4,421 Views
Favorite
ส่วนสำคัญของเครื่องบินอาจแบ่งออกเป็นส่วนใหญ่ ๆ ได้ ๒ ส่วน คือ เครื่องยนต์และเครื่องบิน
เครื่องยนต์ในระยะเริ่มแรกเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบมีกำลังแรงน้อยใช้แบบระบายความร้อนด้วยอากาศและแบบระบายความร้อนด้วยของเหลวมีใบพัดเป็นส่วนประกอบสำคัญในการทำให้เกิดแรงฉุดเครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในสมัยต้น ๆ ใบพัดจะทำด้วยไม้เนื้อแข็งและเหนียวที่สุดมีจำนวนกลีบตั้งแต่ ๒ ถึง ๔ กลีบ ต่อมาได้เปลี่ยนไปใช้โลหะผสมซึ่งแข็งแรงทนทานและดีกว่าไม้จึงสามารถสร้างใบพัดให้มีจำนวนกลีบมากที่สุดถึง ๕ กลีบ
ครื่องบินมีส่วนประกอบสำคัญ คือ ลำตัว ปีก หางและฐานล่าง
เป็นส่วนที่ใช้ติดตั้งเครื่องยนต์ที่นั่งนักบินและผู้โดยสารในระยะแรกลำตัวเครื่องบินประกอบด้วยโครงซึ่งทำด้วยไม้หรือท่อโลหะขนาดต่าง ๆ เชื่อมโยงเข้าด้วยกันแล้วบุด้วยผ้าบาง ๆ แต่แข็งแรงและมีน้ำหนักเบาทาด้วยกาวพิเศษเพื่อให้ผ้าตึงเรียบและไม่เปียกน้ำระยะต่อมาเมื่อเครื่องบินโลหะล้วนทั้งเครื่องได้ก้าวเข้ามาสู่โลกของการบินลำตัวซึ่งประกอบด้วยท่อโลหะก็หมดไปกลายเป็นลำตัวแบบใช้เอ็นยึดภายในซึ่งมีน้ำหนักเบากว่าและให้ประโยชน์ดีกว่าแบบโครงท่อโลหะอย่างมากมาย
มีลักษณะเป็นแพนอากาศซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในการให้แรงยกสำหรับพยุงเครื่องบินทั้งเครื่องให้ลอยอยู่ในอากาศได้สมัยแรก ๆ ปีกเครื่องบินจะประกอบด้วยเอ็นซึ่งทำด้วยไม้มีน้ำหนักเบายึดติดอยู่กับแกนปีกซึ่งเป็นไม้เนื้อเหนียวและแข็งแรงทั้งเอ็นปีกและแกนปีกจะหุ้มด้วยผ้าเช่นเดียวกับลำตัวที่ชายหลังปีกเล็ก ๆ ยาวประมาณหนึ่งในสามของปีกใหญ่ติดอยู่เรียกว่า ปีกเล็กแก้เอียงซึ่งขยับขึ้นลงได้ทำหน้าที่บังคับการเอียงของเครื่องบินทั้งเครื่องหรือมีหน้าที่บังคับอาการหมุนรอบแกนลำตัวทางยาวของเครื่องบินขณะอยู่ในอากาศสำหรับเครื่องบินสมัยใหม่ทั้งแกนปีกและเอ็นปีกจะทำด้วยโลหะและบุด้วยโลหะแทนผ้าที่กล่าวแล้วส่วนปีกเล็กแก้เอียงอาจจะยังคงใช้ผ้าบุหรือบุด้วยโลหะเหมือนผิวปีกก็ได้และภายในปีกโลหะนี้อาจใช้ปริมาตรภายในส่วนใหญ่เป็นถังเชื้อเพลิงได้อีกด้วยตามปกติปีกจะติดอยู่กับลำตัวตรงตำแหน่งที่จะใช้แรงยกต่อเครื่องบินทั้งเครื่องดีที่สุดเครื่องบินที่มีปีกมากกว่าหนึ่งชั้น (๒ หรือ ๓ ชั้น) จะมีเสาค้ำปีกยึดปีกทุกชั้นให้ติดกันและมีลวดแกงแนงยึดโยงเสาค้ำปีกเหล่านั้นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงขึ้นสำหรับเครื่องบินปีกชั้นเดียวที่ประกอบปีกเข้ากับลำตัวแบบคานจะไม่มีลวดแกงแนงยึดโยงด้วย
เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของปีกควรทราบเหตุผลเบื้องต้นก่อนสองประการประการแรกทำไมปีกจึงต้องทำให้เป็นแพนอากาศที่มีภาคตัดขวางเป็นรูปเพรียวลมและทำไมจึงเกิดแรงยกที่ปีก
