Dalam catatan blog ini, kami meneroka peranan struktur, aerodinamik, pendorongan dan kawalan—elemen teras kejuruteraan aeroangkasa—dan sebab ia penting untuk mereka bentuk kapal terbang dan roket.
Sebelum memperkenalkan apa itu kejuruteraan aeroangkasa, kita mesti terlebih dahulu memahami kejuruteraan itu sendiri. Memandangkan kejuruteraan aeronautik milik Kolej Kejuruteraan, ia adalah cabang kejuruteraan. Kejuruteraan bukan sekadar koleksi teknik; ia adalah hasil gabungan pemikiran kreatif manusia dengan prinsip saintifik. Kejuruteraan memainkan peranan penting dalam kehidupan seharian kita. Peranti elektronik, kereta, bangunan, dan juga peralatan perubatan yang kami gunakan semuanya adalah produk kejuruteraan. Kejuruteraan boleh ditakrifkan sebagai penciptaan buatan objek yang tidak wujud di alam semula jadi. Jadi, bolehkah kita memanggil orang primitif yang membuat kejuruteraan kapak batu? Tidak, kita tidak boleh. Kejuruteraan bukan tentang membuat sesuatu secara sembarangan; ia memerlukan penciptaan sistematik menggunakan sains semula jadi, terutamanya mekanik. Mekanik, seperti namanya, adalah sains daya, mengira bagaimana objek berubah dan keadaan apa yang dimasukinya apabila daya dikenakan ke atasnya. Melakukan pengiraan daya ini adalah penting dalam kejuruteraan. Sebagai contoh, arkitek Rom kuno menggunakan prinsip mekanikal semasa mereka bentuk dan membina amfiteater besar-besaran. Mereka bukan sekadar menyusun batu; mereka mengira berat dan tekanan untuk memastikan kestabilan struktur. Jurutera moden juga mereka bentuk struktur yang selamat dan cekap melalui pengiraan dan simulasi yang kompleks. Seorang pereka bangunan mesti mengira pelbagai daya yang bertindak ke atas struktur. Mereka mesti mengambil kira berat bangunan, kekuatan angin, getaran tanah dan banyak lagi, mereka bentuknya untuk menahan daya ini tanpa runtuh. Oleh itu, disiplin mencipta objek buatan berdasarkan pengetahuan mekanikal adalah kejuruteraan.
Sekarang, mari kita terokai kejuruteraan aeroangkasa. Kejuruteraan aeroangkasa, yang bermaksud kejuruteraan penerbangan dan ruang angkasa, melibatkan penciptaan objek buatan untuk digunakan di langit dan angkasa lepas berdasarkan pengetahuan mekanikal. Apakah jenis objek buatan yang digunakan di langit dan angkasa lepas? Ini termasuk kapal terbang, helikopter, roket, peluru berpandu dan satelit. Kejuruteraan aeroangkasa mewakili kemuncak teknologi moden, dan penyelidikan dan pembangunan penting dalam bidang ini sedang dijalankan di seluruh dunia. Satelit buatan mengendalikan komunikasi global, dan sistem GPS telah menjadi alat yang sangat diperlukan dalam kehidupan seharian kita. Tanpa kejuruteraan aeroangkasa, pembangunan teknologi ini tidak mungkin dapat dicapai. Jadi, apakah pengetahuan mekanikal yang diperlukan untuk menciptanya? Empat bidang utama boleh dikenal pasti: mekanik struktur, aerodinamik, mekanik pendorong, dan kejuruteraan kawalan. Ini dirujuk sebagai empat bidang utama kejuruteraan aeroangkasa. Untuk menerangkan perkara yang dilakukan oleh setiap medan ini, mari kita pertimbangkan senario membina kapal terbang.
Untuk membina kapal terbang, anda pada asasnya memerlukan strukturnya. Anda memerlukan komponen seperti sayap untuk membolehkan penerbangan, fiuslaj untuk membawa penumpang dan kargo, dan permukaan ekor untuk mengekalkan keseimbangan. Untuk mencapai matlamat ini, pengiraan diperlukan untuk menentukan berapa banyak daya yang boleh ditahan oleh rangka pesawat tanpa pecah, dan jika ia tidak pecah, berapa banyak ia akan berubah bentuk. Tambahan pula, berapa lama ia boleh bertahan di bawah keadaan ini juga penting. Sebuah pesawat terdiri daripada pelbagai komponen, dan adalah penting untuk memahami bagaimana setiap komponen menahan dan mengedarkan daya tertentu. Ia amat penting untuk mereka bentuk bahan dan struktur yang mampu menahan tekanan dan suhu yang dijana semasa penerbangan berkelajuan tinggi. Oleh itu, mekanik struktur, subjek yang mengira faktor-faktor ini, adalah perlu. Tidak seperti objek buatan manusia yang lain, pesawat menggabungkan struktur yang sangat tidak teratur seperti sayap. Akibatnya, dalam kejuruteraan aeronautik, mekanik struktur memberi penekanan yang ketara pada pengiraan daya yang bertindak pada bentuk yang tidak teratur, membezakannya daripada mekanik struktur dalam bidang kejuruteraan lain.
