SYSTEM ENGINE TURBOFAN BOEING 737-900ER

SYSTEM ENGINE PADA BOEING 737-900ER

I.                    Sejarah

Boeing memulai pembangunan '737 - X Next Generation (NG)'. Program ini adalah untuk pembinaan seri -600, -700, -800 dan -900. Dalam pembuatan NG ini, perubahan dilakukan dengan merancang sayap baru, peralatan elektronik yang baru dan rancangan ulang mesin pesawat. 737 NG dilengkapi dengan teknologi-teknologi dari Boeing 777, tingkap kokpit berteknologi tinggi, sistem dalaman pesawat yang baru (diambil dari 777), dengan penambahan berupa 'wingtip' sehingga menjadi sayap lawi yang mengurangi biaya bahan bakar dan memperbaiki proses 'take-off' pesawat. Pesawat 737 NG boleh dikatakan sebagai sebuah model baru kerana ciri-cirinya yang banyak berbeda dengan seri-seri yang lama.

Boeing membuat 737-900 yang mampu terbang lebih jauh dam menampung penumpang lebih banyak daripada vesi sebelumnya. Pada varian ini, yaitu Boeing 737-900 ER (Extended Range), cockpitnya telah dilengkapi dengan HUD (Head Up Display). Peralatan ini biasanya dipakai pada pesawat militer / pesawat tempur. Fungsinya adalah untuk mempermudah pilot dalam menentukan kemiringan pesawat baik secara vertikal maupun horizontal. Pesawat ini menggunakan layar LCD yang terpadu dalam bentuk glass cockpit. Pesawat ini menggunakan Glass Cockpit secara menyeluruh. Sistem Glass cockpit ini dipercaya akan menjadi trend bagi pesawat-pesawat baru. Lion Air merupakan launch customer pesawat ini. Di Indonesia, Boeing 737 merupakan "standar" armada bagi maskapai-maskapai di Indonesia. Hampir semua maskapai penerbangan di Indonesia pernah dan atau masih mengoperasikan 737, baik varian "original" (seri -200) varian "Classic" (seri -300, -400, dan -500), maupun "Next Generation" (seri -800 dan -900ER) Namun, Boeing 737-900 ER merupakan versi pengembangan Boeing Next Generation yang beroperasi dibandara-bandara Indonesia.

A.                Teori Dasar Mesin Turbofan

Mesin turbofan merupakan tipe mesin turbin gas yang cukup banyak digunakan sebagai sistem propulsi atau pendorong pesawat terbang, baik pada pesawat komersial maupun militer, terutama untuk pesawat berbadan menengah dan lebar (narrow and wide body aircraft).  Hal ini dikarenakan jika dibandingkan dengan mesin turbin gas lainnya, mesin turbofan memiliki kemampuan operasional yang relatif cukup baik dengan biaya operasional yang ekonomis. Sebagai penjelasannya secara teoritis rancangan dari pada mesin turbofan merupakan hasil dari perpaduan antara rancangan mesin turbojet dan turboprop, dengan kata lain di dalam ruang lingkup operasional mesin turbofan (turbofan engine envelope) tersebut berada pada antara kondisi ruang lingkup oprasional turbojet engine dan turboprop engine.

B.                 Komponen Utama Mesin Turbofan

Sebelum kita mengenal lebih jauh tentang sistem operasional dari mesin turbofan, ada baiknya terlebih dahulu kita ketahui rancang bangun dan konstruksi dari suatu mesin turbofan. Secara garis besar dapat dijelaskan beberapa komponen-komponen utama (major components), yang secara umum menjadi bagian dari suatu konstruksi gas turbine engine jenis turbofan, diantaranya adalah inlet duct, fan, compressor (LPC dan HPC), combustion chamber, turbine (LPT dan HPT) dan exhaust nozzle. Guna lebih menjelaskan pengertian rancangan konstruksi dan komponen-komponen utama dari pada suatu mesin turbin gas jenis turbofan ini dapat diperhatihan pada gambar 1.0

Gambar 1.0 diagram skema sebuah mesin turbofan

A.                Operasional Mesin Turbofan

Pengoperasian mesin turbofan, untuk pertama kalinya (starting process) akan digerakkan atau diputar dengan udara bertekanan (air pressurized) yang dihasilkan oleh suatu sistem turbin gas berukuran kecil yang dikenal dengan Air Turbine Starter (ATS) atau Auxillary Power Unit (APU).  ATS atau APU tersebut akan memutarkan beberapa komponen utama mesin, seperti halnya fan, compressor, turbine dan accessories system yang mana komponen-kompenen tersebut berguna untuk mendukung keperluan operasional mesin (engine operation). Untuk selanjutnya dapat dijelaskan disini bagaimana siklus operasional suatu mesin turbin gas berlangsung, yang akan ditampilkan ilustrasi skema rancangan dari suatu mesin turbin gas.  Dan Gambar 1.1 di bawah ini juga dapat dijadikan sebagai informasi teoritis dari suatu skema rancangan mesin turbin gas dan mesin turbofan, yang digunakan sebagai dasar pengertian siklus operasional mesin turbin gas.

