Mesin Turbojet Nuklir, Perkembangan teknologi mesin jet, Mesin Turbofan

Mesin Turbojet Nuklir

Enam tahun setelah pemboman nuklir pertama di Hiroshima dan Nagasaki, sebuah proyek rahasia diluncurkan dari badan nuklir AS (Atomic Energy Commission/AEC) dan Angkatan Udara Amerika Serikat yang pelaksanaannya ditugaskan kepada GE yang kemudian bersekutu dengan pabrik pesawat Convair untuk mempelajari dalam kurun waktu lima tahun apakah pesawat udara bertenaga mesin jet nuklir dapat dibuat.
GE kemudian membentuk Departemen Propulsi Nuklir (Aircraft Nuclear Propulsion Department/ANPD) yang menangani proyek ambisius Amerika Serikat dalam kompleks Evendale yang dijaga secara ketat untuk menjamin kerahasiaannya. Pesaingnya Pratt & Whitney (P & W) berkongsi dengan pabrik pesawat Lockheed (kini Lockheed Martin) tidak ketinggalan menyelenggarakan proyek yang sama meski tidak ditunjuk pemerintah AS.
Proyeknya diberi sandi X211 dibawah kendali Bruno Bruckmann, seorang veteran mesin jet Jerman dalam Perang Dunia II, juga orang kedua dalam pabrik Bavarian Motor Works (BMW) yang membuat berbagai mesin pesawat terbang termasuk mesin jet untuk Angkatan Udara Jerman dalam perang. Teknisi lain yang dilibatkan adalah Hans von Ohain, ahli roket Jerman Werner von Braun dan Peter Kappus (yang kemudian menjadi ahli mesin jet GE dan yang mengkonsep sistem lepas landas dan mendarat secara vertikal/Vertical Take-off Landing atau VTOL). Teknisi-teknisi Jerman tersebut dibawa ke Amerika dalam operasi rahasia yang terkenal dengan Operation Paper Clip guna memperkuat posisi Amerika Serikat dalam bidang teknologi dalam menghadapi Perang Dingin dengan Uni Soviet.
Mesin X211, yang kemudian merupakan mesin raksasa ini, memiliki konsep yang sederhana, yakni mesin turbin gas yang terdiri dari dua mesin dipadukan dalam satu sumber reaktor nuklir yang dilengkapi dengan variable stator compressor. Kemudian pada dasarnya adalah mesin turbojet dengan afterburner. Panjang mesin ini adalah 41 kaki (sekitar 12 meter) dengan afterburner yang dapat menghimpun tenaga dorong sebesar 34.600 pound.
Baik pabrik GE/Convair dan P & W/Lockheed butuh waktu untuk mengembangkan mesin jet nuklir ini, terutama sekali segi keamanan radiasi nuklir yang mungkin ditimbulkannya. Sehingga menjelang tutup tahun 1956 pun belum bisa menyodorkan data apakah memungkinkan atau tidak mesin tersebut dapat mentenagai pembom WS-125.
Angkatan Udara jadi kurang sabar dan mengambil kesimpulan bahwa pesawat pembom WS-125 kurang efektif sebagai pesawat pembom strategis sehingga programnya dibekukan. Namun demikian GE tetap melanjutkan proyek X211 meski tidak ada target penggunaannya. Program X211 akhirnya dihentikan pada tahun 1959. Sementara antara tahun 1956-1959 ada perdebatan dalam Departemen Pertahanan dan Keamanan Amerika Serikat mengenai dana pengembangan pesawat pembom konvensional versus pembom strategis bermesin turbojet nuklir.
Secara resmi proyek mesin jet nuklir ini akhirnya dinyatakan pengembangannya pada tahun 1961, tatkala dana untuk pengembangannya dicoret dari anggaran Angkatan Bersenjata Amerika Serikat. Mesin X-211 pun hanya menjadi bagian sejarah. Proyek ini sebenarnya mencerminkan keseriusan Amerika Serikat yang pada awalnya tertinggal dalam penemuan dan pengembangan mesin jet.

Perkembangan teknologi mesin jet

Mesin jet atau yang juga dikenal sebagai mesin turbin gas juga dikembangkan tidak hanya untuk pesawat terbang tetapi juga untuk kapal dan di darat untuk kendaraan terutama kendaraan berat seperti tank dan mesin-mesin pembangkit listrik dan mesin untuk industri. Ada empat jenis mesin turbojet antara lain mesin turbojet dan turbofan yakni mesin yang tenaganya diperoleh dari reaksi yang didapat dari daya dorong semburan jet-nya. Jenis yang lain adalah turboprop dan turboshaft yang bekerja dengan prinsip lain yakni energi dari gas panasnya digunakan untuk memutar/menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan baling-baling atau dikenal juga dengan sebutan power output shaft.
Mesin rekasi jet sederhana kemudian dikembangkan menjadi twin-spool low by pass ratio turbojet. Kini dari turbojet low by-pass ratio, berkembang menjadi triple-spool front fan high by-pass ratio turbojet atau lebih dikenal sebagai high bypass turbofan dan fanjet. Masih berupa konsep adalah mesin prop-fan dan UDF (unducted fan) dan contra rotating-fan.
Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Rolls-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat Concorde. Versi lain adalah mesin Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.

