Kaca Pesawat Berbentuk Oval, Kok Bukan Kotak? Begini Kata Sains

tirto.id - Bentuk kaca pesawat tidak seperti umumnya jendela yang berbentuk kotak atau persegi. Jendela pesawat memiliki bentuk kaca oval. Desain ini ternyata memiliki alasan teknik dan berkaitan dengan keselamatan.

Pesawat penumpang pertama di dunia, de Havilland Comet, awalnya memiliki jendela berbentuk persegi. Namun, bentuk jendela turut menyebabkan hancurnya kedua pesawat di udara pada 1954, sebagaimana dijelaskan di laman Travel and Leisure Asia.

Insiden tersebut membawa inovasi baru dalam dunia penerbangan, khususnya bentuk pesawat. Kemampuan jendela kotak dan oval mempunyai perbedaan dalam menahan perbedaan tekanan di dalam dan di luar pesawat.

Prinsip kerja sistem cabin pressurization berkaitan dengan kenyamanan penumpang selama berada di ketinggian. Bentuk kaca oval turut mengurangi risiko retakan badan pesawat.

Prinsip Kerja Sistem Cabin Pressurization

Ketika pesawat mulai terbang dan berada dalam ketinggian tertentu, udara kurang padat serta tekanan udara minim. Ketika tekanan udara menurun, pesawat memiliki sistem pengatur tekanan.

Tugas sistem pengatur tekanan adalah meningkatkan tekanan kabin ke tingkat yang lebih tinggi daripada tekanan ambien di luar. Seperti dilansir dari laman Aircraft Owners and Pilots Association(AOPA), pilot dan penumpang merasa seolah-olah berada di ketinggian yang lebih rendah.

Badan pesawat bertekanan dirancang agar kedap udara dan cukup kuat untuk menahan perbedaan tekanan dalam dan luar kabin. Sebagian besar sistem pengatur tekanan kabin bersifat otomatis dan memiliki pengontrol.

Kabin yang nyaman dan aman berkaitan dengan suhu, kelembapan, sirkulasi udara, dan tekanan kabin. Ketika pesawat beroperasi pada ketinggian jelajah antara 25.000–50.000 kaki, tekanan kabin umumnya berada di kisaran 6.000–8.000 kaki.

Melansir laman Boldmethod, udara sekitar dimasukkan ke dalam kompresor, yang biasanya merupakan mesin pesawat. Ketika dikompresi, udara memanas dengan cepat.

Udara panas kemudian dialirkan melalui unit pendingin, seperti penukar panas bahan bakar-udara. Melalui saluran udara, lalu dimasukkan ke dalam kabin.

Adapun serangkaian katup luapan atau katup keluar mengatur seberapa cepat udara dilepaskan dari kabin. Udara masuk ke kabin lebih cepat daripada yang dilepaskan sehingga menciptakan lingkungan kabin bertekanan tinggi yang aman bagi penumpang.

Lebih lanjut, buku The Airliner Cabin Environment and the Health of Passengers and Crew menjelaskan bahwa selama penerbangan, Electric Concentration System (ECS) mempertahankan tekanan kabin.

Inilah yang menyebabkan tekanan parsial oksigen berada di tingkat yang bisa diterima, dengan mengompresi udara luar bertekanan rendah dan memasok ke dalam kabin.

Tujuan utama pemberian tekanan dalam kabin adalah menjaga tekanan parsial oksigen atau partial pressure of oxygen (PO2) pada tingkat yang bisa diterima. Selain itu, ECS mencegah perubahan tekanan kabin yang cepat.

Perubahan tekanan yang cepat bisa menyebabkan perubahan volume yang ditempati oleh gas di dalam rongga tubuh dan mengakibatkan ketidaknyamanan.

Tak hanya di bagian dalam kabin, kulit pesawat dan sekat tekanan di bagian belakang kabin membentuk lambung tekanan. Ini memungkinkan pesawat untuk menahan tekanan yang diperlukan selama penerbangan.

Saat terbang, udara bertekanan dari kompresor mesin disuplai ke kabin. Tekanan kabin dikendalikan oleh katup keluar. Katup-katup tersebut dikontrol secara otomatis untuk mempertahankan tekanan kabin, tapi bisa diubah secara manual melalui kontrol kokpit.

