Mesin Helikopter
JAGATANTERO.COM| Salah satu mesin helikopter yang paling umum digunakan saat ini adalah mesin turboshaft . Mesin turboshaft sebenarnya adalah mesin jet dan biasanya menggunakan bahan bakar berbasis minyak tanah. Ada banyak varian mesin turboshaft tetapi semuanya mengikuti konsep dan prinsip dasar. Sederhananya, saya akan mengacu pada mesin yang digunakan oleh Bell 206 JetRanger. Rolls Royce Allison 250/c20J.
Siklus kerja mesin turbin mirip dengan siklus kerja mesin piston. Ada induksi, kompresi, pembakaran dan pembuangan. Perbedaan utamanya adalah tidak seperti mesin piston, siklus mesin turbin bersifat kontinyu. Tidak seperti mesin pesawat jet yang gas buangnya memberikan daya dorong, gas buang untuk mesin poros turbo helikopter dicegat oleh turbin yang mentransfer energi dari gas-gas tersebut ke kotak roda gigi yang menyediakan tenaga untuk helikopter.
Sangat penting bagi Anda untuk belajar untuk tidak memberikan torsi berlebihan atau suhu mesin terlalu tinggi karena hal ini dapat menimbulkan konsekuensi buruk bagi seseorang yang menerbangkannya, berminggu-minggu atau bahkan berbulan-bulan kemudian. Penyalahgunaan mesin belum tentu langsung menimbulkan masalah.
Menghidupkan mesin helikopter menyebabkan tekanan yang lebih besar pada komponen dibandingkan pengoperasian lainnya karena guncangan dan keausan termal. Oleh karena itu, siklus start dihitung dan dicatat dalam log teknis setelah setiap penerbangan. Karena helikopter cenderung terbang dalam waktu yang singkat dibandingkan dengan pesawat terbang, ada kemungkinan bahwa mesin dapat mencapai batas hitungan start sebelum mencapai batas jam umur manfaatnya. Menghidupkan mesin itu mahal, jadi lebih baik membiarkan mesin menyala selama sepuluh menit sambil menunggu penumpang daripada mematikan mesin lalu menghidupkannya kembali.
Mesinnya bergantung sepenuhnya pada baterai atau Auxiliary Power Unit (APU) untuk penyalaannya. Mesin harus berputar cukup cepat untuk menjaga agar udara dingin tetap mengalir melalui turbin, jika tidak maka akan menjadi sangat panas dan merusak komponen internal. Baterai yang lemah bisa kehabisan daya sebelum proses pembakaran menjadi mandiri dan ini akan menjadi bencana.
“ Hung Start” dapat terjadi jika mesin gagal berakselerasi dan RPM tetap rendah. Hal ini menghabiskan daya aki anda dan jika aki habis maka mesin menjadi lambat, semakin sedikit udara dingin yang masuk ke dalam mesin dan selanjutnya suhu di ruang bakar menjadi sangat panas dalam beberapa detik sehingga menyebabkan banyak kerusakan. .
“ Start Basah” sama dengan mesin yang kebanjiran dan penyala gagal menyalakan bahan bakar. Tunggu minimal 5 menit lalu keluarkan mesin. Karena baterai telah terkuras sebagian akibat kegagalan start dan ventilasi, mungkin ada baiknya untuk melakukan start eksternal menggunakan APU untuk memastikan Anda tidak kehabisan daya pada upaya start berikutnya.
Jika Anda mengikuti daftar periksa dengan tepat maka Anda tidak akan mengalami masalah dalam menghidupkan mesin helikopter setiap saat. Alasan paling umum yang saya lihat untuk start panas adalah pilot yang waktu singkat menghidupkan mesin dengan throttle sudah terbuka sebagian (atau seluruhnya).
Oleh karena itu, sangat penting bagi Anda untuk memeriksa kembali apakah throttle telah tertutup sepenuhnya sebelum menekan tombol starter.
