Desain roket air(water rocket)

Mengenal Roket Air Roket air adalah roket yang
berbahan bakar atau lebih
tepatnya berbahan pendorong
air dan udara bertekanan.
Seperti kita ketahui bersama
bahwa udara dalam suatu ruangan akan menekan ke
segala arah dan akan mengalir
menuju tekanan yang lebih
rendah. Dengan dasar tersebut
jika suatu botol diisi dengan
udara dengan tekanan tertentu maka udara dalam botol akan
menekan ke segala arah dan jika
botol dilubangi pada suatu titik
maka udara akan keluar dari
lubang tersebut dan akan
menyebabkan gaya yang berlawanan arah dari keluarnya
udara.
Roket bekerja karena ada aksi
dan reaksi (hukum Newton
ketiga). Perubahan momentum
pada lubang pengeluaran sama dengan perubahan momentum
yang dialami roket, jadi air dan
udara yang keluar dari dalam
botol menyebabkan botol
terdorong berlawanan arah dari
keluarnya air dan udara. Cara Kerja Roket Air Cara kerja roket air tidaklah
sesulit yang kita bayangkan
dalam teori. Cara kerjanya cukup
sederhana yaitu botol air mineral
yang kita gunakan sebagai
badan roket diisi air dengan volume tertentu kemudian udara
dimasukkan dengan cara
dikompresikan ke dalam botol,
kemudian botol ditahan agar
tidak terlepas, setelah air dan
udara di dalam botol mencapai tekanan tertentu, botol dilepas
sehingga botol akan meluncur
berlawanan arah dengan arah
keluarnya air dan udara
bertekanan. Untuk
mengkompresikan udara, mengetahui tekanan dalam botol,
menahan botol dan
meluncurkannya diperlukan suatu
mekanisme yang disebut launcher
(mekanisme peluncur). Desain dan Konstruksi Dalam mendesain roket air kita
perlu memperhitungkan
beberapa aspek yang penting.
Beberapa aspek tersebut adalah:
1. Keselamatan bagi diri sendiri
dan orang lain 2. Keilmuan
3. Teknologi dan inovasi
4. Kemudahan pengoperasian dan
perawatan
5. Ketepatan pemilihan bahan
dan umur pakai 6. EstetikaDesain dan konstruksi
roket air dan launcher sangat
bermacam-macam, sesuai dengan
fungsi dan sistem yang
dipergunakan. Launcher dan Roket A. Bagian-bagian Launcher dan
fungsinya
Launcher mempunyai bagian-
bagian yang mempunyai fungsi
tertentu. Launcher pada
umumnya terdiri dari beberapa sistem yaitu sistem pengisian
udara, sistem penjepit/penahan
roket, sistem pengarah, sistem
penyangga dan lain lain.
1. Pipa pengisian udara dan
pengarah Pipa ini terbuat dari alumunium
yang ringan namun kuat
sehingga mampu mengarahkan
roket. Pipa ini juga berfungsi
untuk mengisi udara kedalam
roket tanpa gelembung udara yang menyebabkan roket akan
berubah posisi sebelum
diluncurkan.
2. Penjepit
Penjepit menahan roket sampai
tekanan dalam roket sebelum diluncurkan dan melepaskan
roket saat tekanan udara di
dalam roket sudah mencapai
yang ditentukan.
3. Seal
Seal mampu menahan kebocoran yang menyebabkan thrust
berkurang sebelum diluncurkan.
4. Katup
Katup berfungsi menahan
tekanan dalam roket agar
tekanan tidak keluar atau kembali menuju pompa.
5. Pressure Gauge
Pressure gauge berfungsi untuk
mengetahui tekanan udara dalam
roket.
6. Pentil Ban Sepeda Motor Pentil berfungsi untuk
menghubungkan launcher dengan
sumber udara yang berupa
pompa atau kompresor. Selain itu
pentil juga mempunyai katup
yang dapat menahan tekanan dan mencegah kebocoran.
7. Penyangga
Penyangga berfungsi untuk
memperkokoh posisi launcher
pada permukaan tanah, juga
mengatur pada sudut berapa roket akan diluncurkan. B. Bagian-bagian Roket Air dan
Fungsinya
Roket air didesain untuk
memenuhi kriteria tertentu,
misalnya desain roket untuk
mencapai ketinggian maksimum berbeda dengan desain roket
untuk ketepatan target, oleh
karena itu bentuk, ukuran dan
jumlah komponen tiap desain
roket air berbeda-beda. Pada
umumnya bagian-bagian roket adalah nose cone, body, fin,
nozzle dan bagian-bagian lain
untuk menambah kestabilan dan
nilai estetika.
1. Nose cone
Nose cone adalah bagian yang paling ujung dari sebuah roket,
dari nose cone ini bisa
ditentukan Cd (coefficient of
drag). Sebagai contoh berikut ini
adalah macam-macam bentuk
nose cone dan nilai Cdnya. Bentuk nose cone mempengaruhi
kestabilan roket saat meluncur,
selain itu juga menentukan
kecepatan roket. Untuk
kecepatan roket yang mendekati
kecepatan suara, bentuk 2A dan 2D karena lebih tumpul pada
bagian ujung dan lebih mudah
untuk mengalirkan udara. Untuk
bentuk 2B dan 2C dipakai pada
roket yang kecepatannya
melebihi kecepatan suara sehingga dibutuhkan ujung lancip
untuk membelah udara dalam
kecepatan tinggi dan
membutuhkan kepresisian yang
tinggi dalam pembuatan dan
pemasangannya. Selain itu material pembuatannya harus
lebih kuat. Nose cone 2E jarang
digunakan karena nilai Cdnya
sangat besar dan memperbesar
drag (hambatan udara) sehingga
menyebabkan ketidak stabilan roket.
2. Body
Dalam pembuatan roket air
sering kali ruang kompresi roket
dibuat sebagai body roket pula.
Ada keuntungan dan kerugiannya. Keuntungan antara
lain bahan yang digunakan lebih
sedikit sehingga lebih ringan.
Kerugiannya body roket mudah
berubah bentuk karena terkena
tekanan udara dari dalam. Kemudian, body tidak rata
karena kontur botol bekas air
mineral kebanyakan mempunyai
alur-alur, dan hal ini
berpengaruh pada hambatan
angin yang diterima roket. Selain itu karena terpengaruh oleh
tekanan udara di dalam ruang
kompresi, kekuatan body menjadi
berkurang setelah diluncurkan,
sehingga tidak bisa dipakai
berulang-ulang, jika dipaksakan berpotensi menimbulkan
kecelakaan/roket meledak.
Idealnya body dan ruang
kompresi roket dipisah sehingga
lebih aman dan body dapat
dipakai berulang-ulang, kestabilan roket lebih baik
karena body tidak berubah
bentuk.
3. Fin
Fin adalah bagian yang sangat
penting dari sebuah roket. Fin berfungsi sebagai pengarah
aliran udara dari ujung roket
menuju belakang. Oleh karena itu
fin berfungsi membuat gerakan
roket lebih stabil. Seperti halnya
nose cone, bentuk fin juga berpengaruh pada kestabilan.
Kecepatan roket juga
berpengaruh pada pemilihan
bentuk fin.
Pada umumnya fin menurut
bentuknya dibedakan menjadi tiga yaitu fin konvensional,
cylindrical dan gabungan. Fin
konvensional biasanya berupa
lembaran tipis berbentuk
segitiga, jajaran genjang
ataupun setengah lingkaran. Fin konvensional biasanya dibuat
banyak (multiple).Sedangkan fin
cylindrical berbentuk lingkaran
atau silinder, pada umumnya
hanya sebuah saja (single). Fin
gabungan biasanya pada bagian atas berupa lembaran tetapi
pada bagian bawah berbentuk
silinder. Pemasangan fin juga
bermacam-macam posisi dan
metode pemasangannya. Semua
bentuk dan cara pemasangan fin tergantung pada kriteria yang
ingin dicapai roket.
Lebar fin juga mempengaruhi luas
penampang roket, makin lebar
fin, makin lebar pula luas
penampang roket. Makin lebar luas penampang roket makin
mudah roket mengalirkan udara,
tetapi juga makin besar
hambatan udara yang diterima
roket.
Masing-masing bentuk fin mempunyai kelebihan dan
kekurangan. Fin konvensional
mampu menyalurkan udara
dengan baik, tetapi luas
penampang roket menjadi lebih
lebar, apalagi jika fin yang digunakan lebih banyak, sehingga
semakin berat dan
mempengaruhi CP dan CG. Fin
cylindrical lebih sempit luas
penampangnya, tetapi kurang
sesuai untuk roket yang bergerak pada fluida udara dan
lebih cocok pada fluida cair. Oleh
karena itu fin cylindrical lebih
sering dipakai pada torpedo.
Sedangkan desain fin gabungan
dimaksudkan untuk menggabungkan kelebihan dan
meminimalkan kekurangan
masing-masing bentuk fin.
4. Nozzle
Nozzle adalah salah satu bagian
penting dari sebuah roket karena nozzle juga menentukan
besarnya thrust. Ukuran nozzle
juga mempengaruhi kecepatan
dan thrust duration. Selain
sebagai lubang keluarnya
campuran air dan udara, nozzle juga berfungsi sebagai
penghubung antara roket dan
launcher. Karena menghubungkan
antara roket dan launcher maka
desain launcher, nozzle dan
roket harus sesuai, karena itu bentuk nozzle menjadi beragam.
Bentuk nozzle menurut
konstruksi, bentuk dan ukuran
lubangnya dapat dibedakan
menjadi beberapa macam yaitu
nozzle tetap, nozzle bergerak, open mouth nozzle, restricted
nozzle dan nozzle dengan difuser.
Nozzle tetap adalah nozzle yang
konstruksinya tetap terhadap
mulut botol. Nozzle model ini sulit
untuk dibongkar-pasang, tetapi kuat. Nozzle bergerak atau biasa
disebut T-nozzle adalah nozzle
yang konstruksinya dapat
bergerak. Nozzle ini dimasukkan
ke dalam ruang kompresi roket
dan bergerak bebas di dalamnya. Saat mulai meluncur nozzle akan
bergerak menuju mulut botol dan
berada tepat pada mulut botol
dan berfungsi seperti nozzle
pada umumnya. Pemasangan T-
nozzle ini cukup sulit karena jika tidak dilakukan secara hati-hati
nozzle akan keluar dari roket
pada saat thrust, bisa juga
nozzle tidak terpasang sempurna
saat terjadi thrust sehingga
terjadi kebocoran, bahkan yang lebih parah lagi nozzle justru
akan menutup mulut botol dan
mengurangi thrust yang
dihasilkan.
Open mouth nozzle adalah
konstruksi nozzle yang paling sederhana karena menggunakan
mulut botol sebagai nozzle.
Thrust yang dihasilkan sangat
besar namun thrust duration
pendek. Restricted nozzle sering
digunakan karena mudah dibongkar-pasang, ukuran
lubangnya bisa bervariasi dan
dapat dipakai berulang-ulang.
Konstruksi nozzle ini
membutuhkan biaya yang cukup
mahal karena biasanya terbuat dari plastik ataupun logam ringan
seperti alumunium. Nozzle dengan
difuser konstruksinya bisa
seperti nozzle yang lebih dulu
disebutkan tetapi mempunyai
difuser atau penghalang pada lubang nozzle. Difuser akan
memecahkan aliran fluida saat
terjadi thrust.
Setiap nozzle didesain agar
mencapai unjuk kerja yang
diinginkan. Nozzle dengan lubang besar menghasilkan thrust yang
besar, tetapi thrust duration
pendek. Sebaliknya nozzle
dengan lubang sempit
menghasilkan thrust duration
yang panjang namun thrust yang dihasilkan kecil. Pada roket yang
diluncurkan dengan sudut kurang
dari 60o lebih membutuhkan
thrust yang besar agar terjadi
lift sehingga roket dapat
mencapai target yang ditentukan. Jika yang dibutuhkan
roket yang dapat mencapai
ketinggian maksimum dan waktu
di udara cukup lama, maka nozzle
yang digunakan adalah nozzle
yang menghasilkan thrust duration panjang.
5. Bagian tambahanBagian
tambahan ini digunakan sebagai
pelengkap, modifikasi dan untuk
mendapatkan kestabilan dan
performa yang lebih baik. Bagian tersebut antara lain: Peredam
benturan pada nose cone,
parasut, pemberat untuk
memajukan CG dari CP, sustainer
atau ruang kompresi ke-dua,
dan lain-lain yang digunakan untuk pemasangan fin, nose
cone, nozzle. Bagian tambahan ini
tidak mutlak digunakan untuk
semua roket dan hanya