Gambar 1.1 siklus operasional suatu mesin turbin gas berlangsung

Penjelasan secara teoritis proses siklus operasional suatu mesin turbin gas dapat dimulai dari berputarnya komponen fan dan atau compessor. Sesuai dengan fungsinya, kedua komponen tersebut akan menghisap udara yang ada di luar (ambient air) atau di depan mesin untuk masuk ke dalam ruang mesin melalui saluran masuk (air inlet duct). Udara yang terhisap tersebut terbagi menjadi dua aliran, yaitu pertama aliran udara yang terhisap atau melalui fan dan kedua aliran udara yang terhisap oleh compressor. Udara yang terhisap oleh fan, untuk selanjutnya akan dialirkan secara baypass (diluar engine core) ke bagian exhaust fan.  Dalam kondisi ini, aliran udara yang berfungsi sebagai media kerja tersebut akan mengalami perubahan momentum dan percepatan (acceleration), sehingga mengasilkan gaya dorong (thrust force)- sesuai dengan hukum Newton II dan Newton III. Gaya dorong yang dihasilkan oleh putaran fan ini lebih dikenal dengan fan thrust (Ffan), atau dalam istilah lainnya aliran udara langsung (fan air bypass) ini juga dikenal dengan istilah aliran udara dingin (air cold flow/stream). Sedangkan aliran udara yang dihisap oleh komponen compressors akan dialirkan ke dalam engine core, yang mana aliran udara tersebut akan melalui beberapa komponen utama engine seperti combustion chamber, turbine dan exhaust nozzle, hingga akhirnya aliran udara tersebut dapat menghasilkan gaya dorong (thrust force).  Gaya dorong yang dihasilkan oleh engine core ini dikenal dengan istilah core thrust (Fcore) atau juga dikenal dengan istilah aliran udara panas (air hot flow/stream).

Besarnya gaya dorong fan (fan thrust) yang terjadi umumnya berkisar antara 70% - 80% dari total gaya dorong (total thrust) yang dihasilkan oleh suatu mesin turbofan.  Dan untuk core thrust, gaya dorong yang terjadi biasanya berkisar antara 20% - 30% dari total thrust yang dihasilkan. Dengan berputarnya compressors, aliran udara dimampatkan atau dikompresikan untuk dapat ditingkatkan tekanannya sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan dalam proses pembakaran (burning process requiretment). Secara teoritis dapat dikatakan, bahwa proses kompresi ini merubah kondisi energi kecepatan aliran udara masuk (air intake momemtum energy) menjadi udara bertekanan (air pressure energy). Udara yang telah di kompresikan tersebut, kemudian dialirkan ke ruang bakar (combustion chamber) untuk selajutnya dicampur dengan bahan bakar (fuel) yang disemprotkan melalui fuel nozzle dengan nilai perbandingan tertentu (fuel/air-mixture ratio).  Pada saat yang bersamaan, campuran antara udara dengan bahan bakar tersebut akan diberikan pengapian atau dibakar (burning process) dengan perantara pemantik api (igniter plug), sehingga pada saat yang bersamaan terjadi proses pembakaran. Dalam ruang bakar ini energi udara bertekanan (air pressure energy), dirubah menjadi energi udara panas (air thermal energy).

Untuk semua jenis mesin turbin gas umumnya, proses pengapiannya hanya diberikan pada saat mesin dihidupkan pertama kali (starting process). Dan ketika mesin telah hidup dan memiliki kecepatan putar minimum (idle speed), maka untuk selanjutnya tidak diberikan lagi pengapian (tanpa operasional igniter plug) di dalam ruang bakar, dikarenakan pada kondisi tersebut suhu (temperature) di dalam ruang bakar telah cukup tinggi dan sanggup untuk membakar campuran antara udara dan bahan bakar yang ada. Sehingga dengan sendirinya proses pembakaran akan terjadi secara otomatis terus-menerus selama mesin beroperasi.  Sistem proses pengapian semacam ini biasa dikenal dengan istilah “low ignition duty”. Gas panas hasil pembakaran di dalam ruang bakar, selanjutnya akan bereaksi mengembang (expansion) yang memiliki energi panas (thermal energy) dan kecepatan (kinetic energy) yang cukup tinggi. Dengan perantara komponen nozzle guide vane (NGV) pada bagian turbin (turbine section), gas yang berekspansi tersebut akan diarahkan tepat pada rotor blade turbine (first stage turbine). Rotor blade turbine berfungsi untuk merubah thermal energy dan kinetic energy dari pada ekspansi gas hasil pembakaran menjadi energi mekanik (mechanical energy) atau gerak putar turbin (turbine rotate).  Kecepatan putar rotor blade turbine akan sebanding dengan besarnya kinetic energy aliran gas panas hasil pembakaran dari ruang bakar.  Selain dari pada itu, turbine juga berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong (thrust) berupa pancaran gas panas (jet propulsion) yang keluar melalui saluran buang (exhaust nozzle). Kecepatan putar rotor blade turbine yang tinggi tersebut, juga akan digunakan untuk memutarkan fan, compressor dan accessories system dengan perantara batang poros (drive shaft) dan roda gigi (gear box), sehingga dapat menjamin mesin untuk tetap beroperasi. Penjelasan di atas merupakan suatu rangkaian siklus sederhana dari suatu mesin turbin gas (gas turbine engine cycle). Siklus tersebut akan selalu terjadi secara terus-menerus (continuous cycle process) selama mesin turbin gas beroperasi.