Mesin turbin membutuhkan waktu untuk “Spool up” atau “Spool down” saat Anda melakukan perubahan daya. Oleh karena itu, Anda harus mengoperasikan kolektif atau throttle dengan sangat lancar untuk mencegah “lonjakan” mesin. Lonjakan dapat terjadi ketika aliran udara di atas bilah kompresor terganggu sehingga menyebabkan terhenti. Hal ini menyebabkan suara dentuman keras (mirip dengan ledakan senapan) dan getaran yang sangat nyata dari mesin. Matikan segera jika ini terjadi saat startup.
Saluran Masuk Udara
Saluran masuk udara dirancang untuk menstabilkan udara sebelum masuk ke kompresor. Pemisah partikel dapat dipasang pada tahap ini untuk menghilangkan benda asing seperti debu atau pasir yang dapat menyebabkan erosi pada bilah kompresor.
Kompresor
Kompresor terdiri dari serangkaian bilah dan kompresor impelor (atau sentrifugal). Ini dirancang untuk mengambil udara dalam jumlah besar dan mengompresnya sebelum mengarahkannya ke bagian pembakaran.
Mesin di JetRanger memiliki kompresor aliran aksial enam tahap dan kompresor impelor tunggal.
Pada kompresor aksial, setiap tahap dipisahkan oleh baling-baling stator untuk memastikan udara mengenai sudu-sudu berikut pada sudut yang benar. Saat udara mengalir melewati bilah-bilah ini, udara menjadi semakin terkompresi. Tekanannya naik dan kecepatannya berkurang.
Kompresor sentrifugal mengalihkan udara keluar ke saluran-saluran yang menuju ke bagian pembakaran sekaligus mengompresi udara lebih jauh.
Selama penyalaan, ada katup pembuangan yang terbuka dan memungkinkan sebagian udara keluar dari kompresor. Hal ini memudahkan untuk meningkatkan kecepatan mesin dan menggunakan lebih sedikit daya dari baterai. Ketika mesin mencapai kecepatan berkelanjutan, katup menutup secara otomatis.
Karena tingginya suhu udara bertekanan di bagian kompresor (hingga 250 derajat celcius), udara ini digunakan untuk memanaskan kabin dan untuk anti-icing. Anti-icing menggunakan udara dari bagian belakang kompresor dan mengarahkannya melalui casing kompresor dan baling-baling pemandu saluran masuk untuk mencegah terbentuknya es di sana. Ketika anti-icing digunakan akan ada sedikit peningkatan pada Turbine Outlet Temperature (TOT).
Bagian Pembakaran
Pada bagian ini bahan bakar bercampur dengan udara dan dinyalakan. Saluran udara dibentuk sedemikian rupa sehingga nyala api tidak pernah bersentuhan dengan selubung logam melainkan tertahan di dalam selubung udara yang lebih dingin. Sebagian besar udara digunakan untuk
pendinginan. 
Setelah bahan bakar menyala dan mesin mencapai kecepatan berjalan, pembakaran akan berlangsung dengan sendirinya. Mesin awalnya dihidupkan dengan starter. Ketika ada cukup aliran udara melalui mesin untuk menjaga semuanya tetap dingin, bahan bakar dinyalakan oleh busi penyala. Bahan bakar memasuki ruang bakar melalui nosel bahan bakar yang mengatomisasi bahan bakar. Saat penyalaan, gas mengembang dan mengalir ke bagian turbin dengan kecepatan yang meningkat. Sekitar 60 hingga 80% udara yang masuk ke ruang bakar digunakan untuk menjaga liner tetap dingin. Nozel bahan bakar sangat halus dan para insinyur harus menanganinya dengan sangat hati-hati karena goresan sekecil apa pun akan mengganggu pola semprotan dan menyebabkan titik panas yang pada akhirnya akan merusak bilah turbin. Ini memiliki lubang untuk mengalirkan bahan bakar.
