Aircraft Engine (เครื่องยนต์) Part 1

เครื่องบินจำเป็นต้องเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเพื่อให้มีอากาศไหลผ่านปีก การที่เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ต้องมีแรงขับเพื่อดันมัน แรงขับนี้ได้มาจากเครื่องยนต์ของเครื่องบินนั่นเอง

โดยทั่วไปเราแบ่งเครื่องยนต์ของเครื่องบินเป็นสองประเภท คือ เครื่องยนต์แบบใบพัด (Propeller) และเครื่องยนต์แบบเจ็ต (Jet) เครื่องยนต์แบบใบพัดยังสามารถแยกประเภทย่อยลงไปได้อีกเป็นสองประเภท คือ เครื่องยนต์แบบลูกสูบ (Piston prop) และเครื่องยนต์แบบเทอร์ไบน์ (Turboprop) ส่วนเครื่องยนต์แบบเจ็ตนั้นมีหลายประเภทแต่ที่ใช้กันส่วนใหญ่เป็นแบบที่เรียกว่าเทอร์โบแฟน (Turbofan)

เครื่องยนต์เครื่องบินแบบลูกสูบนั้นคล้ายกันมากกับเครื่องยนต์ของรถยนต์แต่จะมีขนาดใหญ่กว่า เครื่องประเภทนี้เป็นเครื่องยนต์ลูกสูบแบบสี่จังหวะ หมายความว่าในหนึ่งรอบมีสี่จังหวะ โดยจังหวะแรกเป็นการให้อากาศและเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ จังหวะที่สองเป็นการบีบอัดอากาศและเชื้อเพลิงดังกล่าว จังหวะที่สามมีการจุดหัวเทียนทำให้เกิดการเผาไหม้และขยายตัวอย่างรวดเร็วของแก๊ส ส่วนจังหวะที่สี่คือการไล่ไอเสียออกจากห้องเผาไหม้ แล้วก็กลับไปเริ่มจังหวะหนึ่งใหม่ เราสามารถดึงพลังงานมาใช้ได้จากจังหวะที่สามตอนที่แก๊สขยายตัวเพื่อดันลูกสูบ โดยลูกสูบจะเชื่อมกับเพลาที่ทำหน้าที่หมุนใบพัด ใบพัดนี้เองที่สร้างแรงขับให้กับเครื่องบิน

การเผาไหม้มีแต่เชื้อเพลิงอย่างเดียวไม่ได้ จำเป็นต้องมีออกซิเจนด้วย ออกซิเจนที่เผาไหม้ในเครื่องยนต์มาจากในอากาศ เครื่องยนต์ลูกสูบทั่วไปจึงมีคอมเพรสเซอร์เพื่ออัดอากาศก่อนที่จะเข้าสู่ห้องเผาไหม้เพื่อเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์ สาเหตุที่เป็นเช่นนี้เพราะอากาศที่ถูกบีบอัดมีจำนวนโมเลกุลของออกซิเจนอยู่มากกว่า จึงทำให้เผาไหม้กับเชื้อเพลิงได้มากขึ้นในหนึ่งรอบ เป็นผลให้เครื่องยนต์ให้กำลังมากขึ้นด้วย

