Mesin Pesawat Rotor Terbuka yang Lebih Ramah Lingkungan

Mesin pesawat masih kurang efisien dari sisi konsumsi bahan bakar dan emisi karbon yang dihasilkan. Teknologi mesin open rotor yang dikembangkan GE dan Safran, kini menawarkan harapan baru.

Data Asosiasi Transportasi Udara Internasional (IATA) menyebutkan penerbangan komersial mengeluarkan 918 juta metrik ton karbon pada 2019. Sekitar setengahnya berasal dari penerbangan berjadwal, sementara itu industri penerbangan menghasilkan sekitar 2,5 persen dari emisi global tahunan.
Angka tersebut diperkirakan akan terus bertambah karena antara 1990 hingga 2019 saja terjadi kenaikan jumlah perjalanan sebesar hampir 300 persen. Emisi karbonnya yang akan dihasilkan bisa tiga kali lipat dalam tiga dekade ke depan, menurut beberapa prediksi, jika penerbangan kembali ke lintasan pertumbuhan pra-Covid-19.
Pada Oktober 2020, IATA berkomitmen untuk mencapai target emisi nol bersih pada 2050. Beberapa maskapai besar di Eropa dan AS telah berkomitmen untuk sejumlah komitmen nol bersih tahun ini.
Untuk mendukung penerbangan yang ramah lingkungan, General Electric (GE) dan Safran bertekad untuk memiliki mesin aero komersial baru yang siap digunakan pada pertengahan 2030-an. Mesinnya diklaim dua puluh persen lebih efisien daripada generasi mesin paling efisien saat ini, seperti mesin turbofan CFM LEAP singkatan dari Leading Edge Aviation Propulsion.
Mesin yang sedang dalam pengujian ini diharapkan dapat mengurangi emisi karbon dioksida hingga 80 hingga 100 persen. Tidak seperti sebelumnya, menariknya, CFM berkomitmen pada rotor terbuka (open rotor) dengan program CFM Revolutionary Innovation for Sustainable Engine (RISE).
Pada acara daring, Presiden dan CEO GE, John Slattery, dan rekannya dari Safran, Olivier Andries, menekankan bahwa saat ini sedang dalam program program teknologi yang akan mengarah pada penerus LEAP. Program CFM RISE memperpanjang kemitraan mereka hingga 2050.
Sejak memulai kemitraan mereka pada 1979, mesin CFM telah berkembang jauh dalam hal efisiensi. Efisiensi bahan bakar generasi LEAP saat ini adalah lima belas persen lebih baik dari keluarga CFM 56-7 sebelumnya, atau ada peningkatan empat puluh persen gabungan dari CFM-2.
Tetapi jika industri penerbangan ingin berkomitmen pada target yang ditetapkan dalam Perjanjian Iklim Paris 2015, pengembangan permesinan harus mengambil langkah besar lainnya. Maka jawabannya adalah pengembangan mesin CFM RISE yang memiliki perbedaan yang sangat signifikan dengan CFM LEAP.
Mesin CFM RISE menggunakan rotor terbuka seperti halnya pesawat dengan bilah baling-baling saat ini. Mesin ini telah dicoba dan diuji sebelumnya oleh dua produsen peralatan asli (OEM) pesawat, meski hingga saat ini belum pernah dioperasikan untuk operasional penerbangan komersial.
Konsep rotor terbuka sebenarnya bukan hal baru. Pada 1986, GE mesin GE36 Unducted Fan (UDF) atau kipas tanpa saluran, berhasil menerbangkan pesawat Boeing 727. Pada 1988, giliran McDonnell-Douglas MD80 yang menggunakan mesin ini.
Sayangnya mesin yang awalnya untuk penghematan bahan bakar ketika harga minyak dunia mengalami kenaikan ini, tidak pernah melampaui tahap pengujian sesungguhnya, apalagi harga bahan bakar kemudian menurun.

