FENOMENA

Kedahsyatan mesin jet ternyata terletak pada nisbah tekanan udara, dan bukan pada volume. Itu sebabnya ukuran mesin bisa dibuat semakin kecil, tak peduli pesawat yang didorongnya puluhan ton beratnya. Sebuah fenomena tentang kedahsyatan 'oksigen' dan mesin rancangan manusia.

Mesin F100-PW-229/Foto: Modern Fighting Aircraft

Berbeda dengan tulisan sebelumnya yang cenderung berupa perkara alam yang sulit dipahami, kali ini Angkasa mengetengahkan 'fenomena' yang telah terkalkulasi. Ini adalah tentang dahsyatnya kekuatan oksigen dalam sebuah mesin jet yang selanjutnya bisa mengantar manusia menaklukan buana. Kini, yang namanya mesin jet tentu bukanlah sesuatu yang asing lagi. Akan tetapi, pernahkah Anda memahami bagaimana dahsyatnya puntiran udara panas di dalamnya hingga bisa mengantar sebuah Super Guppy yang beratnya ratusan ton terbang melintas negara. Berkat perlakuan udara seperti ini pula sebuah F-4 Phantom II yang beratnya puluhan ton bisa melesat lebih dari dua kali kecepatan suara (Satu kecepatan suara atau mach 1 = 1.244 km/jam).

Lewat teknik kompresi yang dipanaskan, secara teoretis, semburan udara dari sebuah mesin jet seberat 1,4 hingga 1,8 ton mampu mendorong benda dengan berat lebih dari tujuh kalinya. Adalah Frank Whittle (Inggris) dan Hans von Ohain (Jerman) yang memelopori perancangan mesin ajaib ini. Dari tempat berlainan, pada 1928, mereka memulainya dengan prinsip turbin gas. Kala itu dunia kedirgantaraan terkesiap, karena gara-gara mesin ini sebuah pesawat yang sebelumnya terbang mendayu-dayu dengan mesin radial (piston berpropeler) mampu melesat cepat sekali.

Karena masih merupakan bentuk awal, jet ciptaan Whittle dan Ohain tentu saja masih begitu sederhana dan tak menarik. Efisiensi kerja di bagian dalamnya pun masih jauh dari bagus. Namun kini, demikian catatan Tom Clancy dalam Fighter Wing: A Guided Tour of an Air Force Combat Wing (1993), kepresisian jeroan-nya bahkan lebih tinggi dari jam tangan buatan Swiss.

Akan tetapi tak ada teknologi yang stagnasi. Masih dalam dekade 50-an saja, misalnya, Amerika telah menciptakan dua jenis jet, dimana yang satu merupakan revisi dari yang lainnya. Jet pertama yang diciptakan AS pertengahan dekade 50-an, J57-P-7 buatan Pratt & Whitney, untuk pertama kalinya di dunia mampu mendorong F-100 Super Sabre hingga mach 1,25. Udara panas yang disemburkan memiliki tenaga dorong 7,272 ton.

Siapa sangka jika hanya dalam tiga tahun, telah muncul mesin yang lebih unggul, yakni General Eletric J79-GE-15. Dialah yang kemudian mendorong Phantom seberat 24,766 ton hingga mach 2,2. Daya dorongnya mencapai 8,136 ton. Perang di Vietnam secara tak langsung memang telah memacu para insinyurnya menciptakan yang lebih baik. Lewat J79 ini juga dunia diperkenalkan pada teknologi augmentor, perangkap udara panas yang mampu mendongkrak tenaga kinetik semburan jet. Perangkap ini berupa perpanjangan exhaust yang dilengkapi penyembur bahan bakar. Cara kerjanya memang dengan menyembur udara panas kembali dengan bahan bakar. Itu sebabnya teknik ini biasa disebut pula dengan afterburner.

Teknik augmentor ini bisa melipatgandakan tenaga hingga 50 persen. Namun, pemakaian modus ini perlu berkali-kali dipertimbangkan mengingat perangainya yang mampu menguras bahan bakar lebih cepat. Dengan afterburner, sebuah Phantom hanya bisa bertahan di udara tak lebih dari delapan menit!

Oksigen yang menakjubkan

Dari sudut pandang lain, kita pun bisa melihat bahwa dalam ketenangannya udara menyimpan energi potensial yang begitu luar biasa dahsyat. Dari susunan komponennya, yang dimaksud udara tentunya adalah nitrogen, oksigen, dan hidrogen. Dalam lapisan atmosfer Bumi, nitrogen mendominasi dengan persentase mencapai 76 persen. Kedudukan kedua ditempati oksigen, 21 persen, dan posisi selanjutnya oleh unsur gas lain.

