Mach
Angka Mach ( atau ) (dieja pengucapan: /ˈmɑːk/, kadang /ˈmɑːx/ atau /ˈmæk/) adalah satuan kecepatan yang umum untuk mengekspresikan kecepatan suatu pesawat terbang relatif terhadap kecepatan suara. Satuan biasanya ditempatkan sebelum angka pengukurannya seperti Mach 1,0 untuk kecepatan suara, Mach 2,0 untuk dua kali kecepatan suara. Angka sebenarnya kecepatan suara tergantung kepada tingkat tekanan dan suhu atmosfer. Pada suhu udara 0°C dan tekanan udara 1 atmosfer (atm), kecepatan suara adalah 1.088 ft/s atau 331.6 m/s atau 748 mil/j.
.jpg)
Ikhtisar
Kecepatan suara dapat dirumuskan dengan persamaan , di mana T adalah temperatur udara (K) dan a adalah kecepatan suara (m/s). Persamaan tersebut berlaku untuk gas sempurna. Harga kecepatan suara untuk atmosfer standar berdasarkan U.S. Standard Atmosphere, 1962 dapat dilihat pada tabel berikut:
| Ketinggian (km) | Kecepatan suara (m/s) |
|---|---|
| 0 | 340.294 |
| 1 | 336.435 |
| 2 | 332.532 |
| 3 | 328.583 |
| 4 | 324.589 |
| 5 | 320.543 |
| 6 | 316.452 |
| 7 | 312.306 |
| 8 | 308.105 |
| 9 | 303.848 |
| 10 | 299.532 |
| 11 | 295.154 |
| 12 | 295.069 |
| 13 | 295.069 |
| 14 | 295.069 |
| 15 | 295.069 |
| 16 | 295.069 |
| 17 | 295.069 |
| 18 | 295.069 |
| 19 | 295.069 |
| 20 | 295.069 |
Mach bukan suatu singkatan atau akronim, tetapi nama seorang ahli fisika asal Austria yaitu Ernst Mach (1838-1916), yang pada tahun 1897 menerbitkan karya ilmiah yang penting tentang prinsip-prinsip dasar supersonik. Mach mengusulkan sebuah bilangan untuk menyatakan perbandingan kecepatan suatu benda terhadap kecepatan suara. Ialah orang pertama yang mengerti prinsip-prinsip aerodinamika supersonik.
Ketika sebuah benda (dimisalkan sebuah pesawat) menembus udara, molekul udara di dekat pesawat terganggu. Jika pesawat melintas pada kecepatan rendah (umumnya kurang dari 250 mph), kecepatan udara akan tetap . Namun pada kecepatan yang lebih tinggi, sebagian energi pesawat menekan udara dan mengubah kerapatan udara setempat. Efek kompresibilitas ini meningkatkan jumlah gaya resultan pesawat. Efek ini kian penting sejalan dengan pertambahan kecepatan.
Saat mendekati atau melampaui kecepatan suara (sekitar 330 m/s atau 760 mph) gangguan kecil pada aliran udara tersalurkan ke wilayah lain dalam kondisi konstan. Gangguan besar akan memengaruhi daya angkat dan hambatan pesawat. Bisa dikatakan rasio kecepatan suatu benda dengan kecepatan suara di udara (gas) menentukan efek kompresibilitas. Karena itu rasio kecepatan tersebut menjadi penting dan dijadikan parameter. Belakangan para ahli aerodinamika menyebut parameter ini sebagai bilangan Mach (mach number). Mach number (M) memungkinkan untuk mendefinisikan "perilaku" pesawat terhadap efek kompresibilitas.
Klasifikasi angka Mach
Mach number biasa digunakan dalam menentukan kecepatan pesawat bahkan peluru atau peluru kendali (roket). Dengan menggunakan Mach number, kecepatan dibagi menjadi enam wilayah yakni:
| Kecepatan | Kecepatan terbang | Karakteristik umum pesawat | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| (Mach) | (knot) | (mpj) | (km/j) | (m/s) | ||
| Subsonik | <0,8 | <530 | <609 | <980 | <273 | Paling banyak berupa pesawat berpendorong baling-baling dan turbofan komersial dengan sayap beraspek rasio tinggi (ramping) dan desain tumpul seperti pada hidung dan tepi depan sayap.
Rentang kecepatan subsonik adalah rentang kecepatan ketika semua alira udara di sekeliling pesawat memiliki kecepatan kurang dari Mach 1. Angka Mach kritis (Mcrit) adalah kecepatan alir bebas terendah yang mana aliran udara di sekitar pesawat mencapai Mach 1 untuk pertama kalinya. Maka rentang kecepatan subsonik adalah rentang kecepatan terbang yang kurang dari Mcrit. |
| Transonik | 0,8–1,3 | 530–794 | 609–914 | 980–1.470 | 273–409 | Pesawat transonik hampir selalu memiliki sayap menyapu, menyebabkan penundaan divergensi gaya hambat, dan sering kali memiliki desain yang menyesuaikan prinsip aturan luas Whitcomb.
