Pengertian Komponen Utama Mesin Jet dan Fungsinya

Mesin jet menggunakan udara dan bahan bakar untuk menghasilkan tenaga untuk memberikan daya dorong keluar dari knalpot atau menggerakkan poros yang terhubung ke baling-baling atau bilah rotor. Mesin jet terdiri dari bagian dingin dan panas. Bagian dingin meliputi saluran masuk, saluran bypass, kompresor, diffuser, dan poros penggerak. Bagian panas terdiri dari ruang bakar, turbin, nozzle, afterburner, dan knalpot. Mesin jet bekerja dengan cara menarik udara dingin, mengompresnya, mencampurkannya dengan bahan bakar, membakarnya, dan kemudian mengeluarkannya keluar dari knalpot. Artikel ini akan membahas lebih lanjut komponen utama mesin jet.

Apa Saja Bagian Bagian Panas Mesin Jet?

Bagian panas dari mesin jet dimulai dari ruang bakar, yang juga dikenal sebagai generator gas. Di sinilah gas panas tercipta dan bergerak ke belakang melalui bilah turbin, nosel supersonik, afterburner, dan akhirnya melalui knalpot. Bagian panas disebut demikian karena berisi gas panas yang dihasilkan di ruang bakar. Gas dalam gas buang berkisar antara 550–850 °C, atau hingga 1.500 °C dengan afterburner.

1. Pembakar

Ruang bakar merupakan tempat pencampuran dan penyalaan udara dan bahan bakar. Ruang pembakaran harus memperlambat aliran udara sekitar 80–500 kaki/detik dan menciptakan zona mati di tengah tempat nyala api menyala. Bahan bakar diputar di sekitar ruangan untuk memastikan campuran yang tepat dengan udara. Temperatur gas yang dikeluarkan dari ruang bakar berada pada kisaran 1.800–2.000 °C. Untuk mencegah ruangan meleleh, ada dua hal yang diperlukan. Pertama, sebagian udara dari aliran udara pra-pembakaran dimasukkan sebagai lapisan batas antara gas panas dan ruangan. Kedua, ruang bakar terbuat dari paduan titanium yang dilapisi lapisan keramik. Lapisan keramik yang sangat tipis ini mengurangi suhu material hingga sekitar 300 °C. Ruang bakar titanium dicetak dan kemudian dilas bersama sebelum dilapisi keramik.

2. Turbin

Gas panas kemudian meninggalkan ruang bakar dan mengembang dengan kecepatan tinggi. Pemuaian gas sebagian diserap oleh sudu-sudu turbin untuk memutarnya. Bilah turbin dihubungkan melalui poros penggerak ke bilah kompresor untuk menarik udara baru. Bilah turbin dibuat dari kristal paduan berbasis nikel tunggal untuk mencegah perambatan antar lapisan batas logam. Bilah turbin juga dilapisi lapisan keramik agar tidak meleleh. Selain lapisan, bilahnya memiliki saluran udara internal yang memungkinkan udara dingin keluar dari lubang di permukaan untuk menciptakan lapisan batas udara sejuk di atas bilah.

3. Nosel Supersonik

Pada sebagian besar mesin jet, nosel buang berbentuk saluran konvergen. Ini mempercepat aliran gas ke kecepatan supersonik untuk dimasukkan ke kecepatan aliran bebas di luar mesin. 

4. Pembakar setelahnya

Afterburner hanyalah sistem injeksi bahan bakar yang menambahkan bahan bakar ekstra ke gas panas pasca pembakaran untuk menambah tenaga ekstra pada mesin dalam waktu singkat. Untuk mesin jet dengan afterburner, biasanya terdapat dinding ganda dengan celah udara di antaranya. Gas panas yang ada bercampur dengan aliran udara dingin dari bagian depan mesin melalui ruang yang disebut dinding bagian dalam mesin. Hal ini juga mencegah perpindahan panas ke struktur pesawat. 

5. Knalpot

Gas buang yang keluar dari saluran pembuangan berada pada kisaran 550–850 °C. Untuk menahan kondisi tersebut, knalpot dibuat dari paduan nikel atau paduan titanium. Salah satu paduan nikel yang umum digunakan adalah Inconel®. 

Apa Saja Bagian Bagian Dingin Mesin Jet?