Bagian Turbin
Bagian ini menciptakan kekuatan. Saluran masuk turbin adalah bagian terpanas dari mesin helikopter dan terlalu panas bagi sensor suhu untuk bertahan di sini. Oleh karena itu suhu diukur antara turbin dengan termokopel (pembacaan dirata-ratakan dan ditampilkan pada tampilan instrumen kokpit) dan disebut Suhu Keluar Turbin (TOT). Panas dijaga pada tingkat yang dapat diatur oleh udara dingin yang diekstraksi dari kompresor yang digerakkan melalui sambungan turbin. Gas diarahkan melalui bilah turbin kompresor (N1) sehingga memastikan bahwa kompresor terus diberi daya. Dari sana gas melewati dua tahap “Turbin Bebas” (N2). Karena turbin bebas tidak terhubung langsung ke kompresor, mesin lebih mudah dihidupkan saat dinyalakan. Turbin bebas dihubungkan ke gearbox Aksesori yang mengurangi kecepatan tinggi turbin ke tingkat yang lebih mudah diatur. Ketika diperlukan lebih banyak daya, kecepatan kompresor (N1) meningkat untuk memasok lebih banyak udara. Pada saat yang sama lebih banyak bahan bakar yang masuk ke ruang bakar dan oleh karena itu N2 dipertahankan pada kecepatan konstan. Bilah turbin beroperasi di lingkungan yang sangat tidak bersahabat. Karena suhu sangat tinggi dan bilah berputar sangat cepat, gaya sentrifugal menyebabkan bilah meregang (bilah merayap). Hal ini normal, namun jika mesin dihidupkan dalam keadaan panas, rambat bilah menjadi jauh lebih besar dari biasanya dan menjadi permanen. Bilahnya dapat bersentuhan dengan bagian samping dan memerlukan perbaikan yang mahal. Suhu TOT yang lebih tinggi diperbolehkan selama penyalaan karena turbin berputar relatif lambat. Turbin N1 melakukan lebih banyak pekerjaan daripada turbin N2. Itu juga terkena gas yang lebih panas. Oleh karena itu, turbin N1 hanya mempunyai separuh umur turbin N2.
Video Courtesy of youtube
Gearbox Aksesori
Gearbox aksesori mengubah kecepatan tinggi turbin bebas (N2) ke tingkat yang lebih mudah diatur. Ia memiliki poros penggerak yang menggerakkan girboks rotor utama, poros penggerak belakang yang menggerakkan rotor ekor, unit freewheel dan titik pemasangan untuk semua aksesori seperti pompa bahan bakar, takometer, generator, dll.
Kompresor Macet
Kegagalan kompresor dapat terjadi pada mesin turbin mana pun jika kondisinya terjadi. Untuk memenuhi persyaratan desain, mesin harus memiliki keluaran tenaga yang relatif tinggi, konsumsi bahan bakar yang baik, dan karakteristik akselerasi yang cepat. Oleh karena itu, akan bermanfaat untuk mengoperasikannya sedekat mungkin dengan sudut terhentinya bilah kompresor. Mengoperasikan dekat dengan sudut stall mempunyai keuntungan sebagai berikut:
- Volume udara yang melewati mesin meningkat.
- Rasio tekanan mesin ditingkatkan sehingga meningkatkan keluaran tenaga.
- Temperatur turbin dapat ditingkatkan karena aliran udara yang lebih besar.
- Efisiensi bagian kompresor dan turbin meningkat.
Untuk mengurangi risiko kompresor mati saat start atau akselerasi, aliran bahan bakar diatur dengan cermat. Jadi apa itu kompresor mati? Banyak halaman yang dapat dikhususkan untuk menjelaskan hal ini tetapi penjelasan berikut akan membantu menjawab pertanyaan tersebut. Bilah dan baling-baling kompresor merupakan aerofoil. Aliran udara di atas aerofoil akan terpisah dan menjadi turbulen jika terjadi salah satu hal berikut:
- Kecepatan udara yang melewati aerofoil terlalu rendah.
