Sebuah
mesin turbofan Pratt and Whitney untuk pesawat
F-15 Eagle sedang dites di Pangkalan Udara Robins, Georgia, AS. Terowongan di belakang mesin meredam suara dan membuang buangan. Kerangkeng di depan mesin (kiri foto) mencegah barang kecil- atau manusia- terhisap ke dalam mesin disebabkan oleh jumlah volume udara yang besar yang masuk ke dalam inlet.
Mesin jet adalah sebuah jenis
mesin pembakaran dalam menghirup udara yang sering digunakan dalam pesawat. Prinsip seluruh mesin jet pada dasarnya sama; mereka mempercepat massa (udara dan hasil pembakaran) ke satu arah dan dari
hukum gerak Newton ketiga mesin akan mengalami dorongan ke arah yang berlawanan. Yang termasuk mesin jet antara lain
turbojet,
turbofan,
rocket,
ramjet, dan
pump-jet.
Mesin ini menghirup
udara dari depan dan mengkompresinya. Udara digabungkan dengan bahan bakar, dan dibakar.
Pembakaran menambah banyak peningkatan
energi dari
gas yang kemudian dibuang ke belakang mesin. Proses ini mirip dengan
siklus empat-gerak, dengan induksi, kompresi, penyalaan, dan pembuangan terjadi secara berkelanjutan. Mesin menghasilkan
dorongan karena
percepatan udara yang melaluinya; gaya yang sama dan berlawanan yang dihasilkan adalah dorongan bagi mesin.
Mesin jet mengambil
massa udara yang relatif sedikit dan mempercepatnya dengan jumlah yang besar, di mana sebuah
pendorong mengambil massa udara secara besar dan mempercepatnya dalam jumlah kecil. Pembuangan kecepatan tinggi dari mesin jet membuatnya efisien pada kecepatan tinggi (terutama kecepatan
supersonik) dan ketinggian tinggi. Pada pesawat pelan dan yang membutuhkan jarak terbang pendek,
pendorong yang menggunakan
turbin gas, yang umumnya dikenal sebagai
turboprop, lebih umum dan lebih efisien. Pesawat sangat kecil biasanya menggunakan
mesin piston untuk menjalankan pendorong tetap turboprop kecil semakin lama semakin kecil dengan berkembangnya teknologi teknik.
Efisiensi pembakaran sebuah mesin jet, seperti
mesin pembakaran dalam lainnya, dipengaruhi besar oleh rasio volume udara yang dikompresi dengan volume pembuangan. Dalam mesin
turbin kompresi udara dan bentuk "duct" yang melewati ruang pembakaran mencegah aliran balik dari situ dan membuat pembakaran berkelanjutan dimungkinkan dan proses pendorongan.
Mesin turbojet modern modular dalam konsep dan rancangan. Inti penghasilan-tenaga utama, sama dalam seluruh mesin jet, disebut sebagai
generator gas. Dan juga modul tambahan lainnya seperti gearset pengurang dorongan (turboprop/turboshaft), kipas lewat, dan "afterburner". Jenis alat tambahan dipasang berdasarkan penggunaan pesawat.
Sejarah pengembangan mesin jet
Mesin jet sebenarnya diawali ketika seorang insinyur
Perancis,
Rene Lorin pertama kali mengajukan paten bagi mesin propulsi jetnya pada tahun 1913. Mesin yang dipatenkan adalah mesin
athodyd (
aero-thermodynamic-duct) yang tidak memiliki bagian berputar atau lebih populer dengan sebutan mesin
pulse jet. Mesin tipe inilah yang kemudian dikembang dan dijadikan mesin tenaga utama pendorong bom terbang
Jerman,
V-1 yang dipakai untuk mengebom
Inggris.
Sayangnya konsep mesin Lorin kurang cocok bagi pesawat berpropulsi jet karena tidak efisien dalam kecepatan rendah. Sementara pada zaman Lorin, belum memungkinkan membuat mesin semacam itu. Lagipula, belum diperkenalkan bahan tahan panas yang dibuat dan dikembangkan. Mesin type Lorin ini memiliki konsep yang serupa dengan
mesin ramjet yang kemudian diperkenalkan.