Di dalam bagian dingin mesin jet terdapat saluran masuk udara, kompresor, saluran bypass, poros penghubung kompresor dan bilah turbin, serta bagian diffuser. Bagian mesin yang dingin sebenarnya bisa menjadi cukup panas akibat gesekan dan kompresi udara yang dialaminya.  Namun bagian dinginnya lebih dingin dibandingkan dengan bagian panas mesin yaitu ruang bakar hingga knalpot.

1. Asupan Udara

Asupan udara tampak sederhana namun sebenarnya cukup rumit. Geometri saluran masuk udara bisa konvergen atau divergen. Asupan konvergen digunakan untuk mempercepat udara hingga sekitar 0,5 Mach untuk mesin yang memiliki kecepatan di bawah 0,5 Mach. Saluran divergen digunakan untuk memperlambat kecepatan udara hingga 0,5 Mach untuk mesin yang beroperasi pada kecepatan di atas 0,5 Mach. Saluran masuk udara juga dilengkapi sistem pemanas untuk mencegah penumpukan es yang menimbulkan aliran turbulen ke dalam mesin dan dapat mematikan mesin jika jatuh dalam bongkahan besar. 

2. Poros

Poros turbin gas menyalurkan tenaga dari cakram turbin di bagian belakang mesin ke bilah kompresor di bagian depan agar kompresor dapat menarik udara. Jumlah poros tergantung pada spool mesin. Mesin spool tunggal mempunyai satu piringan kompresor, satu piringan turbin, dan satu poros. Kumparan kembar memiliki dua cakram dan poros kompresor dan turbin yang bergerak secara independen satu sama lain. Poros mesin jet terbuat dari baja yang diberi perlakuan panas karena harus tahan terhadap suhu dan torsi ekstrem. Poros biasanya dikerjakan dari potongan baja besar dengan menggunakan mesin pemutar. 

3. Kompresor

Kompresor digunakan untuk memampatkan aliran udara yang masuk dengan meningkatkan energi kinetik udara. Diffuser kemudian memperlambat udara dan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial (tekanan) yang meningkatkan efisiensi mesin. Kompresor dapat berupa impeler aliran radial yang mempercepat aliran keluar menuju diffuser. Atau kompresornya bisa berupa kompresor aliran aksial yang mempercepat aliran udara ke belakang menuju diffuser. Kedua bilah secara tradisional terbuat dari titanium, aluminium, atau baja. Titanium sering kali disukai karena bobotnya yang ringan serta ketahanan terhadap korosi dan mulur. Bilah serat karbon juga digunakan, terutama pada mesin GEnx. Bilah kompresor logam dicetak dengan logam cair, didinginkan, dan kemudian dikerjakan hingga bentuk akhirnya. 

4. Lewati Saluran

Saluran bypass memungkinkan udara yang dikompresi oleh kipas bypass mengalir ke sekeliling bagian luar inti mesin dan digunakan sebagai daya dorong atau dimasukkan kembali ke mesin untuk fungsi pendinginan. Saluran bypass merupakan bagian besar dari mesin, sehingga biasanya terbuat dari aluminium atau serat karbon untuk mengurangi bobotnya. Aluminium digunakan untuk membuat panel yang dipasang untuk membuat saluran. Saluran serat karbon dibuat dengan meletakkan serat karbon ke dalam cetakan dan mengawetkannya dengan resin. Setelah sembuh, panel serat karbon dapat dipasang ke mesin untuk membuat saluran. 

5. Bagian Defuser

Bagian diffuser digunakan untuk mengubah energi kinetik udara yang dihasilkan oleh bilah kompresor menjadi energi potensial (tekanan) untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Diffuser biasanya berupa baling-baling stator yang pada dasarnya merupakan bilah kompresor statis yang digunakan untuk memperlambat aliran udara di dalam mesin. Baling-baling stator diproduksi dari baja atau paduan berbahan dasar nikel seperti Inconel®. 

Apa Itu Mesin Jet?

Mesin jet adalah mesin yang dibangun dari saluran masuk udara, kompresor, diffuser, ruang bakar, turbin, dan saluran pembuangan. Mesin jet akan memberikan daya dorong keluar dari knalpot atau menggerakkan cakram turbin yang menggerakkan baling-baling atau rotor utama helikopter. Mesin jet bekerja dalam siklus yang berkesinambungan di mana setiap saat aliran udara ditarik masuk, dikompresi, dibakar, dan dikeluarkan. 