- Sudut serangnya terlalu tinggi.
Jika aliran udara di atas aerofoil terpisah maka aerofoil terhenti. Sekitar 80% udara yang masuk ke mesin digunakan untuk pendinginan. Ini berarti lebih banyak udara yang masuk ke mesin daripada yang dibutuhkan untuk pendinginan. Udara pendingin digunakan untuk mengontrol panjang nyala api di ruang bakar dan mencegahnya menyentuh sisi wadah. Gas pembakaran panas didinginkan oleh udara pendingin dan udara pendingin juga dipanaskan oleh gas pembakaran. Hal ini menjaga gas pada suhu yang dapat diterima saat bercampur dan memasuki bagian turbin. Jika terlalu banyak bahan bakar yang disuplai ke pembakar, akan terdapat lebih dari cukup udara untuk memungkinkan pembakaran yang baik. Namun karena udara ekstra digunakan selama pembakaran ini, maka udara yang tersedia untuk pendinginan akan berkurang dan oleh karena itu suhu di dalam ruang bakar akan meningkat. Semakin tinggi suhu maka akan semakin banyak gas yang terbuang. Ada kemungkinan volume gas yang akan dikeluarkan melebihi kapasitas turbin dan turbin akan “tersedak”. Jika hal ini terjadi, tekanan di dalam ruang bakar akan meningkat dengan cepat dan mungkin sama atau melebihi tekanan yang dihasilkan kompresor. Jika tekanan dalam ruang bakar sama dengan tekanan udara keluar kompresor, maka kompresor akan mati. Jika tekanan dalam ruang bakar melebihi tekanan udara keluar kompresor, maka bukan hanya kompresor yang mati, gas-gas panas pun akan mengalir dari ruang bakar menuju bagian kompresor. Kedua kondisi tersebut akan mengakibatkan hilangnya udara yang masuk ke ruang bakar. Nyala api tidak akan memiliki cukup oksigen dan akan mati, yang mengakibatkan penurunan suhu dengan cepat. Ketika suhu turun, pemuaian terhenti (atau berkurang drastis). Turbin tidak lagi tersendat dan tekanan ruang bakar turun hingga nilai yang sangat rendah. Rendahnya tekanan di ruang bakar membuat udara dapat mengalir kembali ke arah yang benar. Kompresor tidak lagi mati dan “Gelombang” udara mengalir kembali ke ruang bakar. Pergerakan udara yang sangat cepat ini memanjangkan nyala api ke hilir dan melalui turbin sehingga menyebabkan gas mengembang dengan cepat. Siklus ini berulang dengan kecepatan sekitar 120 kali per detik. Kompresor mati mungkin mengeluarkan suara atau tidak, tetapi sering kali terdapat getaran. Jika kerusakannya parah, nyala api mungkin keluar dari knalpot atau terdengar bunyi bumerang yang sangat keras. Asap juga mungkin terlihat. Jika tindakan perbaikan yang tepat segera dilakukan maka kecil kemungkinan terjadinya kerusakan. Tindakan yang harus dilakukan adalah:
- Kurangi throttle ke penerbangan idle.
- Jika kemacetan masih terjadi maka tutup throttle sepenuhnya dan matikan mesin.
Pergerakan throttle yang cepat dapat menyebabkan terjadinya stall, oleh karena itu sebaiknya lakukan gerakan throttle yang halus dan lambat.
Ringkasan
Mesin helikopter sudah menjadi sangat canggih. Mesin turboshaft sangat andal asalkan dirawat dan dioperasikan dengan benar. Posting ini baru saja menyentuh topik turboshaft tetapi jika Anda ingin informasi lebih lanjut silakan beri tahu saya.
