Mesin pesawat telah melakukan evolusi yang sangat panjang. Dari mesin sederhana yang diciptakan sekitar tahun 1912 hingga mesin dengan kemampuan dahsyat di era sekarang. Dan inilah jalur evolusi mesin pesawat
Rotary Radial Engines
Pembuat mesin awal mengembangkan metode untuk menyediakan pendingin udara yang memadai dengan merancang konfigurasi di mana poros engkol tetap menyatu di badan pesawat ketika seluruh crankcase dan silinder diputar.
Konsep ini dirintis oleh para insinyur otomotif Prancis Louis dan Laurent Seguin, yang mendirikan “Société des Moteurs Gnome” di Gennevilliers, dekat Paris, pada tahun 1905. Setelah merger dengan “Société des Moteurs Le Rhône” pada tahun 1912, mesin “Gnome et Rhône ” terbang ke mana-mana selama Perang Dunia I, baik digunakan pesawat Sekutu atau Jerman.
Variable-Pitch Propellers
Kemampuan untuk mengubah pitch propeller blade dalam penerbangan memungkinkan kinerja yang lebih baik dalam memanjat dan efisiensi mesin yang lebih besar. Hamilton Standard mengembangkan sistem praktis pertama untuk mengubah sudut blade dalam penerbangan dan diperkenalkan ke layanan komersial pada Douglas DC-1 pada tahun 1933.
Pengembangan lebih lanjut menggabungkan electrically dan hydraulically-actuated variable-pitch systems serta perkembangan akhir constant-speed controllable pitch propeller di mana governor akan secara otomatis menyesuaikan dengan peningkatan kecepatan. Komponen kunci dari sistem ini adalah:
1) Governor 2) Blade Plug 3) Auxiliary Oil Connection 4) Governor Drive 5) Spider Arm 6) Governor Oil Line 7) Blade-to-Barrel Oil Seal 8) Cam Shaft 9) Cam Rollers 10) Thrust Bearing Assembly 11) Dome Plug 12) Dome Shell 13) Piston 14) Distributor Valve 15) Cam Bearing 16) Stationary Cam 17) Rotating Cam 18) Blade Gear Segment 19) Front Barrel Half 20) Rear Barrel Half 21) Propeller Reduction Gear 22) Engine Nose Section.
Turbosuperchargers
Menjelang akhir Perang Dunia I ilmuwan mesin menemukan bahwa kekuatan mesin piston pada sea level dapat secara signifikan didorong oleh pra-mengompresi udara sebelum itu tertelan ke dalam mesin, biasanya dengan kompresor sentrifugal. Sistem ini juga memunculkan kompensasi untuk efek penurunan densitas udara dengan ketinggian, sehingga mencegah tingkat daya menurun saat pesawat naik. Mesin pertama Liberty yang dilengkapi dengan turbosupercharger dasar, mirip dengan yang diuji pada tahun 1918 oleh tim General Electric yang dipimpin oleh Sanford Moss.
Liquid-Cooled Powerplants
Untuk drag lebih rendah dan kecepatan yang lebih tinggi, beberapa mesin piston yang dikonfigurasi dengan silinder diatur berurutan, bukan radial. Pendinginan oleh udara menjadi sebuah tantangan sehingga desainer memilih menggunakan sistem liquid-cooling.
Pengembangan mesin piston liquid-cooled mencapai puncaknya pada tahun 1940 ketika powerplants seperti ini Rolls-Royce Merlin diproduksi dan ribuan digunakan untuk mesin pesawat tempur, pengebom dan pesawat angkut selama Perang Dunia II.
NEXT
Ultimate Pistons
Kekuatan piston akhirnya mencapai puncak pada mesin seperti Pratt & Whitney’s 2,800-hp R-2800 Double Wasp dan 3,500-hp R-4360 Wasp Major. Curtiss-Wright mengembangkan mesin 18-silinder 2.200-hp R-3350 Duplex Cyclone dan 3,700-hp Turbo-Compound variant dengan tiga GE turbochargers.
Mesin terakhir dan paling canggih dari piston adalah Douglas DC-7C dan Lockheed Constellation super-Wright Turbo-Compound yang mengalami peningkatan 280 kali lipat dalam hal power dibanding mesin empat silinder pertama Wright.
Twin-Spool turbojet
Pasca-Perang Dunia II, Pratt & Whitney mengembangkan turbojet twin spool atau dua poros pertama di mana dua set kompresor dan turbin bisa dipasang konsentris di mesin yang sama. J57 yang dihasilkan menjadi standar emas untuk era ini yang digunakan pada pesawat militer AS dari B-52 Boeing dan KC-135 untuk McDonnell F-101, Convair F-102 dan berbagai pesawat angkatan laut, termasuk Douglas F4D dan F5D.