Selanjutnya, seorang perwira Angkatan Udara Kerajaan Inggris (Royal Air Force/RAF),
Frank Whittle kemudian seorang mahasiswa aerodinamika
Universitas Gottingen,
Hans von Ohain (
Jerman) serta insinyur
Italia,
Secondo Campini mengembangkan mesin jet yang kemudian prinsip dan konsepnya dikenal pada masa-masa sekarang yakni menggunakan komponen-komponen berputar seperti
kompresor dan
turbin.
Sejarah mencatat bahwa Frank Whittle mengajukan paten pada tahun 1930 namun awalnya kurang mendapat perhatian dari Kementerian Udara Inggris. Akibatnya, penemuan Whittle tidak menjadi rahasia militer dan detaik konsep mesin jetnya bocor serta dimuat di berbagai jurnal ilmiah dan teknologi 1,5 tahun kemudian. Namun atas jasa mantan rekannya di RAFserta pembiayaan untuk pengembangan dari O.T. Falk & Partners Ltd. maka Whittle membentuk perusahaan Power Jets yang akhirnya berhasil mengembangkan mesin jet dan mendapat kontrak di Angkatan Udara Inggris. Mesinnya berupa type W-1X yang kemudian ditahun 1942 diminta lisensinya oleh
Amerika Serikat.
Mesin type W-1X inilah diujicoba pertama kali pada bulan Desember 1940 kemudian dimodifikasi dan dinyatakan layak untuk digunakan sebagai tenaga dalam pesawat udara. Pesawat bermesin jet Inggris pertama kali diterbangkan oleh pilot uji
Gerry Sayer pada tanggal
15 Mei 1941 dengan pesawat
Gloster E.28/39.
Secondo Campini dari Italia membuat mesin jet pada tahun 1933 dan bergabung dengan perancang pesawat
Giavasi Caproni membuat pesawat CC-2 bermesin jet yang terbang perdana pada tanggal
27 Agustus 1940. Media massa Italia mencatatnya sebagai pesawat terbang jet pertama di dunia.
Hans von Ohain mendaftarkan paten rancangan mesin jetnya pada tahun 1935. Meski kemudian mesinnya dianggap serupa dengan konsep Whittle, namun terdapat banyak detil perbedaan dalam mesin rancangannya. Kemudian salah seorang profesornya yang kenal
Ernst Heinkel, pemilik perusahaan industri pesawat
Heinkel meminta agar Hans von Ohain dilibatkan dalam proyek membuat mesin pesawat. Pada bulan Maret 1937, sebuah mesin berdaya dorong 550 pon berhasil dibuatnya, kemudian mesin berdaya dorong 1.980 pon yang kemudian dianggap kurang berhasil serta mesin berdaya dorong 1.100 pon yang penuh modifikasi yang kemudian dibuat untuk pesawat
Heinkel He. 178 yakni mesin turbojet HeS-3b. Pada tanggal 27 Agustus 1939, pesawat Heinkel He-178 kemudian sukses melakukan terbang perdananya di landasan
Marienehe dengan pilot uji
Luftwaffe (AU Jerman),
Eric Warsitz. Pengembangan mesin dan pesawat jet yang pertama di dunia ini dirahasiakan oleh
Nazi guna kepentingan militernya. Lima hari kemudian pada tanggal
1 September 1939, tentara
Hitler menyerang
Polandia yang menjadi awal
Perang Dunia II. Kerahasiaan inilah yang membuat pandangan umum di dunia bahwa Italia dan Inggris sebagai perintis dalam teknologi mesin jet.
Di
Asia,
Jepang mulai melirik mesin jet untuk kepentingan penerbangan terutama militernya pada tahun 1937 saat Jepang membeli
mesin Brown-Boveri yang dilengkapi
turbocharger dari
Swiss. Dari dasar inilah, tidak mengeherankan setelah mendapatkan dari sekutunya, Jerman berupa rancangan pesawat tempur
Messerschmicht Me-262, Jepang mengembangkan mesin jet
Ne-20 untuk mentenagai pesawat jet tempur pertamanya
Kikka, yang mirip dengan jet tempur Jerman tersebut.
