Gaya Angkat (Lift) Sayap karena Kelembaman (Inersia) Udara dan Kerapatan (Densitas/Viskositas) Udara

Ada beberapa teori mengenai gaya angkat pada sayap pesawat terbang. Teori-teori tersebut antara lain teori Skipping Stone, teori Ventury dan teori Longer Path/Equal Transit. Dari teori tersebut yang sangat populer adalah teori "Longer Path/Equal Transit" yang diyakini kebenarannya dan dipakai di sekolah-sekolah, bahkan di sekolah penerbang utk menjelaskan fenomena gaya angkat pada sayap pesawat. Tapi ternyata para ahli masih memperdebatkan kebenaran teori-teori tersebut.

Pihak Nasa dalam website-nya juga mengulas teori-teori tersebut dan cenderung menganggap teori-teori tersebut salah. Nasa sendiri menyebutkan teori "Lift from Flow Turning" merupakan teori yang benar. Tapi benarkah tidak ada kemungkinan penjelasan lain yang dapat menjelaskan mengenai adanya fenomena gaya angkat pada sayap pesawat? Saya akan mencoba belajar memahami adanya fenomena gaya angkat pada sayap pesawat dari sisi lain.

Benda bergerak dengan kecepatan tinggi melintasi lapisan udara :
 
Molekul udara di depan benda tersebut terpisah ke samping kiri, kanan, atas dan bawah benda. Setelah dilewati benda tsb, udara berusaha kembali ke tempat semula membentuk kerapatan udara seperti sebelum dilintasi benda tersebut di belakang lintasan benda. Tapi karena udara mempunyai sifat kelembaman/inersia, maka udara tersebut membutuhkan waktu untuk kembali mengisi ruang yang ditinggalkannya dan membentuk kerapatan sesuai kerapatan sebelumnya. Hal tersebut mengakibatkan terjadinya ruang/kolom udara dengan tekanan rendah secara sesaat karena kerapatan udara kecil (belum kembali ke kerapatan semula).

Lift pesawat karena adanya kelembaman/inersia udara.

Bila airfoil melintas pada lapisan udara, maka molekul udara akan terpisah di depan leading edge dan mengalir melalui bagian atas dan bawah airfoil menuju trailing edge. Karena adanya kelembaman/inersia udara, maka udara yang melewati bagian atas airfoil tidak segera kembali seluruhnya untuk mengisi ruang yang ditinggalkan dan membentuk kerapatan awal seperti sebelum dilewati airfoil. Hal ini mengakibatkan terjadi kolom udara dengan kerapatan rendah, sehingga terjadi udara bertekanan rendah di atas airfoil tersebut. Semakin tinggi kecepatan airfoil, maka kolom udara bertekanan rendah di atas airfoil tersebut semakin besar serta tekanan yang semakin kecil. Karena tekanan udara di atas airfoil lebih rendah dari tekanan udara di bawah airfoil, maka terjadi gaya angkat pada airfoil tersebut.

Airfoil dengan angle of attact tinggi
 
Untuk bagian atas air foil, penjelasan sama dg air foil dg AoA rendah. Hanya bedanya bila AoA tinggi, maka tekanan udara di atas air foil yang dihasilkan akan lebih rendah, sehingga gaya angkat lebih besar. (catatan : sebelum terjadi turbulensi yg berakibat meningkatnya drag)

Untuk bagian bawah airfoil, udara yg mengalir dari depan yang dilintasi air foil tidak segera/secara cepat meninggalkan ruang tersebut (karena adanya kelembaman/inersia udara) sehingga kerapatan udara di bagian bawah airfoil tinggi dan tekanan udara tinggi.

Dengan tekanan udara di atas airfoil yg bertambah rendah, ditambah tekanan udara di bawah airfoil bertambah tinggi, maka gaya angkat pada sayap pesawat dengan AoA tinggi akan bertambah besar. (sebelum terjadi stall)

Airfoil datar
 
Pada bagian atas air foil, udara yang dilintasi airfoil tidak segera/dengan cepat diisi oleh udara di atasnya (karena kelembaman/inersia udara) sehingga kerapatan udara di atas airfoil rendah dan tekanan udara rendah.

Untuk bagian bawah airfoil, udara yg mengalir dari depan yang dilintasi air foil tidak segera/secara cepat meninggalkan ruang tersebut (karena adanya kelembaman/inersia udara) sehingga kerapatan udara di bagian bawah airfoil tinggi dan tekanan udara tinggi.

Dengan tekanan udara di atas airfoil yg rendah dan di bawah airfoil tinggi, maka timbul gaya angkat pada sayap.

Gaya angkat (lift) pada bola yg berputar (Spinning Ball)
 
Pada permukaan bola yg berputar (menurut arah anak panah) terjagi friksi antara aliran udara dg permukaan bola di bagian depan bola, shg partikel udara terseret ke atas oleh perputaran bola. Kemudian partikel udara terlepas (terlempar) dari pengaruh friksi dg permukaan bola. Karena kelembaman (inersia) udara, maka udara tdk segera mengisi ruang yg ditinggalkan, sehingga kerapatan (densitas/viskositas) udara rendah dan tekanan udara rendah. Akibatnya bola terangkat ke atas (lift).

Demikian pendapat saya mengenai penjelasan timbulnya gaya angkat (lift) pada sayap pesawat. Semoga bisa menjadi  sudut pandang lain dalam menguraikan timbulnya lift tersebut dan menjadi bahan diskusi yang bermanfaat.

(Gatot Sudewo, ST.)