Rentang kecepatan transonik adalah rentang kecepatan ketika aliran udara di sekeliling sebuah pesawat memiliki kecepatan antara subsonik dan supersonik. Maka rentang kecepatan terbang antara Mcrit dan Mach 1,3 disebut sebagai rentang transonik. |
| Supersonik | 1,3–5,0 | 794-3.308 | 915-3.806 | 1.470–6.126 | 410–1.702 | Rentang kecepatan supersonik adalah rentang kecepatan ketika semua aliran udara di sekeliling sebuah pesawat memiliki kecepatan supersonik (lebih dari Mach 1). Namun, aliran udara yang mengenai tepi depan sayap akan diperlambat, maka kecepatan alir bebas harus sedikit lebih tinggi dari Mach 1 untuk menjamin semua aliran di sekitar pesawat berkecepatan supersonik. Secara umum disepakati bahwa rentang kecepatan supersonik dimulai saat kecepatan alir bebas lebih tinggi dari Mach 1.3.
Pesawat yang dirancang untuk terbang pada kecepatan supersonik memiliki perbedaan drastis dalam desain aerodinamisnya karena adanya perbedaan radikal pada perilaku aliran udara di atas Mach 1. Tepi ujung bersudut tajam, bagian aerofoil tipis, dan bidang ekor/kanarad sering dipakai. Desain peswat supersonik yang "sebenarnya" termasuk F-104 Starfighter, SR-71 Blackbird, dan BAC/Aérospatiale Concorde. |
| Hipersonik | 5,0–10,0 | 3.308–6.615 | 3.806–7.680 | 6.126–12.251 | 1.702–3.403 | X-15, dengan kecepatan Mach 6,72 adalah salah satu pesawat berawak tercepat. Biasanya kendaraan dengan kecepatan ini memiliki kulit nikel-titanium berpendingin; rangka yang sangat terintegrasi, sayap kecil, seperti pada X-51A Waverider (Mach 5). |
| Hipersonik tinggi | 10,0–25,0 | 6.615–16.537 | 7.680–19.031 | 12.251–30.626 | 3.403–8.508 | NASA X-43, dengan kecepatan Mach 9,6 adalah salah satu pesawat tercepat. Pengendalian panas menjadi pertimbangan desain yang dominan. Struktur harus dirancang untuk beroperasi dalam kondisi panas atau dilindungi oleh ubin silikat khusus. Aliran reaksi kimiawi juga dapat menyebabkan korosi pada kulit kendaraan, disebabkan oleh atom oksigen bebas yang terdapat pada aliran berkecepatan sangat tinggi. Rancangan kendaraan hipersonik sering kali dipaksa menerapkan konfigurasi rangka tumpul disebabkan oleh fenomena meningkatnya pemanasan aerodinamis seiring berkurangnya radius lengkungan. |
| Kecepatan masuk atmosfer kembali | >25,0 | >16.537 | >19.031 | >30.626 | >8.508 | Pelindung panas ablatif, sayap kecil atau tanpa sayap, bentuk rangka yang tumpul |
Menariknya, pemakaian angka Mach bukan diperkenalkan oleh Mach sendiri. Istilah itu diperkenalkan oleh insinyur Swiss Jacob Ackeret pada tahun 1929. Mach sendiri tidak menamai angka tersebut sebagai Mach Number waktu itu. Kata Mach kemudian terbiasa dipakai orang dan sekaligus sebagai penghormatan kepada Ernest Mach atas jasa-jasanya mengembangkan prinsip-prinsip dasar supersonik. Belakangan muncul juga Mach Angle (Sudut Mach) dan Mach Reflection dalam aerodinamika supersonik.
Dalam dunia penerbangan, umumnya pesawat yang memiliki kemampuan supersonik adalah pesawat tempur seperti halnya F-16, MiG-29, MiG 25 atau Rafale. Sedangkan pesawat sipil umumnya berkecepatan subsonik, kecuali Concorde dan Tu-144 Concordski (concorde versi Rusia). Dalam sejarah tercatat pesawat Bell X-1A adalah pesawat pertama yang menembus kecepatan supersonik yakni 1.650 mpj (Mach 2,44) pada tanggal 12 Desember 1953 yang diterbangkan oleh pilot Chuck Yeager.
Lihat pula
Referensi dan pranala luar
- Gas Dynamics Toolbox Calculate Mach number and normal shock wave parameters for mixtures of perfect and imperfect gases.
- NASA's page on Mach Number Calculate Mach number.
- NewByte standard atmosphere calculator and speed converter