Mesin J57 juga memungkinkan North America YF-100 menjadi pesawat tempur pertama yang mampu mencapai penerbangan supersonik secara berkelanjutn pada tahun 1953. Sebuah turunan komersial, JT3, juga disediakan Pratt untuk pasar pesawat komersial yang digunakan untuk generasi pertama Boeing 707 dan keluarga Douglas DC-8.
Sebuah mesin Inggris, Olympus Bristol (kemudian Rolls-Royce) juga dikonfigurasi menjadi desain dua-poros pada awal tahun 1950 dan digunakan untuk mendukung bomber Vulcan dan transportasi supersonik Anglo-Perancis Concorde.
Turbofan
Upaya untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar dan daya dorong yang lebih tinggi pada tahun 1950 membuat produsen mempelajari bentuk baru dari mesin dengan membagi aliran menjadi bypass stream dan core stream. Rolls-Royce Conway adalah mesin a bypass stream pertama yang memasuki layanan dengan Boeing 707 pada tahun 1960, tapi Pratt & Whitney JT3D (foto) adalah yang paling sukses.
General Electric menghasilkan CJ805-23B, mesin turbofan pertama AS dengan menambahkan tahap fan ke bagian belakang dari turunan dari mesin J79 militer, tapi ini hanya menikmati keberhasilan yang terbatas yakni hanya diinstal pada Convair 990.
Variable Stators
Mesin jet awal rentan terhadap kompresor kios dan masalah operasional lainnya pada kecepatan rendah, terutama saat akselerasi. Sebuah solusi baru, dirancang oleh insinyur GE Gerhard Neumann (kiri, dengan co-desainer Neil Burgess) pada turbojet J79 pada tahun 1954.
J79 adalah sebuah sistem otomatis yang mengubah sudut inlet bergerak sesuai baling-baling dan stator kompresor pada kecepatan mesin naik. Terobosan membuat penerbangan memungkinkan mencapai Mach 2 dan meletakkan dasar untuk high-bypass turbofans.
Lebih dari 17.000 J79 dibangun selama rentang 30 tahun untuk digunakan di berbagai pesawat tempur mulai dari Lockheed F-104 Starfighter dan F-4 Phantom hingga Convair B-58 Hustler dan Kfir Israel Aerospace Industries.
NEXT
Turboprop dan turboshafts
Turboprop memanfaatkan energi dari aliran gas buang turbin gas dan mengubahnya menjadi shaft power dengan gearbox terpasang langsung ke kompresor, atau dengan
free turbine driving co-axial shaft ke reduction gearbox. Mesin turboshaft mirip dengan turboprop tapi memberikan kekuatan untuk unit transmisi terhubung ke rotor, bukan ke baling-baling. Keberhasilan turboprop yang terkenal termasuk mesin Rolls-Royce Dart.
General Electric telah berhasil memvalidasi kemampuan suhu dan daya tahan bilah turbin tekanan yang terbuat dari bahan ringan ceramic matrix composites (CMC) dalam mesin turbofan F414 (terlihat di kuning), membuka pintu ke arah penggunaan yang lebih besar dari bahan canggih di mesin tempur masa depan untuk pesawat tempur generasi keenam dan aplikasi lainnya.
High-Bypass Geared Turbofan
Pratt & Whitney telah mengembangkan keluarga geared turbofans yang menghubungkan turbin tekanan rendah dan kipas melalui gear system. Konsep, yang sebelumnya berhasil dicoba pada mesin dengan daya dorong lebih rendah seperti Honeywell TFE731 dan keluarga LF502, memungkinkan mesin menjadi lebih efisien dengan memungkinkan untuk berjalan lebih lambat dan kompresor tekanan rendah dan turbin berjalan lebih cepat. PW1000G geared fan (atas) saat ini mencakup tiga anggota utama dan lima aplikasi, namun diharapkan jumlahnya akan terus meningkat dengan variasi daya dorong. Rolls-Royce juga berencana untuk mengadopsi konsep untuk mesin UltraFan high-thrust di masa depan.
Advanced Cycles and Concepts
NASA sedang mempelajari pesawat bertenaga turboelectric hybrid. Badan ini mengantisipasi bahwa motor listrik kelas megawatt akan siap dalam waktu 10 tahun untuk daya pesawat 50 kursi turboelectric dan dalam 20 tahun lagi sebuah pesawat regional 100 penumpang bisa menggunakan mesin ini.
Sumber: Aviation Week