Abstraksi.
Aerodinamika untuk mobil menjadi aspek yang sangat diperhatikan dalam desain bodi mobil, sehingga mobil yang dihasilkan dapat mengoptimalkan engine power untuk menjadi daya dorong dan traksi mobil, hemat bahan bakar dan terjaminnya stabilitas mobil. Semakin cepat jalannya mobil, secara umum akan meningkatkan gaya aerodinamika yang terjadi pada mobil meliputi gaya hambat (drag force) aerodinamik, gaya angkat (lift force) aerodinamik dan gaya samping (side force) aerodinamik. Melalui pengujian langsung model atau mobil aslinya pada terowongan angin (wind tunnel) akan diperoleh nilai gaya aerodinamika tersebut (FD,FL, FL), kecepatan angin (VA) dan sudut arah angin (βA). Selanjutnya dari nilai besaran yang telah didapatkan dari terowongan angin tersebut dapat dihitung besaran Coeffisien of Drag (CD), Coeffisien of Lift (CL) dan Coeffisien of Side (CS). Bagian depan mobil merupakan bagian bodi mobil yang sangat menentukan besarnya gaya hambat (drag force), demikian juga bagian atap mobil dapat diperbaiki aerodinamikanya dengan mendesain atap berbentuk konvex agar memudahkan aliran udara mengalir ke belakang. Stabilitas mobil juga sangat ditentukan oleh gaya yang terjadi pada bagian belakang mobil, maka dibuat lebih lancip bahkan dipasang spoiler juga dipasang sayap (wing), sehingga semaikn cepat mobil gaya angkat yang timbul dan pusaran atau turbulensi (vortek) dapat dieliminir. Reduksi drag pada bagian samping mobil dapat dilakukan dengan mendesain kelengkungan bagian samping (convexity). Bagian bawah mobil juga akan meningkatkan nilai drag pada mobil. Reduksi drag dapat dilakukan dengan cara mempersempit dan memperhalus bagian bawah mobil.
Kata kunci : aerodinamika, gaya hambat, gaya angkat, gaya samping dan bodi mobil.
A. Pendahuluan
Aerodinamika biasanya dikaitkan dengan teknologi pesawat terbang. Bentuk bodi pesawat terbang modern yang streamline, landai, halus dan tidak ada penampang yang frontal serta dengan bentuk sayap pesawat airfoil yang
landai adalah penerapan ilmu aerodinamika pada pesawat. Untuk dapat
terbang maka pesawat harus dijalankan dengan kencang di landasan
beberapa ratus meter dan baru dapat mengangkasa. Dengan semakin cepatnya
pesawat di landasan, maka gaya angkat (lift force) yang
ditimbulkan oleh udara yang diterjang bodi pesawat akan semakin tinggi,
maka bodi pesawat semakin terangkat ke udara dan dengan ditunjang oleh
gaya dorong pesawat, maka pesawat akan mampu mengudara sampai puluhan
kilometer dengan daya jelajah puluhan ribu kilometer. Sebaliknya supaya
pesawat dapat turun lagi ke landasan, maka selain mengurangi gaya dorong
pesawat juga mengurangi gaya angkat (lift force) yang terjadi dengan cara merubah posisi sebagian komponen sayap.
Bagaimana penerapan ilmu aerodinamika untuk mobil?
Sebenarnya
penerapan ilmu aerodinamika untuk mobil sudah berlangsung lama,
khususnya pada mobil balap yang berkecepatan tinggi, seperti mobil balap
formula
1 (F 1) yang memiliki kecepatan sampai sekitar 300 km/jam. Dengan
bentuk bodi mobil balap mirip dengan bodi pesawat, dengan bentuk bodi
yang streamline dan landai maka gaya hambat udara diminimalisir,
sehingga traksi mobil tidak banyak terkurangi gaya hambat udara dan juga
pemakaian bahan bakar menjadi lebih irit. Selain itu, dengan bentukbodi
yang aerodinamis, gaya samping dan momen yang terjadi pada mobil
terkendali lebih baik, sehingga stabilitas mobil tetap baik dan aman
saat mobil berkecepatan tinggi seperti pada perubahan kecepatan,
pengereman, jalan belok, jalan naik-turun dan berbagai manuver lainnya.
Yang membedakan dengan pesawat, kecepatan mobil semakin cepat maka gaya
angkat yang terjadi pada bodi mobil harus diminimalisir sehingga ban
selalu menapak kuat pada jalan. Jika beberapa milimeter saja ban mobil
terangkat dari jalan, maka perilaku mobil tidak dapat dikendalikan,
khususnya rem dan kemudi tidak dapat mengendalikan mobil, sangat
berbahaya dan dapat terjadi kecelakaan.