Namun, dari ragam komponen udara tersebut ternyata adalah oksigen yang paling berperan dalam proses pembakaran yang menakjubkan tadi. Meski demikian para ilmuwan mengaku, tak banyak sifat yang bisa dikupas dari unsur eksotis yang berperan dalam menopang kehidupan. Asal-muasalnya pun masih serba gelap, dan tak diketahui benar mengapa ia hanya 'cinta' dengan Bumi. Dari sekian penyelidikan identitasnya, mereka pun hanya mengetahui sifat-sifatnya yang umum saja. Tanaman misalnya mampu mendaur-ulang oksigen yang telah diikat karbon.

Pernahkah Anda melihat sebuah lilin yang dibiarkan menyala lalu ditutup gelas. Api tersebut lambat-laun pasti padam karena ketersediaan oksigen sebagai penunjang proses pembakaran kian menipis. Beberapa waktu lalu, Angkasa bahkan mengetengahkan drama unik yang dialami penerbang tempur Rusia ketika sedang melesat dengan pesawat tempurnya hingga lapisan atmosfer yang lumayan tinggi. Mesin jetnya tiba-tiba padam dan penerbangnya pun meluncur deras ke Bumi. Diduga sang mesin telah kehabisan suplai oksigen.

Apapun itu, ditengah 'kesederhanaannya' dan walau kehidupan di dunia ini sudah tak asing lagi dengannya, oksigen memang masih menampakkan sifatnya yang fenomental. Berkat kedahsyatannya itu pula, belakangan para insinyur Pratt & Whitney kembali berhasil mendayagunakannya sebagai tenaga dorong yang luar biasa dahsyat. Lebih dahsyat dari hanya sekadar J79.

Mesin ini diberi kode F100-PW-229. Keluarga F100 ini, kini, diakui sebagai mesin terdahsyat di dunia yang merupakan pilihan utama dari jet-jet tempur kelas mutakhir, macam F-15 dan F-16. Ukurannya lebih kecil dan lebih ringan dari mesin-mesin sebelumnya, namun berkat rekayasa yang begitu tinggi pada manajemen ruang bakar, lorong by-pass udara, dan segi struktur metal campuran untuk bilah turbin yang tahan panas (hingga 1.204°C), F100 mampu membongkar energi dari udara yang meluncur di dalamnya hingga memberikan tenaga dorong mencapai 13,181 ton. Itu sebabnya, pesawat tempur moderen F-15 Eagle seberat 30 ton berhasil mencatatkan delapan rekor dunia dalam hal menanjak cepat ketika mesin ini dicobakan padanya pada tahun 1975. Phantom dan MiG-25 yang sebelumnya begitu ditakuti, kala itu mendadak jadi nampak 'renta' di belakangnya.

Dengan ukuran (berat dan volume) yang telah menciut hingga duapertiga dari mesin sebelumnya, kehebatan F100 terletak pada penempatan bilah-bilah kipas (turbofan) di muka komresor yang mampu mendongkrak nilai nisbah tekanan (pressure ratio) yang biasa dijadikan pegangan dalam menilai sebuah mesin pendorong. Pressure ratio adalah perbandingan antara tekanan udara yang keluar dari cerobong kompresor terhadap tekanan udara ketika akan masuk lubang kompresor.

Secara teknis, ternyata ada tujuan tertentu yang berkaitan dengan masalah oksigen di balik penempatan kipas yang begitu presisi dengan hitungan yang 'njelimet' tersebut. Melalui sebuah penelitian yang sistematis, ternyata diketahui bahwa kipas (fan) di muka bisa mempertinggi suplai oksigen walau volume udara yang masuk telah diperkecil. Dan ternyata efeknya berantai. Sebab, dengan semakin kayanya oksigen, proses pembakaran bisa menjadi lebih efisien.

Hal ini terbukti dengan kian hematnya bahan bakar terpakai yang mencapai 20 persen. Proses afterburner pun kian efektif. Hal ini nampak dari melonjaknya tenaga dorong, dari yang hanya 50 persen menjadi 65 persen. Dengan demikian tak heran jika, dengan tambahan Full-Authority Digital Engine Control yang bisa mempertinggi efisiensi penggunaan bahan bakar, seri F100 paling akhir yakni F119-PW-100 selanjutnya terpilih sebagai mesin pesawat tempur terbaru AS, F-22 Raptor.

Namun apapun itu, kini kita telah semakin mahfum bahwa oksigen memang menyimpan begitu banyak sifat yang menakjubkan. Sifat yang uniknya hingga kini belum diketahui. (adr)