Sementara
Rusia/
Uni Soviet disebut-sebut mendapatkan teknologi mesin jet setelah pesawat tempur jet Jerman jatuh ketangannya, serta bantuan dari Inggris berupa mesin jet
Rolls-Royce Nene. Mesin inilah yang dikembangkan Uni Soviet yang kemudian digunakan dalam pesawat tempur jet
MiG-15 Fagot yang dipakai dalam
Perang Korea yang berkemampuan cukup mematikan.
Amerika Serikat mendapatkan paten/lisensi mesin jet dari Inggris rancangan Frank Whittle, W-1X. Hal ini tidak terlepas dari peran Mayor Jenderal
H.H. Arnold, Deputy Chief-of-Staff for Air yang dikemudian memegang pimpinan US Army Air Forces dalam Perang Dunia II, juga dikenal sebagai Bapak dari United States Air Force (USAF) yang saat itu diundang oleh Kementrian Udara Inggris dalam penerbangan perdana pesawat mesin jet-nya. Jendral Arnold kemudian mendesak pemerintah segera mempercepat Amerika Serikat untuk memasuka abad jet, tanpa ragu kemudian ia menunjuk pabrik General Elecric (GE) untuk melakukan riset teknologinya, mengingat GE dalam riset teknologi turbin dan pengalaman pada 1917-1941 dengan
turbo-supercharger. Sementara pabrik mesin lainnya,
Pratt & Whitney] dan
Wright tatakala itu sudah terlalu padat dengan kontrak militer sehingga tidak dilibatkan. Program ini sangat rahasia dan bahkan rancangan dokumen tersebut diserahkan Arnold kepada Wakil Presiden GE,
R.C. Muir dalam suatu rapat rahasia.
Berdasarkan rancangan mesin type W-1X inilah, AS mengembangkan mesin Type I-A yang disebut dengan sebutan kamuflase
Type I (eye) supercharger components. Semua orang di GE hanya mengetahui pabriknya sedang membuat turbosupercharger raksasa yang lebih kuat. Mesin jet pertama Amerika ini diujicoba pertama kali pada
18 Maret 1942 namun mengecewakan. GE kemudian mengadakan perbaikan dan modifikasi sehingga sebulan kemudian,
1 April 1942, mesin ini diujicoba dengan memuaskan.
Kerahasiaan proyek Type I-A menyentuh Frank Whittle yang kemudian tiba di Amerika Serikat pada Juni 1942 guna memberi nasehat dan saran sebelum mesin dipasang pada pesawat jet pertama AS,
Bell XP-49A. Pesawat ini kemudian diujiterbangkan pertama kali pada tanggal
2 Oktober 1942 diatas
Muroc Dry Lake,
California yang kemudian dikenal sebagai Edwards Air Force Base. Namun karena proyek ini adalah proyek rahasia, pesawat Bell XP-59A ini kemudian diberi propeler atau baling-baling tipuan (
dummy) pada hidung pesawat sehingga banyak yang menyangka pesawat ini adalah pesawat bermesin tunggal konvensional.
Mesin Turbojet Nuklir
Enam tahun setelah pemboman nuklir pertama di
Hiroshima dan
Nagasaki, sebuah proyek rahasia diluncurkan dari badan nuklir AS (Atomic Energy Commission/AEC) dan Angkatan Udara Amerika Serikat yang pelaksanaannya ditugaskan kepada GE yang kemudian bersekutu dengan pabrik pesawat
Convair untuk mempelajari dalam kurun waktu lima tahun apakah pesawat udara bertenaga mesin jet nuklir dapat dibuat.
GE kemudian membentuk Departemen Propulsi Nuklir (Aircraft Nuclear Propulsion Department/ANPD) yang menangani proyek ambisius Amerika Serikat dalam kompleks Evendale yang dijaga secara ketat untuk menjamin kerahasiaannya. Pesaingnya Pratt & Whitney (P & W) berkongsi dengan pabrik pesawat
Lockheed (kini
Lockheed Martin) tidak ketinggalan menyelenggarakan proyek yang sama meski tidak ditunjuk pemerintah AS.