Fenomena Stress Concentration

Stress concentration atau konsentrasi tegangan didefinisikan sebagai lonjakan tegangan internal yang terlokalisasi dan terjadi ketika komponen struktural memiliki ketidakaturan geometris. Di antaranya seperti lubang, lekukan, atau sudut tajam yang mengganggu aliran tegangan yang lancar.

Mengacu Aviatopia, konsentrasi tegangan menjadi salah satu penyebab utama retak kelelahan atau fatigue cracking rangka pesawat logam. Pasalnya, setiap struktur pesawat membawa beban yang merambat melalui material sebagai tegangan internal.

Ketika geometri material seragam, tegangan terdistribusi secara merata. Namun, ketika sesuatu mengganggu geometri, tegangan tidak bisa mengalir dengan lancar dan menumpuk di tempat gangguan.

Hal inilah yang turut menjadi alasan mengapa bentuk jendela pesawat itu oval, bukan kotak. Fenomena stress concentration terjadi pada pesawat de Havilland Comet 1, seturut penjelasan laman Federal Aviation Administration(FAA).

Pesawat tersebut mengalami serangkaian kerusakan di udara sebelum akhirnya ditemukan bahwa umur kelelahan badan pesawat jauh lebih pendek daripada yang terungkap melalui pengujian.

Sebelum tercatat mengalami kecelakaan 2 kali pada 1954, pesawat ternyata sempat mengalami masalah setahun sebelumnya atau 1953. Kecelakaan pertama akibat kerusakan struktur terjadi 6 menit setelah lepas landas dan menewaskan semua orang.

Para penyelidik menyimpulkan, struktur pesawat mengalami kegagalan akibat tekanan berlebih yang disebabkan oleh embusan angin kencang dari badai. Penyebab lainnya, pilot terlalu mengendalikan pesawat saat mencoba terbang menembus badai.

Baru kemudian pada 2 kecelakaan selanjutnya terungkap secara spesifik melalui pengujian investigatif bahwa jendela yang berbentuk persegi menciptakan konsentrasi tegangan yang jauh lebih tinggi dari yang diperkirakan.

Konsentrasi tegangan ini menyebabkan kelelahan material atau material fatigue di sekitar sudut jendela. Hal ini dengan cepat membikin kerusakan badan pesawat. Insiden tersebut menjadi pembelajaran penting dalam dunia aviasi mengenai bentuk jendela pesawat, oval atau persegi.

Dengan mendesain jendela pesawat berbentuk oval, yang berkaitan dengan tekanan dan konsentrasi tegangan, hal ini menjadi kemajuan tersendiri sehingga bisa meminimalisir risiko kecelakaan.

Material Fatigue & Risiko Retakan Badan Pesawat

Kelelahan material (material fatigue) dikenal juga sebagai kelelahan logam (metal fatigue). Mengutip laman One Monroe Aerospace, material fatigue merupakan fenomena yang melibatkan pelemahan bertahap suatu material akibat tekanan berulang.

Fenomena ini sering kali melibatkan pembentukan retakan halus atau mikroskopis. Namun, tekanan berulang dalam jangka waktu lama bisa menyebabkan terbentuknya retakan kecil di titik-titik konsentrasi tekanan.

Pada kelelahan material, kerusakan terjadi seiring waktu setelah terpapar tegangan berkali-kali. Fenomena ini disebabkan oleh tekanan dan penurunan tekanan kabin.

Saat pesawat naik, kabin diberi tekanan demi kenyamanan dan keamanan penumpang. Kemudian, saat pesawat turun, tekanan di kabin diturunkan. Siklus tekanan dan penurunan tekanan bisa membebani badan pesawat yang mengakibatkan kelelahan material.

Berkaitan dengan tekanan ini, jendela pesawat dibentuk oval agar mengurangi konsentrasi tegangan yang bisa memicu retakan. Maka, material di badan pesawat atau kabin tidak mengalami kelelahan yang berpotensi meningkatkan risiko retakan.

Pasalnya, konsentrasi tegangan menjadi penyebab utama retak akibat kelelahan material. Desain pesawat dengan jendela oval dinilai bisa mencegah retakan akibat material fatigue dari konsentrasi tegangan setelah tekanan berulang.