Katakan kita telah membina struktur pesawat; aspek kritikal seterusnya ialah penerbangan itu sendiri. Pesawat menggunakan sayapnya untuk mencipta perbezaan tekanan di atas dan di bawah permukaan sayap. Perbezaan tekanan ini menghasilkan daya yang mengangkat pesawat, yang dikenali sebagai lif. Aerodinamik ialah disiplin yang mengkaji lif ini. Aerodinamik, yang bermaksud mekanik udara, adalah sains yang mengira semua jenis daya yang dihasilkan oleh pergerakan angin di sekeliling sayap, termasuk lif. Daya yang bertindak pada sayap berbeza-beza bergantung pada bentuknya. Matlamat utama aerodinamik adalah untuk membangunkan bentuk sayap yang menjana daya angkat yang paling besar. Aerodinamik memainkan peranan penting bukan sahaja dalam membuat kapal terbang terbang tetapi juga dalam memaksimumkan kecekapannya. Contohnya termasuk mereka bentuk sayap untuk terbang lebih jauh sambil menggunakan lebih sedikit bahan api dan mengoptimumkan bentuk sayap untuk mengurangkan bunyi.
Sebaik sahaja pesawat boleh terbang, keperluan seterusnya ialah gerakan ke hadapan, bermakna pendorongan diperlukan. Cara untuk pesawat mendapat dorongan termasuk kipas, enjin jet, dan enjin roket. Kejuruteraan yang mereka bentuk sistem pendorong ini dipanggil kejuruteraan pendorong, berdasarkan termodinamik dan mekanik bendalir. Termodinamik ialah kajian kaedah untuk menjana kuasa menggunakan haba yang diperoleh daripada bahan api. Mekanik bendalir ialah kajian tentang aliran bendalir, seperti bahan api dan udara yang diperlukan untuk pembakaran. Sistem pendorong pada asasnya mencampurkan udara termampat dengan bahan api, membakarnya, dan kemudian menggunakan haba yang dijana untuk mencipta tujahan. Kemajuan kejuruteraan pendorong adalah salah satu elemen teras kejuruteraan aeroangkasa. Penyelidikan terkini menumpukan pada membangunkan enjin yang menggunakan bahan api mesra alam untuk mengurangkan pelepasan karbon dioksida sambil memberikan tujahan yang lebih berkuasa. Oleh itu, kedua-dua dinamik ini adalah penting dalam kejuruteraan pendorong.
Kini, kapal terbang boleh terbang dan juga bergerak ke hadapan. Jadi, keperluan terakhir adalah mengawal kapal terbang. Di sini, kawalan bermaksud membimbing objek untuk mencapai keadaan yang dikehendaki. Untuk melakukan ini, kita mesti terlebih dahulu mengetahui keadaan semasa objek, iaitu tempat penderia masuk. Penderia mengesan rangsangan luar seperti suhu, tekanan, kelajuan, kecondongan, dsb., dan menukarnya kepada isyarat elektrik. Ini membolehkan kita mengetahui keadaan objek. Setelah keadaan objek diketahui, langkah seterusnya ialah mengalihkan objek ke keadaan yang dikehendaki. Komponen yang melaksanakan peranan ini dipanggil penggerak. Bersama-sama, sensor dan penggerak membentuk pengawal, dan mereka bentuk pengawal ini adalah tugas kejuruteraan kawalan. Kejuruteraan kawalan memainkan peranan penting bukan sahaja dalam pesawat tetapi juga dalam pelbagai bidang seperti kenderaan autonomi dan dron. Prinsip kejuruteraan kawalan adalah penting untuk operasi stabil sistem kompleks dan menyumbang secara signifikan untuk memastikan keselamatan penerbangan dalam kejuruteraan aeroangkasa.
Ini menyimpulkan penjelasan empat bidang utama kejuruteraan aeroangkasa: struktur, aerodinamik, pendorongan, dan kawalan. Anda mungkin tertanya-tanya jika menggunakan hanya kapal terbang sebagai contoh membayangkan roket beroperasi di bawah dinamik yang berbeza. Ini tidak berlaku. Roket juga bergerak dalam atmosfera seperti kapal terbang sehingga mereka sampai ke angkasa. Daya yang bertindak pada roket di dalam atmosfera adalah serupa dengan yang ada di dalam kapal terbang. Bagaimanapun, keadaan berubah sepenuhnya sebaik sahaja mereka keluar dari atmosfera. Pergerakan dalam graviti sifar dan pendorongan di angkasa mesti mengikut prinsip yang sama sekali berbeza, yang membawa kepada bidang dinamik angkasa yang baharu. Oleh itu, roket pada asasnya tidak berbeza dengan kapal terbang. Satu-satunya perbezaan ialah selepas sampai ke angkasa, trajektori roket mesti dikira berdasarkan graviti sejagat. Oleh itu, kedua-dua kapal terbang dan roket secara asasnya direka berdasarkan empat prinsip asas dinamik ini.