Mesin jet adalah mesin besar dan kompleks yang dirakit menjadi beberapa bagian. Setelah desain mesin disetujui, komponen-komponennya perlu diproduksi. Beberapa di antaranya akan dibuat sendiri, namun banyak pula yang akan didatangkan dari perusahaan lain dan kemudian dirakit. Misalnya saja Rolls-Royce Trent yang dibuat dalam delapan modul. Komponen utama seperti ruang bakar dan kompresor dibuat secara terpisah dan kemudian digabungkan pada produksi akhir. Setelah perakitan bagian-bagian utama, aksesoris seperti kabel dan hidrolik ditambahkan. Tahap akhir pembuatan adalah pengujian, di mana mesin dijalankan di tempat pengujian untuk memastikan memenuhi spesifikasi kinerja operasional. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Apa itu Pengecoran Aluminium?

Bagaimana Cara Kerja Mesin Jet?

Mesin jet bekerja dengan menarik udara dari saluran masuk dan mengompresinya. Kompresi dicapai dengan mempercepat dan memperlambat udara secara cepat untuk menciptakan energi kinetik dan mengubahnya menjadi energi tekanan. Udara terkompresi kemudian dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Campuran yang menyala kemudian mengembang dengan cepat. Gas yang mengembang menghasilkan dua hal, pertama menggerakkan turbin yang menggerakkan kompresor untuk menarik lebih banyak udara. Kedua, ia mendorong pesawat dengan cara keluar secara cepat melalui knalpot atau dengan menggerakkan serangkaian turbin berbeda yang menggerakkan baling-baling atau kepala rotor utama helikopter. 

Bagaimana Mesin Jet Diproduksi?

Mesin jet adalah mesin besar dan kompleks yang dirakit menjadi beberapa bagian. Setelah desain mesin disetujui, komponen-komponennya perlu diproduksi. Beberapa di antaranya akan dibuat sendiri, namun banyak pula yang akan didatangkan dari perusahaan lain dan kemudian dirakit. Misalnya saja Rolls-Royce Trent yang dibuat dalam delapan modul. Komponen utama seperti ruang bakar dan kompresor dibuat secara terpisah dan kemudian digabungkan pada produksi akhir. Setelah perakitan bagian-bagian utama, aksesoris seperti kabel dan hidrolik ditambahkan. Tahap akhir pembuatan adalah pengujian, di mana mesin dijalankan di tempat pengujian untuk memastikan memenuhi spesifikasi kinerja operasional.

Apa Komposisi Material Mesin Jet?

Mesin jet terbuat dari banyak material canggih, kuat, dan juga ringan karena beban dan lingkungan ekstrem yang dialaminya. Dibutuhkan tenaga yang sangat besar untuk terbang, jadi menjaga bobot tetap minimum sambil memaksimalkan tenaga adalah tujuan utama produsen mesin jet. Sebagian besar bahannya adalah paduan logam yang meliputi:

1. Paduan berbahan dasar nikel 
2. Paduan berbahan dasar kobalt 
3. Paduan titanium

Mesin juga menggunakan bahan non-logam seperti:

1. Silikon Karbida 
2. Serat Karbon

Pembuatan mesin jet sangatlah sulit karena kondisi pengoperasian yang ekstrem serta persyaratan keselamatan yang harus dipatuhi oleh mesin. Mesin jet terkena beban termal, mekanis, dan aerodinamis yang ekstrem. Mereka juga harus memiliki tingkat kegagalan yang sangat rendah demi alasan keamanan. Gabungan kedua faktor inilah yang membuat pembuatan mesin jet begitu sulit. 

Selain itu, beberapa bagian mesin jet dicetak 3D. Meskipun mencetak suku cadang mesin merupakan tantangan karena sifat mekanik yang diperlukan, produksi beberapa suku cadang kini mencakup metode ini. GE9X General Electric memiliki bilah turbin cetak 3D yang menggunakan bahan TiAl yang terlalu rapuh untuk digunakan menggunakan teknik manufaktur lainnya. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Pencetakan 3D di Industri Dirgantara.

Bagaimana Pengendalian Mutu Pembuatan Komponen Mesin Jet?

Banyak pabrikan yang mematuhi AS9100 yang merupakan mitra penerbangan dari Sistem Manajemen Mutu (QMS) ISO 9001. AS9100 adalah standar yang diakui secara internasional yang menetapkan persyaratan untuk manajemen mutu yang efektif. Persyaratannya mencakup penerapan sistem kerja dan penggunaan dokumentasi yang benar untuk memastikan semua bagian memiliki kualitas yang tepat dan dapat dilacak.