhu atau temperatur dengan tujuan mempermudah proses pembakaran sehingga

meningkatkan efesiensi bahan bakar. Setelah memiliki suhu tinggi, kemudian udara

disemprotkan dengan fuel sehingga menghasilkan ekspansi gas panas. After that, udara

diumpan menuju turbin untuk mengubah udara dalam bentuk ekspansi gas panas menjadi

energi dorong dan menggerakkan kompresor yang terhubung dengan turbin melalui shaft. Di

dalam turbin, terjadi 1 stage high pressure turbine dan 4 stage low pressure turbine. Setelah

menjadi energi dorong, udara akan diumpan menuju exhaust yang berperan sebagai area

pembuangan udara untuk diaplikasikan sebagai gaya dorong atau thrust dari pesawat

terbang.