Dalam bidang aerodinamika, kecepatan suatu objek yang bergerak di udara tidak hanya diukur dalam kilometer per jam, tetapi diklasifikasikan berdasarkan perbandingannya dengan kecepatan suara di lingkungan tersebut. Perbandingan ini dikenal sebagai bilangan Mach ($M$).
Di mana:
-
M adalah Bilangan Mach
-
v adalah kecepatan objek (misalnya, pesawat)
-
a adalah kecepatan suara di medium tersebut (sekitar 343 m/s atau 1.235 km/jam di udara kering pada suhu $20^\circ\text{C}$).
Klasifikasi kecepatan ini sangat penting karena perilaku udara (aliran udara, gelombang kejut, dan gaya aerodinamika) berubah secara drastis pada batas-batas kecepatan tertentu. Berikut adalah klasifikasi utama kecepatan penerbangan:
1. Subsonik (Subsonic)
Definisi:
Kecepatan subsonik adalah semua kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan suara ($M < 1.0$).
Karakteristik:
-
Aliran udara di sekitar objek bersifat inkompresibel (meskipun secara teknis udara selalu kompresibel, efek kompresibilitas diabaikan).
-
Gelombang tekanan (suara) dapat bergerak mendahului objek.
-
Ini adalah kecepatan operasional bagi sebagian besar pesawat komersial dan penerbangan umum.
Contoh:
Pesawat penumpang Airbus A320, Boeing 737, dan pesawat baling-baling.
2. Transonik (Transonic)
Definisi:
Kecepatan transonik adalah kecepatan yang mendekati kecepatan suara ($0.8 < M < 1.2$).
Karakteristik:
-
Ini adalah rentang kecepatan yang paling sulit dan berbahaya dalam aerodinamika.
-
Pada kecepatan ini, sebagian aliran udara di atas permukaan sayap mencapai kecepatan supersonik, sementara bagian lain masih subsonik.
-
Terjadi pembentukan dan penghilangan gelombang kejut (shock waves) lokal yang menyebabkan peningkatan hambatan drastis (dikenal sebagai drag divergence), ketidakstabilan, dan buffeting (guncangan).
-
Fenomena “sonic boom” (ledakan sonik) pertama kali terlihat pada batas atas rentang ini.
Contoh:
Pesawat jet komersial modern umumnya terbang dengan kecepatan jelajah $M \approx 0.85$.
3. Supersonik (Supersonic)
Definisi:
Kecepatan supersonik adalah kecepatan yang melebihi kecepatan suara ($1.2 < M < 5.0$).
Karakteristik:
-
Aliran udara di sekitar objek seluruhnya bersifat kompresibel dan jauh lebih lambat daripada kecepatan objek.
-
Objek secara konstan mendahului gelombang tekanannya sendiri, menghasilkan gelombang kejut miring (oblique shock wave) yang menciptakan fenomena sonic boom yang terdengar di darat.
-
Desain sayap harus sangat tipis dan menyapu ke belakang (sayap delta) untuk meminimalkan hambatan gelombang.
Contoh:
Pesawat tempur F-22 Raptor ($M \approx 2.2$), Pesawat pengintai SR-71 Blackbird ($M \approx 3.3$), dan mantan pesawat penumpang Concorde ($M \approx 2.0$).
4. Hipersonik (Hypersonic)
Definisi:
Kecepatan hipersonik adalah kecepatan yang jauh melebihi kecepatan suara ($M \ge 5.0$).
Karakteristik:
-
Pada kecepatan ekstrem ini, fisika aliran udara sangat berbeda. Gesekan dan kompresi menghasilkan panas yang sangat intens.
-
Suhu pada leading edges (ujung depan) pesawat bisa mencapai ribuan derajat Celsius, memerlukan material tahan panas khusus (ablasi atau keramik).
-
Terjadi dissosiasi dan ionisasi molekul udara (Oksigen dan Nitrogen) di lapisan batas, mengubah komposisi kimia aliran udara (efek gas nyata).
-
Aliran udara dapat membentuk gelombang kejut terlepas (detached shock wave) di depan objek, yang sangat memanaskan udara di belakangnya.
Contoh:
Kendaraan masuk atmosfer (re-entry vehicles) seperti kapsul antariksa, rudal balistik antarbenua (ICBM), dan kendaraan uji hipersonik seperti X-43A dan SR-72 (dalam pengembangan).
Tabel Perbandingan Klasifikasi Kecepatan
| Klasifikasi | Bilangan Mach (M) | Aliran Udara Khas | Fenomena Kunci |
| Subsonik | $M < 0.8$ | Inkompresibel | Aliran Udara Halus |
| Transonik | $0.8 \le M < 1.2$ | Campuran Subsonik & Supersonik | Drag Divergence, Gelombang Kejut Lokal |
| Supersonik | $1.2 \le M < 5.0$ | Kompresibel | Sonic Boom, Gelombang Kejut Miring |
| Hipersonik | $M \ge 5.0$ | Kompresibel Ekstrem | Pemanasan Aerodinamika Intens, Efek Gas Nyata |
💡 Mengapa Batasan Kecepatan Itu Penting?
Setiap batas kecepatan (terutama $M=1$ dan $M=5$) menandai perubahan fundamental dalam cara gaya bekerja pada objek.
-
Dinding Suara ($M=1$): Adalah hambatan yang dulunya dianggap tidak dapat ditembus. Memerlukan kekuatan dan desain aerodinamika yang spesifik untuk menembusnya.
-
Ambang Hipersonik ($M=5$): Melampaui batas ini mengubah masalah aerodinamika menjadi masalah aerotermodinamika (kombinasi aliran udara dan perpindahan panas) dan material yang harus diatasi.
Pengembangan teknologi hipersonik, khususnya, adalah fokus utama penelitian militer dan antariksa modern, menjanjikan waktu tempuh yang sangat singkat dan akses yang lebih cepat ke luar angkasa.