A. Gaya Aerodinamika Pada Mobil
Gaya aerodinamika yang terjadi pada mobil secara umum terdapat tiga, yaitu : gaya hambat (drag force) aerodinamik [FD], gaya angkat (lift force) aerodinamik [FL] dan gaya samping (side force) aerodinamik [FS]. Gaya gaya tersebut bekerja pada titik yang disebut dengan "Center of Pressure" (Cp). Besarnya gaya yang terjadi tersebut (FD,FL, FL), kecepatan angin (VA) dan sudut arah angin (βA) diperoleh melalui pengujian langsung model atau mobil aslinya pada terowongan angin (wind tunnel). Nilai besaran yang telah didapatkan dari terowongan angin selanjutnya dihitung untuk menghasilkan Coeffisien of Drag (CD), Coeffisien of Lift (CL) dan Coeffisien of Side (CS).
1. Gaya Hambat (Drag force) Aerodinamik
Gaya hambat adalah gaya udara yang berlawanan arah dengan arah gerak maju mobil, sehingga menghambat traksi mobil. Secara umum gaya hambat (drag force) dikenal melalui angka Coeffisien of Drag (CD) Nilai CD semakin kecil maka aerodinamika bodi mobil semakin baik, karena gaya hambat yang timbul semakin rendah.
Tabel Coefisien of Drag (CD) secara umum untuk beberapa jenis mobil
|
No
|
Jenis Mobil
|
Koefisien Hambat (CD)
|
|
1
|
Mobil penumpang
|
0,3 - 0,6
|
|
2
|
Mobil convertible
|
0,4 - 0,65
|
|
3
|
Mobil balap
|
0,25 - 0,3
|
|
4
|
Bus
|
0,6 - 0,7
|
|
5
|
Truck
|
0,8 - 1,4
|
|
6
|
Tractor - Tailer
|
0,8 - 1.,3
|
|
7
|
Sepeda motor & pengendara
|
1,8
|
Gaya hambat total terdiri dari beberapa jenis gaya hambat yaitu :
a. Hambatan Bentuk. Bentuk bodi mobil yang kompleks menyebabkan terjadinya distribusi tekanan di sepanjang permukaan bodi mobil. Saat mobil berjalan terjadi perbedaan tekanan antara bagian depan mobil dan bagian belakang mobil, tekanan positif bekerja pada bagian depan mobil dan tekanan negatif di bagian belakang mobil, sehingga gaya udara yang bekerja pada bagian depan mobil lebih tinggi daripada gaya pada bagian belakang mobil, akibatnya timbul gaya drag yang bekerja berlawanan dengan arah gerak mobil dan menghambat gerak mobil.
b.Hambatan Pusaran/Turbulensi (Vortex). Pada bagian belakang mobil terjadi perbedaan tekanan antara bagian atas dan bagian bawah mobil, menyebabkan terjadinya gerakan aliran udara dari permukaan bawah menuju ke permukaan atas mobil yang berupa pusaran atau turbulensi (vortex). Timbulnya vortex pada mobil juga akan menghambat gerak laju mobil yang disebabkan adanya pengaruh gaya angkat vertikal pada bodi mobil yang sedang bergerak secara horisontal. Vortex yang terjadi akan mengubah arah lift yang semula tegak lurus terhadap jalan menjadi miring ke belakang.
c. Hambatan Tonjolan. Adanya tonjolan profil tertentu pada bagian permukaan bodi mobil seperti kaca spion, pegangan pintu, antena dan aksesori
lainnya juga mengakibatkan gaya hambat. Oleh karena itu maka komponen
tersebut biasanya bentuknya dibuat mendekati bulat dan halus supaya
udara yang lewat semakin lancar dan berarti mengurangi hambatan.
d. Hambatan Aliran Dalam. Hambatan aliran dalam ini berupa hambatan oleh aliran udara yang mengalir melalui sistem pendingin mesin yaitu radiator.
Hambatan-hambatan
tersebut diatas semuanya tidak dapat dihindarkan, tetapi penerapan ilmu
aerodinamika akan meminimalisir hambatan yang ada. Pada kenyataannya hanya hambatan bentuk dan hambatan pusar yang paling besar pengaruhnya terhadap gaya hambat secara keseluruhan.
2. Gaya Angkat (Lift force) Aerodinamik
Perbedaan bentuk antara permukaan atas dan bagian bawah mobil menyebabkan aliran udara pada permukaan atas lebih cepat daripada aliran udara pada permukaan bawah, sehingga tekanan pada permukaan atas mobil lebih rendah daripada tekanan permukaan bawah.
Faktor lain adalah kekasaran bagian permukaan bawah mobil yang disebabkan oleh profil mesin dan komponen lain yang memperlambat aliran dibawah sehingga memperbesar tekanan aliran permukaan bawah. Karena itu tekanan yang bekerja pada bagian bawah mobil secara umum lebih besar dari tekanan yang bekerja pada bigian atas mobil sehingga menimbulkan terbentuknya gaya angkat (lift force) karena adanya desakan aliran udara dari permukaan bawah ke permukaan atas mobil.