Mesin Turbofan

Mesin Turbofan adalah mesin yang umum dari turunan mesin-mesin turbin gas untuk menggerakkan pesawat terbang baik komersial maupun pesawat tempur. Mesin ini sebenarnya adalah sebuah mesin by-pass dimana sebagian dari udara dipadatkan dan disalurkan ke ruang pembakaran, sementara sisanya dengan kepadatan rendah disalurkan sekeliling bagian luar ruang pembakaran. Sekaligus udara tersebut berfungsi untuk mendinginkan suhu ruang pembakaran.
Udara yang di by-pass ini ada yang dicampur dengan udara panas pembakaran pada turbin bagian belakang seperti pada mesin Rolls-Royce Spey yang digunakan pada pesawat Fokker F-28. Ada pula yang disalurkan dengan pipa-pipa halus ke atmosfer. Mesin yang menggunakan type ini contohnya adalah mesin RB211 yang digunakan pada pesawat Boeing B 747 dan GE CF6-80C2 yang digunakan pada pesawat DC-10 serta P &W JT 9D.
Beberapa mesin yang menggunakan jenis mesin turbofan adalah Rolls-Royce Tay pada pesawat Fokker F-100 (yang dijuluki mesin fanjet), mesin Adour Mk871 yang digunakan pada pesawat tempur type Hawk Mk 100 dan Hawk Mk 200, pesawat tempur Jaguar dan Mitsubishi F-1 yang digunakan AU Jepang.
Kemudian mesin high by-pass turbofan yang diterapkan pada mesin CFM56-5C2 yang dipakai oleh pesawat Airbus A340 dan mesin CFM56-3 yang dipakai pada Boeing B-737 serie 300, 400 dan 500 yang merupakan produk bersama antara GE dengan SNECMA dari Perancis.
Pada pesawat militer, mesin turbofan yang diterapkan antara lain adalah mesin TF39-1C yang dipakai pada pesawat angkut raksasa C-5 Galaxy, kemudian GE F110 yang dipakai pada F-16, GE F118 yang bertype non-augmented turbofan yang diterapkan pada pesawat pembom stealth Northrop-Grumman B-2 dan pembom B-1 dengan mesin non augmented turbofan GE F101.

Mesin Turboprop

Mesin Turboprop adalah mesin turbojet dengan turbin tambahan yang dirancang sedemikian rupa untuk menyerap semburan sisa bahan bakar yang sebelumnya menggerakkan kompresor. Pada prakteknya selalu ada sisa semburan gas dan sisa inilah yang dipakai untuk mengerakkan turbin yang dihubungkan ke reduction gear, biasanya terletak di bagian mesin, memutar baling-baling.
Jenis mesin ini irit bahan bakar untuk pesawat berkecepatan rendah/sedang dan terbang rendah (400 mil per jam/30.000 kaki). Melalui teknologi maju, selain irit juga menghasilkan tingkat kebisingan yang rendah dan mampu meluncurkan pesawat degnan kecepatan 400 mil per jam.
Contoh mesin turboprop yang populer adalah mesin Rolls-Royce Dart yang dipakai pada pesawat Britih Aerospace atau BAe (dulu Hawker Siddeley) HS-748 dan Fokker F-27. Kemudian mesin Rolls-Royce Tyne yang digunakan pada pesawat jenis Transall C-160 dan BAe Vanguard.
Mesin jenis ini tenaganya diukur dengan total equivalent horsepower (tehp) atau kilowatt(kW)-shaft horsepower (shp) plus sisa daya dorong. Sebagai contoh, mesin Tyne dengan take-off power 4.985 tehp (3.720 kW) sampai 6.100 tehp (4.550 kW) merupakan mesin turpboprop yang paling kuat dan irit bahan bakar.

Mesin Turboshaft

Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya dihubungkan langsung dengan reduction gearbox atau ke sebuah shaft (sumbu) sehingga tenaganya diukur dalam shaft horsepower (shp) atau kilowatt (kW).
Jenis mesin ini umumnya digunakan untuk menggerakkan helikopter, yakni menggerakan rotor utama maupun rotor ekor (tail rotor) selain itu juga digunakan dalam sektor industri dan maritim termask untuk pembangkit listrik, stasiun pompa gas dan minyak, hovercraft, dan kapal.
Contoh mesin ini adalah GEM/RR 1004 bertenaga 900 shp yang diterapkan pada helikopter type Lynx dan mesin Gnome 1.660 shp (1.238 kW) pada helikopter Sea King. Sedangkan versi Industri lain adalah mesin pembangkit listrik 25-30 MW Rolls-Royce RB211 dengan 35.000-40.000 shp.
Contoh lain adalah mesin GE T64 yang dipakai pada helikopter Sikorsy CH-53, pesawat amfibi Shin Meiwa PS-1, G-222 Aeritalia-pesaing CN-235 dan helikopter Lockheed AH-56A.