Lanjutkan Pengembangan
Walaupun tidak dilirik, namun Safran sebagai mitra pengembangan mesin jenis UDF terus mengembangkan desain rotor terbuka pada Counter-Rotating Open Rotor (CROR). Di bawah program European Clean Sky Sage-2 Open Rotor, sebuah demonstrasi melakukan uji lapangan pada Oktober 2017.
Program tersebut menegaskan bahwa adanya peningkatan efisiensi bahan bakar hingga 30 persen. Safran dan GE telah mengajukan permohonan pendanaan baru di bawah program UE ini yang berlangsung hingga 2028.
"Di balik layar, GE dan Safran melanjutkan pengembangan konsep dan menyelesaikan beberapa uji sejak 2019 hingga peluncuran resmi program CFM RISE hari ini. Kedua perusahaan telah mengerahkan 1.000 insinyur gabungan untuk program tersebut," kata Slattery dikutip Air Insight.
Menurut Wakil Presiden Teknik GE, Mohamed Ali, program tersebut harus menghasilkan peningkatan tunggal terbesar dalam pembakaran bahan bakar yang pernah dibuat. Tidak hanya mesin menjadi dua puluh persen lebih efisien, tetapi integrasi mesin dan pesawat juga bisa membawa keuntungan tiga puluh persen.
Wakil Presiden Teknik Safran, Francois Bastin, menyatakan ada tiga bidang utama membutuhkan pengembangan lebih lanjut. Jadi CFM berkomitmen pada rotor terbuka dengan program RISE. Namun sebelum target tersebut terpenuhi, CFM RISE memiliki daftar panjang yang harus diselesaikan, tiga bidang yang harus dikerjakan, arsitektur yang berbeda, material, dan elektrifikasi hibrida.
Para arsitektur memandang RISE memiliki berbagai opsi, tetapi yang paling ambisius dan paling disukai oleh kedua pembuat mesin adalah rotor terbuka ganda. Meski terlihat ada dua rotor di depan dan belakang, namun hanya rotor depan yang berputar sedangkan rotor belakang statis.
Mohamed Ali mengatakan solusi rotor terbuka itu lebih disukai. GE dan Safran telah mendapatkan banyak pengalaman dengan arsitektur ini, mulai dari tahun delapan puluhan. "Teknologi ini tidak hanya mengurangi bobot dan kerumitan, tetapi juga meningkatkan efisiensi," ucap dia. hay/I-1

Diuji pada Airbus A380

Pengujian mesin CFM Revolutionary Innovation for Sustainable Engine (CFM RISE) akan dilakukan pada pesawat raksasa Airbus A380. Pihak Airbus dan CFM International, perusahaan patungan 50/50 antara GE dan Safran Aircraft Engines, setuju berkolaborasi untuk menguji terbang arsitektur mesin kipas terbuka CFM yang paling mutakhir.
Flight Test Demonstrator (FTD) bertujuan untuk mematangkan dan mempercepat pengembangan teknologi propulsi canggih, untuk Airbus A380. Kampanye uji terbang akan dilakukan pada paruh kedua dekade ini dari fasilitas uji penerbangan Airbus di Toulouse, Prancis.
Menjelang penerbangan uji A380, CFM akan melakukan uji darat mesin, bersama dengan validasi uji terbang di pusat Operasi Uji Penerbangan GE Aviation di Victorville, California, Amerika Serikat. Program uji terbang akan mencapai beberapa tujuan yang dapat berkontribusi pada peningkatan efisiensi mesin dan pesawat di masa depan, termasuk peningkatan pemahaman tentang integrasi mesin/sayap dan kinerja aerodinamis serta peningkatan efisiensi sistem pendorong.
"FTD memvalidasi manfaat kinerja, termasuk efisiensi bahan bakar yang lebih baik yang akan memberikan pengurangan 20 persen dalam emisi CO2 dibandingkan dengan mesin paling efisien saat ini. Pengetesan juga untuk mengevaluasi model akustik, dan memastikan kompatibilitas dengan 100 persen bahan bakar penerbangan berkelanjutan (sustainable aviation fuels/SAF)," tulis laman resmi Airbus.
"Teknologi propulsi baru akan memainkan peran penting dalam mencapai tujuan nol bersih penerbangan, bersama dengan desain pesawat baru dan sumber energi berkelanjutan," kata Sabine Klauke, Chief Technical Officer Airbus.
"Dengan mengevaluasi, mematangkan, dan memvalidasi arsitektur mesin kipas terbuka menggunakan demonstrasi uji terbang khusus, kami secara kolaboratif membuat kontribusi signifikan lainnya untuk kemajuan teknologi yang memungkinkan kami mencapai target dekarbonisasi di seluruh industri kami," imbuh dia.
"Program CFM RISE akan membuat terobosan teknologi dengan mendefinisikan ulang seni dari kemungkinan, dan membantu mencapai pertumbuhan jangka panjang yang lebih berkelanjutan untuk industri kami," kata Gaël Méheust, Presiden dan CEO CFM International.
CFM, perusahaan induknya, dan Airbus semuanya memiliki visi dan komitmen masa depan yang sama. Program demonstrasi uji terbang rotor terbuka adalah langkah menarik berikutnya untuk mencapai tujuan nol bersih industri.
Kolaborasi dengan CFM ini menyoroti keragaman portofolio demonstran teknologi Airbus dan melengkapi pekerjaan yang dilakukan untuk mengevaluasi konsep dan teknologi matang untuk ambisi nol-emisi Airbus. Pada Februari 2022, kedua perusahaan mengumumkan program uji terbang bersama untuk memvalidasi kemampuan propulsi hidrogen. hay/I-1