Gaya ini bekerja dalam arah vertikal dan biasanya arah ke atas ditandai sebagai arah positif dan ke bawah sebagai arah negatif.
3. Gaya Samping (Side force)
Jika ada gerakan angin yang tidak sejajar dengan arah gerak mobil sehingga membentuk sudut tertentu terhadap lintasan mobil, maka akan terjadi gaya samping. Gaya samping bekerja dalam arah horisontal dan transversal sehingga bersifat mendorong mobil ke samping. Gaya samping juga terjadi pada kondisi mobil berbelok. Bodi
mobil yang semakin aerodinamis akan mengeliminir terjadinya gaya
samping, sehingga stabilitas mobil lebih terkendali dengan baik.
B. Bentuk Bodi Mobil
1. Bagian depan mobil merupakan bagian bodi mobil yang sangat menentukan besarnya gaya hambat (drag force). Bagian depan mobilterdiri dari spoiler atau bemper, kap mesin, windscreen dan kaca depan. Komponen
ini berhadapan langsung dengan aliran udara. Semakin cepat jalannya
mobil, hambatan udara yang ditimbulkannya akan semakin besar. Aspek
aerodinamika pada bagian hidung atau moncong mobil sangat
dipertimbangkan setelah kebutuhan udara untuk pendinginan mesin yaitu
khususnya radiator dan udara untuk mendinginkan rem depan terpenuhi.
Secara umum bagian depan mobil
termasuk kaca depan dibuat landai pada bagian atas dan samping serta
bagian bawah sedekat mungkin dengan jalan, sehingga udara semaksimal
mungkin melewati bagian depan atas dan seminimal mungkin yang melewati
bawah bodi mobil sehingga gaya angkat mobil yang timbul semakin rendah.
2. Bagian atap mobil. Bagian atap mobil dapat diperbaiki dengan mendesain atap berbentuk konvex agar memudahkan aliran udara mengalir ke belakang. Jika konveksitas diperbesar, Coeffisien of Drag (CD) dapat diperkecil. Jika bentuk konvex didesain sehingga menyebabkan pertambahan luas frontal area maka aerodinamik drag juga meningkat. Jika tinggi atap asli dibiarkan konstan maka kaca depan dan belakang harus dibuat melengkung sehingga efek konveksitas dapat tercapai.
3.Bagian belakang mobil. Stabilitas mobil juga sangat ditentukan oleh gaya yang terjadi pada bagian belakang mobil,
oleh karena itu maka pada bagian belakang mobil dibuat lebih lancip dan
pada mobil balap selain dipasang spoiler juga dipasang sayap (wing), sehingga semaikn cepat mobil gaya angkat yang timbul dan pusaran atau turbulensi (vortek) dapat dieliminir.
4.Bagian samping mobil. Reduksi drag pada bagian samping mobil dapat dilakukan dengan mendesain kelengkungan bagian samping (convexity).
5.Bagian bawah mobil. Kekasaran bagian bawah mobil juga akan meningkatkan nilai drag pada mobil. Reduksi drag dapat dilakukan dengan cara memperhalus bagian bawah
mobil. Selain itu jarak yang semakin pendek antara bodi bagian bawah
dengan permukaan jalan akan menghasilkan gaya angkat mobil yang semakin
kecil.
6.Komponen bodi. Komponen bodi seperti jendela, atap, dan lampu depan mobil mempunyai pengaruh penting terhadap besarnya koefisien hambat aerodrnamik (CD).
Dengan jendela mobil yang terbuka, atap mobil yang terbuka dan lampu
depan yang juga terbuka akan meningkatkan gaya hambat atau Coeffisien of Drag (CD) meningkat.
C. Simpulan
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan bahwa semakin cepat jalannya mobil maka gaya-gaya aerodinamika terhadap mobil semakin besar, yaitu : gaya hambat (drag force) aerodinamik [FD], gaya angkat (lift force) aerodinamik [FL] dan gaya samping (side force) aerodinamik [FS].
Oleh karena itu maka mobil yang berkecepatan tinggi diatas 80 km/jam,
terutama mobil balap yang mencapai kecepatan sekitar 300 km/jam,
penerapan ilmu aerodinamika untuk mobil mutlak diperlukan sehingga
kecepatan mobil optimal, pemakaian bahan bakar efisien dan stabilitas
jalannya mobil terkendali secara aman dengan baik.
Referensi :
1. Nyoman Sutantra & Bambang Sampurno, Teknologi Otomotif, Penerbit Guna Widya, Surabaya, 2010.
2. Wolf-Heinrich Hucho, Aerodynamik des Automobils, Vogel-Verlag, Würzburg, Germany, 1981.
No comments:
Post a Comment