Proyeknya diberi sandi X211 dibawah kendali
Bruno Bruckmann, seorang veteran mesin jet Jerman dalam Perang Dunia II, juga orang kedua dalam pabrik Bavarian Motor Works (BMW) yang membuat berbagai mesin pesawat terbang termasuk mesin jet untuk Angkatan Udara Jerman dalam perang. Teknisi lain yang dilibatkan adalah Hans von Ohain, ahli roket Jerman
Werner von Braun dan
Peter Kappus (yang kemudian menjadi ahli mesin jet GE dan yang mengkonsep sistem lepas landas dan mendarat secara vertikal/Vertical Take-off Landing atau VTOL). Teknisi-teknisi Jerman tersebut dibawa ke Amerika dalam operasi rahasia yang terkenal dengan
Operation Paper Clip guna memperkuat posisi Amerika Serikat dalam bidang teknologi dalam menghadapi
Perang Dingin dengan Uni Soviet.
Mesin X211, yang kemudian merupakan mesin raksasa ini, memiliki konsep yang sederhana, yakni mesin turbin gas yang terdiri dari dua mesin dipadukan dalam satu sumber reaktor nuklir yang dilengkapi dengan
variable stator compressor. Kemudian pada dasarnya adalah mesin turbojet dengan
afterburner. Panjang mesin ini adalah 41 kaki (sekitar 12 meter) dengan afterburner yang dapat menghimpun tenaga dorong sebesar 34.600 pound.
Baik pabrik GE/Convair dan P & W/Lockheed butuh waktu untuk mengembangkan mesin jet nuklir ini, terutama sekali segi keamanan radiasi nuklir yang mungkin ditimbulkannya. Sehingga menjelang tutup tahun 1956 pun belum bisa menyodorkan data apakah memungkinkan atau tidak mesin tersebut dapat mentenagai pembom WS-125.
Angkatan Udara jadi kurang sabar dan mengambil kesimpulan bahwa pesawat pembom WS-125 kurang efektif sebagai pesawat pembom strategis sehingga programnya dibekukan. Namun demikian GE tetap melanjutkan proyek X211 meski tidak ada target penggunaannya. Program X211 akhirnya dihentikan pada tahun 1959. Sementara antara tahun 1956-1959 ada perdebatan dalam Departemen Pertahanan dan Keamanan Amerika Serikat mengenai dana pengembangan pesawat pembom konvensional versus pembom strategis bermesin turbojet nuklir.
Secara resmi proyek mesin jet nuklir ini akhirnya dinyatakan pengembangannya pada tahun 1961, tatkala dana untuk pengembangannya dicoret dari anggaran Angkatan Bersenjata Amerika Serikat. Mesin X-211 pun hanya menjadi bagian sejarah. Proyek ini sebenarnya mencerminkan keseriusan Amerika Serikat yang pada awalnya tertinggal dalam penemuan dan pengembangan mesin jet.
Perkembangan teknologi mesin jet
Mesin jet atau yang juga dikenal sebagai mesin turbin gas juga dikembangkan tidak hanya untuk
pesawat terbang tetapi juga untuk
kapal dan di darat untuk kendaraan terutama kendaraan berat seperti
tank dan mesin-mesin pembangkit
listrik dan mesin untuk industri. Ada empat jenis mesin turbojet antara lain mesin turbojet dan turbofan yakni mesin yang tenaganya diperoleh dari reaksi yang didapat dari daya dorong semburan jet-nya. Jenis yang lain adalah turboprop dan turboshaft yang bekerja dengan prinsip lain yakni energi dari gas panasnya digunakan untuk memutar/menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan baling-baling atau dikenal juga dengan sebutan
power output shaft.
Mesin rekasi jet sederhana kemudian dikembangkan menjadi
twin-spool low by pass ratio turbojet. Kini dari turbojet low by-pass ratio, berkembang menjadi
triple-spool front fan high by-pass ratio turbojet atau lebih dikenal sebagai
high bypass turbofan dan
fanjet. Masih berupa konsep adalah mesin
prop-fan dan UDF (
unducted fan) dan
contra rotating-fan.
Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin
Rolls-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat
Concorde. Versi lain adalah mesin
Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.
