Kenapa tingkap kapal terbang berbentuk bujur?5 min read

Pernahkan anda terfikir kenapa tingkap pada kapal terbang berbentuk bujur tetapi tingkap rumah anda berbentuk segi empat? Kenapa kapal terbang tidak mempunyai bentuk yang sama seperti tingkap bilik anda yang berbentuk segi empat? Sebab kenapa tingkap pesawat tidak mempunyai bentuk petak semuanya kerana hukum fizik dan beberapa sejarah hitam yang menyebabkan jurutera memahami bagaimana bentuk sesuatu objek mempengaruhi kekuatan struktur. Sebelum itu, mari kita lihat sejarah tingkap kapal terbang.

Sejarah tingkap kapal terbang

Sejarah penerbangan komersial bermula pada tahun 1920, namun masih lagi belum popular. Ketika itu, kapal terbang komersial yang membawa penumpang adalah pesawat kecil dan mempunyai kabin yang berbentuk petak. Semakin tahun berlalu, semakin besar pesawat komersial. Tingkap pesawat juga pada ketika ini adalah dalam bentuk segi empat. Haa rupa-rupanya pesawat pada asalnya mempunyai tingkap berbentuk petak! Kenapa sekarang ianya berbentuk bujur?

Kembali kepada garis masa sejarah, semakin penerbangan komersial menjadi popular, semakin tinggi syarikat penerbangan menerbangkan pesawatnya untuk menjimatkan kos kerana kepadatan udara yang rendah pada altitud tinggi seterusnya mengurangkan daya seret (drag force). Namun, penerbangan pada ketinggian yang tinggi memberikan masalah kerana manusia tidak mampu bertahan ketinggian 30,000 kaki. Untuk membolehkan penerbangan altitud tinggi, pereka kapal terbang memperkenalkan tekanan kabin atau cabin pressurisation ada tahun 1938. Tekanan kabin memberikan udara yang ditinggikan tekanannya supaya manusia dapat bertahan di dalam kabin pada altitud tinggi.

Pengenalan tekanan kabin ini menyebabkan struktur bentuk kabin pesawat berubah kepada bentuk silinder untuk menampung tekanan tinggi dari dalam kabin kerana bentuk silinder adalah lebih kuat. Namun, pereka pesawat tertinggal satu perkara iaitu, tingkapnya yang masih berbentuk segi empat. Tingkap berbentuk segi empat ini membawa tragedi kerana pada tahun 1953 sahaja terdapat tiga pesawat komersial berkecai di udara mengorbankan 43 orang. Punca kemalangan ini disebakan terdapanya titik lemah pada bucu tingkap pesawat tersebut. Mujur, jurutera dan pereka pesawat mengesan dan mempelajari punca kelemahan reka bentuk ini. Selepas pada itu, tingkap pesawat berbentuk bujur diperkenalkan dan menjadi kebisaan.

Kenapa tingkap kapal terbang tidak berbentuk segi empat
Serpihan pesawat dijumpai mendapati bahawa terdapat retakan pada bucu tingkap.

Kenapa tingkap kapal terbang berbentuk bujur?

Kapal terbang komersial terbang pada altitud yang tinggi iaitu sekitar 30,000 kaki atau 9150 meter. Semakin tinggi altitud, semakin rendah tekanan udara. Disebabkan itu, kabin kapal terbang perlu diberikan tekanan bersesuaian dengan tekanan udara yang diperlukan oleh manusia. Ini akan menghasilkan perbezaan tekanan antara dalam kabin dan luar pesawat. Umpama belon yang ditiup, badan pesawat akan mengembang sedikit. Akan terdapat tegasan (stress) pada badan pesawat. Jika tingkap tidak wujud, tegasan tersebut akan diedarkan secara sama rata. Namun, terdapat halangan pada badan pesawat iaitu tingkap. Halangan ini menyebabkan aliran tegasan tertumpu pada bucu tingkap, jika tingkap pesawat dalam bentuk segi empat.

Oleh itu, pereka pesawat memahami fenomena ini dan menggantikan tingkap pesawat yang berbentuk segi empat kepada bujur. Bentuk bujur juga menganggu aliran tegasan (stress flow) dan membuatkan badan pesawat lebih lemah berbanding jika tiada tingkap. Walaubagaimanapun, bentuk tingkap bujur ini membolehkan aliran tegasan mengalir dalam aliran yang tidak terlalu menyebabkan tegasan yang tinggi. Fenomena ini dipanggil stress concentration atau kepekatan tegasan.

Kenapa tingkap kapal terbang berbentuk bujur
Animasi menunjukkan terdapatnya perbezaan tekanan antara luar dan dalam pesawat akibat tekanan udara di dalam kabin.

Kepekatan tegasan

Apakah itu kepekatan tegasan? Kepekatan tegasan berlaku apabila terdapat ketidakaturan dalam geometri atau bahan komponen struktur yang menyebabkan gangguan pada aliran tegasan. Untuk memahami apakah aliran tegasan, kita perlu memahami bagaimana tegasan (stress) mengalir dalam sesuatu struktur. Bayangkan, sungai yang mengalir tenang. Jika terdapat batu besar di tengah-tengahnya, terdapat gangguan kepada aliran sungai. Gangguan ini menyebabkan air mengalir lebih deras di keliling batu tersebut. Sama seperti aliran tegangan pada struktur fizikal. Tanpa gangguan aliran tegangan, struktur tersebut dalam keadaaan kuat.

Gambarajah di bawah menunjukkan perbezaan aliran tegasan pada struktur jika tiada halangan, halangan segi empat dan halangan bujur. Garis merah menunjukkan aliran tegasan yang mengalir dalam sesebuah struktur. Struktur lebih kuat apabila tegasan diagihkan secara sama rata ke atas kawasannya seperti yang ditunjuk dalam gambarajah paling kiri. Halangan bersegi empat menghasilkan empat titik lemah pada struktur kerana garis kepekatan tegasan yang sangat rapat antara satu sama lain.

Kenapa tingkap kapal terbang berbentuk bujur
Kepekatan tegasan pada geometri bucu berlainan

Contoh yang kita boleh ambil, ialah rumah. Dinding rumah anda merupakan sebuah struktur fizikal yang terdapatnya stress atau tegasan mengalir dari atas hingga ke bawah. Ini kerana dinding rumah anda perlu menampung berat bumbung, perkakasan elektrik di dalam atap dan berat batu bata disebabkan tarikan graviti yang menarik ke bawah. Tanpa gangguan seperti pintu dan tingkap struktur dinding rumah anda sangat kuat. Namun, terdapat tingkap yang menyebabkan aliran tegasan terganggu. Aliran ini menyebabkan terdapat kepadatan tegasan yang tinggi ada bucu tingkap.

Rumusan

Secara ringkasnya, kenapa tingkap kapal terbang berbentuk bujur adalah kerana gangguan pada struktur badan pesawat berbentuk bujur tidak melemahkan struktur badan pesawat berbanding gangguan berbentuk segi empat. Dengan pengetahuan ini, mungkin anda boleh mengaplikasikan konsep ini di dalam rekaan reka bentuk atau projek anda!

Rujukan

https://www.aerotime.aero/23023-why-airplane-windows-are-round

https://en.wikipedia.org/wiki/Cabin_pressurization

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *