Mass and Balance

MASS AND BALANCE (KESEIMBANGAN PESAWAT TERBANG)

Sebelum membahas keseimbangan pesawat terbang,bayangkan saja sebuah truk yang memuat barang dengan susunan yang tidak seimbang. Rekan-rekan pasti pernah melihat truk terguling karena keliru dalam menyusun muatan sehingga menyebabkan truk tidak seimbang. Sebuah truk saja yang roda depannya digunakan sebagai arah gerak kemudi yang roda tersebut menyentuh tanah akan sulit dikendalikan jika muatan truk tidak seimbang,apalagi sebuah pesawt terbang yang kendalinya bekerja seluruhnya pada ruang udara. Secara tidak langsung,sopir-sopir truk dijalan sudah menerapkan ilmu mass and balance dengan metode kebiasaan atau pengalaman. Dalam ilmu penerbangan,untuk mengatur mass and balance tidak bisa menggunakan ilmu coba-coba,ilmu katanya,atau ilmu pengalaman semata. Mengatur keseimbangan pesawat ada caranya tersendiri dan perhitungannya. terutama bagi Load Master & Load Control yang akan bekerja di lapangan harus mengetahui prosedur mass and balance pesawat terbang. Sebelum belajar mass and balance,rekan-rekan dapat mempelajari buku-buku dibawah ini yang memberikan banyak contoh simulasi perhitungan mass and balance.

• Aircraft Loading and Structural Layout,Donis Howe
• Introduction to Aircraft Aeroelasticity and Loads, J R Wright
• Gust Loads on Aircraft : Concept and Application,Frederic M Hoblit
• Structural Load Analysis for Commercial Transport Aircraft : Theory and Practise,Ted L Lomax
• Flight Performance and Planning I,Jeppesen Oxford ATPL 6
• Aircraft Weight and Balance Handbook,FAA

Mass and balance atau keseimbangan pesawat adalah salah satu hal yang sangat diperhatikan dalam kegiatan penerbangan terutama oleh petugas bagian Load Control. Bagi teman-teman FOO atau siswa-siswi FOO harus paham betul mengapa mass and balance ini sangat penting. Apa yang terjadi kalau kita tidak menghiraukan mass and balance pesawat? Jawabannya ada pada gambar di bawah ini.

Kalau truk atau gerobak jumping pasti sering melihat,tetapi kalau pesawat jamping mungkin sangat jarang terlihat. Gambar di atas adalah contoh-contoh kendaraan yang saat dioperasikan lalai dalam menghitung mass and balance. Bayangkan saja,kalau truk atau gerobak tadi jumping,resikonya paling suspense belakang patah atau body lecet,kalau pesawat yang seperti itu sudah pasti akan keluar biaya mahal lagi untuk memperbaikinya,belum lagi kalau terjadi apa-apa dengan penumpang atau muatannya. Untuk mempelajari mass and balance ini,rekan-rekan harus kembali mereview atau mengingat pelajaran fisika kelas XI SMA tentang momen gaya. Dalam menghitung mass and balance nanti,kita akan menggunakan banyak sekali rumus momen gaya terutama untuk menghitung Center of Gravity atau CG pesawat. Sebelum lebih lanjut,rekan-rekan harus paham istilah-istilah yang berhubungan dengan mass and balance di bawah.

1. CG/ Center of Gravity : Adalah pusat gravitasi atau pusat keseimbangan benda. Yang dimaksud pusat gravitasi pesawat terbang adalah titik pusat keseimbangan pesawat yang berpengaruh terhadap kestabilan pesawat terbang. 
2. Datum : Adalah titik sepanjang sumbu longitudinal pesawat yang ditentukan oleh pabrik pesawat sebagai titik acuan bagi jarak lengan keseimbangan pesawat (arms). 
3. Balance Arms (BA) : Adalah jarak antara datum dengan CG pesawat. 
4. Basic Empty Mass (BEM) : Adalah massa pesawat sudah termasuk standar item atau peralatan standar seperti alat pemadam,meja,bahan bakar yang belum terpakai,oli,dan lain-lain tetapi tidak termasuk crew penerbangan dan penumpang serta bahan bakar yang terpakai. Massa fuel atau bahan bakar yang tidak terpakai maksudnya adalah tidak terbakar pada mesin. Dalam penerbangan tidak boleh sebuah pesawat melakukan penerbangan dengan fuel yang pas-pasan. Fuel pesawat harus diisi melebihi total fuel yang semesetinya digunakan. Fuel yang tidak terpakai itulah yang dinamakan fuel sisa. 
5. Dry Operating Mass (DOM) : Massa total pesawat saat keadaan siap operasi,sudah termasuk seluruh komponen dan kebutuhan saat penerbangan seperti catering,air,bagasi,dan lain-lain. DOM ini digunakan kebanyakan pada pesawat besar seperti pesawat penumpang. Tanpa ada angka DOM dan CG,maka Load and Trim Sheet tidak akan bisa dilengkapi atau diisi. 
6. Operating Mass (OM) : Adalah DOM ditambah dengan take off fuel,tetapi tanpa traffic load. OM = BEM + Variable Load 
7. Traffic Load (TL) : Massa total penumpang,bagasi dan kargo,termasuk juga barang muatan yang bukan kategori muatan bisnis seperti spare part,lampu,troly,dan lain-lain. Useful Load (UL) : Adalah jumlah dari dari traffic load dan take off fuel load. 
8. Maximum Zero Fuel Mass (MZFM) : Adalah massa maximum yang diizinkan pesawat tanpa bahan bakar yang terpakai. 
9. Zero Fuel Mass (ZFM) : Adalah DOM ditambah traffic load tetapi tidak termasuk fuel. 
10. Variable Load (VL) : Load pesawat atau muatan pesawat yang dapat bergerak atau berganti setiap waktu seperti pilot,pramugari,penumpang,bagasi dan termasuk peralatan yang dapat dibongkar pasang. 
11. Take of Mass (TOM) : Adalah massa pesawat termasuk apapun yang termuat pada saat take off run. 

Karena setiap massa di atas sebenarnya massa A dikurangi massa B,massa C ditambah massa D,yang artinya massa di atas adalah sebenarnya penggabungan atau pengurangan dari massa yang lainnya,maka untuk lebih mudahnya kita lihat saja diagram di bawah ini.

Cara membacanya,lihat tanda sama dengan,tanda tambah,dan anak panah. seperti contoh ZFM + TOF = TOM, OM + TL = TOM,dan sebagainya.

Istilah-istilah di atas sangat penting,sebab istilah tersebut mempermudah nantinya dalam mengindikasikan muatan pesawat dan kondisi load pesawat saat itu. Bayangkan jika tidak dipisah antara DOM,OM,MZFM,ketika ditanya oleh general manager perwakilan maskapai " muatan pesawat apa aja yang di bawa?" tidak mungkin kita mau menjawab " pesawat membawa bagasi,penumpang,rak piring,kardus,troly,pemadam,dan lain-lain". Jadi,cukup kita menjawab pesawat kondisi loadnya sudah kondisi DOM.

1. PERHITUNGAN DASAR MOMEN GAYA

Sebelum menghitung CG dan lain-lain,kita kembali mereview atau mengingat pelajaran fisika kelas XI SMA tentang momen gaya. Bagi rekan-rekan siswa-siswi FOO yang dulunya mengambil jurusan IPS,tidak apa-apa karena kita akan belajar dari dasar. Momen gaya adalah gaya dikali dengan jarak terhadap poros atau titik acuan yang dirumuskan sebagai berikut :

Satuan momen gaya adalah Newton Meter atau N.m. Kalau dipenerbangan karena ada sebagian FOO yang menggunakan satuan british dan juga satuan internasional seperti N.m tadi,maka kita juga harus belajar cara mengkonversi satuan seperti meter inch, newton ke pound force (lbs),dan sebagainya. Pada pelajaran momen di SMA,kita pernah belajar tentang arah gerak momen yaitu ada sebagian guru fisika yang menyebut kalau arahnya berlawanan dengan jarum jam (counter clockwise) maka momen gayanya negatif dan ada juga yang menyebutnya positif,ada juga yang menyebut kalau arah momen gayanya searah jarum jam,maka momen gayanya negatif ada juga yang menyebutnya positif. Keduanya tidaklah salah,asalkan diawal mebuat kesepakatan kalau berlawanan arah jarum jam postif maka yang searah jarum jam negatif dan sebaliknya. Tetapi,disisni karena sejak SMA saya terbiasa pakai yang kalau berlawanan negatif dan kalau searah jarum jam positif,maka kita putuskan dari sekarang kalau searah jarum jam positif maka berlawanan negatif sama seperti yang digunakan pada kurikulum jeppesen. Dibwah ini adalah contoh soal fisika kelas XI tentang momen gaya atau torsi :

Pada perhitungan di atas,ada sebuah batang yang di putar dengan tiga buah gaya. Perhatikan anak panahnya semua searah jarum jam jika diputar dengan poros atau acuannya titik yang ditengah atau batang tersebut berputar ke kanan. Dalam perhitungan di atas,jarak gaya dengan titik tumpu masih dalam centimeter dan diubah terlebih dahulu ke meter supaya jadi satuan SI. Dalam perhitungan CG pesawat,kalau dari awal sudah sepakat pakai british maka nanti jaraknya yang centimeter diubah ke inch dan gaya yang satuannya newton di ubah ke pound force (lbf). Ada juga yang menghitung untuk gayanya tetap Newton tetapi jaraknya pakai inch sehingga satuannya jadi N.in,atau jaraknya pakai feet sehingga menjadi N.ft. Apapaun satuan yang dipakai tidak masalah,yang penting arahnya berlawanan atau tidak dengan jarum jam itu yang penting.

2. Perhitungan Dasar BEM dan CG Pesawat

Di sini kita akan melakukan dasar perhitungan BEM dan CG atau istilahnya latihan perhitungan yang mudah atau secara umum untuk CG dan BEM pesawat. Untuk mengingat kembali apa itu CG dan BEM lihat definisi di atas yang sudah dibaca tadi. Di bawah ini adalah contoh light aircraft atau pesawat ringan alias pesawat capung yang akan kita hitung CG dan BEM nya dengan data yang sudah ada dan ditetapkan oleh pabrik pesawat tersebut. Di perhitungan ini kita akan banyak menggunakan perhitungan momen gaya seperti contoh di atas. Di bawah ini adalah pesawat light dengan tiga buah roda,yaitu roda depan,dan dua buah main landing gear yang terletak di kanan dan kiri. ( Untuk letak datum dan berat masing-masing roda sudah ada di manual atau buku panduan pesawat ).

Perhatikan tulisan yang dibold merah. pada nose wheel atau roda depan,karena jaraknya terletak di depan datum,maka arah momennya berlawanan dengan arah jarum jam sehingga momen yang dihasilkan negatif. Untuk mencari BEM, dihitung dengan cara membagi antara total berat yang ditopang atau dibebankan pada masing-masing roda dengan percepatan gravitasi.

3. Menentukan CG Saat Take Off dan CG Saat Landing

3.1. Menentukan CG saat Take Off

Menentukan CG saat take off diperlukan supaya ketika pesawat akan terbang,tidak terjadi pesawat berat sebelah atau pesawat terlalu berat di belakang atau depan. Mengukur CG pesawat saat pesawat akan take off berarti masih terdapat fuel atau bahan bakar yang belum terpakai. Di bawah ini adalah data load sheet atau data muatan yang diisi oleh FOO ketika akan menghitung load pesawat. Pesawat yang digunakan pada perhitungan di bawah ini adalah jenis light aircraft atau pesawat ringan,anggap saja namanya pesawat Marcopolo X dengan 6 kursi,etapi kursi nomor 5 dan 6 tidak ada penumpangnya alias kosong. Pesawat tersebut membawa bagasi tetapi hanya ruang bagasi B yang diisi muatan,sedangkan ruang bagasi A dibiarkan kosong. Berikut adalah data sebelum pesawat berangkat :

• Basic empty mass 2415 lbs 
• Front seat occupants 340 lbs 
• 3rd and 4th seat passengers 340 lbs 
• 5th and 6th Seat passengers empty/nil 
• Baggage zone A empty/nil 
• Baggage zone B 200 lbs 
• Fuel at engine start 60 US gallons 
• Trip fuel (calculated fuel burn) 40 US gallons 

Dengan data di atas,kita akan mengetahui letak CG saat take off. Untuk trip fuel atau bahan bakar yang terbakar selama perjalanan dihitung berdasarkan SFC atau specific fuel consumption mesin pesawat dan didapat selama perjalanan,pesawat akan menghabiskan 40 US gallons atau setara dengan 152 Liter. Ketika di apron,jumlah bahan bakar yang diisi ke pesawat adalah 60 US gallons atau setara dengan 227 Liter. Itu berarti, pesawat terbang dengan bahan bakar cadangan 20 US gallons.

Dibawah ini adalah tahapan untuk menghitung CG pesawat saat take off dengan kriteria seperti data di atas tadi.

-Jumlahkan semua massa pada kolom massa secara vertikal atau ke bawah untuk mendapatkan nilai ZFM,RM,dan TOM. Setelah dihitung ke bawah didapat ZFM = 3295 lb,RM = 3655 lb,dan TOM = RM-Start/Taxi Fuel = 3655-13 = 3642 lb. ( Lihat di manual pesawat untuk memastikan MZFM,MSTM,dan TOM tidak melebihi batas yang ditentukan pabrik pesawat karena kalau kelebihan berarti kita harus mengurangi beban pada pesawat terbang tersebut).

-Jumlahkan momen yang telah dihitung secara vertikal ke bawah untuk menentukan momen total bagi ZFM,RM,dan TOM. Setelah dihitung,didapat ZFM moment =284286 lb.in,RM Moment = 284286 + 27000 = 311286 lb.in,dan TOM moment = 311286 -1000 = 310286.

-Bagi moment pada TOM dengan TOM untuk menentukan letak CG saat take off. Maka kita masukkan saja ke rumus TOM CG = TOM Moment/TOM = 310290 /3642 =85,2 inchi di belakang datum.

Dari perhitungan di atas,kita mendapat letak CG dengan kondisi ZFM dan TOM pesawat adalah 85,2 inchi dibelakang datum pesawat. Setelah itu ,rekan-rekan lihat saja di manual atau panduan pesawat,apakah letak CG tersebut masih berada pada batas CG pesawat yang ditentukan pabrik. Andaikata setelah melihat buku manual pesawat ternyata batas CG pesawat antara 60-80 inchi di belakang datum,maka dengan hasil CG yang kita hitung tadi 85,2 inchi menyatakan bahwa pesawat dilarang berangkat karena saat take off nanti pesawatnya jumping atau berat belakang. Tetatpi andaikata batas CG-nya 60-87 inchi ,maka pesawat diizinkan terbang karena CG-nya masih berada di jarak aman yaitu 85,2 inchi.

3.2. Menentukan CG saat Landing /Mendarat

Menghitung CG pesawat saat landing penting juga dilakukan untuk mengetahui perubahan CG saat pesawat akan mendarat. Ketika landing,jelas bahan bakar pesawat berkurang karena selama perjalanan sebagian bahan bakarnya sudah terbakar di mesin pesawat. Hal ini menyebabkan letak CG agak sedikit bergeser. Simplenya,kenapa CG saat landing harus diketahui karena ketika pilot mendaratkan pesawatnya dapat memperkirakan berapa sudut menukik hidung pesawat atau kalau orang penerbangan menyebutnya sudut gamma yang harus diberikan supaya pesawat landing dengan aman. Jika sebelum terbang,CG untuk landing tidak diperhitungkan maka,ketika akan mendarat bisa saja pilot terlalu menaikkan atau menukikkan hidung pesawatnya sementara CG pesawat berada jauh di belakang datum dan dapat menyebabkan pesawat jumping atau berat belakang. Langkah untuk menghitung CG saat landing ada di bawah ini.

-Dari data di atas tadi,hitung momen dari trip fuel atau bahan bakar yang digunakan selama penerbangan. Pada beberapa pesawat kecil atau capung,panjang lengan momen atau arms biasanya tidak bergeser karena ukuran pesawatnya kecil jadi bergeser tiga atau dua cm masih bisa ditoleransi,tetapi untuk pesawat besar jelas berpengaruh,karena ketika bahan bakar sudah berkurang selama terbang,letak arms tidak ahnya bergeser satu dua cm saja,tetapi bisa lima puluh cm atau bahkan satu meter.

-Untuk trip fuel karena massa bahan bakarnya berkuran maka massanya ditulis negatif walaupun panjang lengan atau arms nya berada dibelakang datum atau positif,maka momentnya tetap ditulis negatif.

-Lihat massa TOM lalu kurangidengan masa fuel yang digunakan selama penerbangan untuk mendapatkan massa saat landing. ( LM = 3642-240 =3402 lbs )

-Langkah berikutnya lihat di buku manual untuk memastikan landing mass atau massa saat landing tidak melebihi batas yang ditentukan.

-Pada kolom moments,tentukan arah dari fuel moments untuk menentukan landing moments. ( LM = 310286 – [240 x 75] = 310286 – 18000 = 292286 lb in [atau 2922.9 lb in

Untuk menyingkatnya dengan dibagi 100]) Pembagian momen/100 adalah untuk bentuk penyingkatan supaya kolom tidak terisi penuh dengan angka,seperti kalau kita menulis ketinggian 27000 feet cukup tulis FL270 dan sebagainya.

-Hitung CG saat landing dengan membagi antara momen saat landing dengan massa saat landing. ( landing CG = 292286 ÷ 3402 = 85.92 inchi di belakang datum karena arahnya positif )

Dari kesimpulan di atas untuk CG saat take off adalah 85,2 inchi dibelakang datum dan saat landing 85,92 inchi. Berarti,ketika terbang,pesawat bahan bakarnya berkuran dan menyebabkan letak CG nya berubah kebelakang dari yang semula 85,2 inchi menjadi 85,92 inchi.