แต่ว่าคอมเพรสเซอร์ไม่สามารถทำงานได้ด้วยตัวมันเองดังนั้นต้องมีอะไรซักอย่างไปขับมัน มีอยู่สองวิธีที่ใช้กัน คือ การต่อคอมเพรสเซอร์เข้ากับเพลาที่หมุนโดยลูกสูบ เรียกว่าเครื่องแบบซูเปอร์ชาร์จเจอร์ (Supercharger) และการต่อคอมเพรสเซอร์เข้ากับเทอร์ไบน์ เรียกว่าเครื่องแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ (Turbocharger) ในเครื่องแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์นั้น เทอร์ไบน์จะอยู่ระหว่างเครื่องกับท่อไอเสีย ซึ่งแรงดันของไอเสียนั่นเองที่เป็นตัวทำให้เทอร์ไบน์หมุน โดยมากแล้วทั้งรถยนต์และเครื่องบินใช้เครื่องแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์เพราะประหยัดเชื้อเพลิงได้มากกว่าเครื่องแบบซูเปอร์ชาร์จเจอร์ ทำไมนะหรือ?? เพราะเครื่องแบบซูเปอร์ชาร์จเจอร์ต่อตรงกับเพลาทำให้พลังงานบางส่วนที่จะไปหมุนใบพัดเครื่องบินหรือล้อรถเสียไปในการหมุนคอมเพรสเซอร์ แต่ก็มีบ้างที่ใช้เครื่องแบบซูเปอร์ชาร์จเจอร์คือพวกรถหรือเครื่องบินที่เน้นสมรรถภาพมากกว่าการประหยัดเชื้อเพลิง เช่นรถแข่งหรือเครื่องบินรบ เพราะเครื่องแบบซูเปอร์ชาร์จเจอร์ให้การตอบสนองที่เร็วกว่าแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ เพราะเทอร์ไบน์ต้องใช้เวลานิดหน่อยกว่าจะหมุนได้เร็วพอที่จะหมุนคอมเพรสเซอร์

ในตอนหน้าจะเขียนเกี่ยวกับเครื่องยนต์ที่เหลือ

Introduction to Lift (แรงยก)

แรงยกมีอยู่หลายประเภท แต่แรงยกที่ทำให้เครื่องบินบินได้เรียกว่า Bernoulli Lift ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทาง aerodynamics

สาเหตุที่เรียกว่า Bernoulli Lift เพราะแรงยกที่ได้เป็นไปตามกฎของ Bernoulli คือถ้าความเร็วของของไหล (สำหรับเครื่องบินคืออากาศ) เพิ่มขึ้น ความดันจะลดลง หรือถ้าความเร็วของของไหลลดลง ความดันจะเพิ่มขึ้น ถ้าผู้อ่านท่านใดต้องการรู้ลึกกว่านี้สามารถเรียนเพิ่มเติมได้จากหนังสือเรียนกลศาสตร์ของไหล หรือภาษาอังกฤษเรียกว่า Fluid Mechanics

ปีกของเครื่องบินมีลักษณะที่ด้านบนโค้งมากกว่าด้านล่าง นั่นหมายความว่าด้านบนมีระยะทางที่ให้อากาศไหลผ่านยาวกว่าด้านล่างด้วย ทำให้อากาศที่ไหลผ่านด้านบนต้องไหลเร็วกว่าอากาศที่ไหลผ่านด้านล่างเพื่อตามอากาศด้านล่างให้ทัน ตามกฎของ Bernoulli เมื่ออากาศด้านล่างไหลช้ากว่าด้านบนความดันอากาศด้านล่างก็ต้องมากกว่าด้านบน เลยทำให้เกิดแรงยกดันขึ้นบริเวณปีกของเครื่องบิน



รูป 1 ลักษณะหน้าตัดของปีกเครื่องบินที่มีด้านบนโค้งมากกว่าด้านล่าง

หมายเหตุ: บทความนี้เป็นหลักการพื้นฐานเท่านั้น ข้อมูลบางอย่างอาจไม่เป็นจริงเสมอไป เช่น ลักษณะของปีก หรือ กฎของ Bernoulli เมื่อเกิดการบีบอัดหรือมี shockwave เข้ามาเกี่ยวข้อง

ยินดีต้อนรับ

ยินดีต้อนรับสู่ Aerospace Blog
ผมตั้งใจจะเขียนเรื่องที่เป็นพื้นฐานเกี่ยวกับวิชา Aerospace Engineering ในบล็อกนี้ หวังว่าผู้อ่านที่สนใจจะได้รับทั้งความรู้ใหม่ๆ และความสนุกสนานนะครับ