ถ้าอากาศพัดผ่านวัตถุอันหนึ่งจะเกิดแรงซึ่งเปลี่ยนหรือพยายามจะเปลี่ยนอาการเคลื่อนไหวหรือทำให้เกิดหรือพยายามทำให้เกิดอาการเคลื่อนไหวในวัตถุนั้น ๆ หรืออีกนัยหนึ่งเมื่อมีแรงซึ่งเกิดจากอากาศพัดมากระทบวัตถุใด ๆ เข้าก็จะมีแรงต้านเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามเสมอขนาดและทิศทางของแรงนี้มีส่วนสัมพันธ์กับขนาดรูปร่างของวัตถุและความเร็วของลมที่พัดผ่านนั้นที่เป็นดังนี้ก็เนื่องด้วยอากาศที่พัดผ่านนั้นต้องเปลี่ยนอาการไหลไปรอบ ๆ วัตถุและเหนียวติดไปกับวัตถุจึงเกิดแรงต้านทานขึ้น
อากาศพัดผ่านวัตถุสี่เหลี่ยมตั้งฉากกับทิศทางของลมลักษณะเช่นนี้จะเกิดแรงต้านทานมากที่สุดเมื่ออากาศผ่านไปแล้วจะเกิดความปั่นป่วนขึ้นข้างหลังและช่วยดูดเอาวัตถุสี่เหลี่ยมนี้ไว้ยิ่งกว่านั้น ความกดดันในบริเวณที่ปั่นป่วนนี้จะน้อยกว่ารอบนอก
ถ้าอากาศไหลผ่านลูกกลมซึ่งมีพื้นปะทะเท่ากับพื้นที่ของวัตถุสี่เหลี่ยมอันก่อนแรงต้านทานจะน้อยลงกว่าที่เกิดกับวัตถุสี่เหลี่ยมในเมื่ออากาศพัดผ่านไปด้วยความเร็วเท่ากันทั้งนี้เนื่องจากรูปร่างช่วยให้อากาศไหลผ่านไปรอบ ๆ ได้สะดวกความปั่นป่วนของอากาศข้างหลังลูกกลมก็น้อยลงจึงได้ชื่อว่าเพรียวลมดีกว่าวัตถุสี่เหลี่ยม
เมื่อพิจารณารูปเพรียวลมแล้วจะเห็นได้ว่ามีแรงต้านทานน้อยที่สุดหัวของรูปเพรียวลมนี้ช่วยเปิดช่องทางเดินให้อากาศไหลผ่านไปได้สะดวกส่วนทางด้านหลังก็ช่วยให้อากาศค่อย ๆ คืนตัวเข้าหากัน จึงไม่เกิดความปั่นป่วนขึ้นดังรูปอื่น ๆ เพราะฉะนั้นความต้านทานที่เหลือบ้างก็เพียงแต่ความเหนียวของอากาศติดอยู่ตามผิวนอกของวัตถุเพรียวลมเท่านั้นแต่ไม่มีแรงยกเกิดขึ้นเลย
คราวนี้ลองเอาแผ่นราบแบนมาตั้งชันขึ้นเป็นมุมเล็กน้อยกับทิศทางที่อากาศไหลผ่านจะเกิดกำลังดันขึ้นตั้งได้ฉากกับแผ่นราบนั้นทั้งนี้เพราะอากาศต้องแยกตัวที่ขอบหน้าแล้วเปลี่ยนทิศไหลไปตามพื้นที่ผิวด้านบนและผิวด้านล่างแล้วจึงรวมตัวเข้าหากันอีกที่ขอบหลังของแผ่นราบนั้น
ส่วนปีกของเครื่องบินจะทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางพัดของอากาศเมื่อปีกเคลื่อนที่ผ่านไปทั้งนี้โดยกดอากาศให้พัดอ้อมไปตามแนวชายหลังของปีกในขณะเดียวกันอากาศก็ดันตอบที่ปีกด้วยกำลังเท่ากัน แต่ในทิศทางตรงกันข้ามอากาศจะพัดผ่านปีกหรือปีกจะเคลื่อนที่ไปในอากาศก็ได้ผลเช่นเดียวกันขอแต่ให้ได้ความเร็วพอที่จะให้กำลังดันที่เกิดขึ้นนั้นมากพอที่จะนำมาใช้เป็นประโยชน์ได้เครื่องบินมีน้ำหนักมากลมที่พัดอยู่ในอากาศตามปกติไม่มีความเร็วพอที่จะทำให้เกิดแรงยกสู้กับน้ำหนักถ่วงเครื่องบินได้เครื่องบินจึงอยู่นิ่ง ๆ ในอากาศไม่ได้แต่ต้องเคลื่อนที่ไปเสมอและด้วยความเร็วพอที่จะได้กำลังมากพอยกตัวเองได้ขอเน้นอีกครั้งว่าปีกเครื่องบินนี้ไม่ได้ผ่านไปในอากาศเฉย ๆ แต่กดอากาศให้ไหลลงเบื้องล่างตลอดเวลาถ้าไม่มีอากาศกดดังว่านี้เครื่องบินจะอยู่ในอากาศไม่ได้
ถ้าลองพิจารณาเฉพาะแต่ปีกเครื่องบินโดยไม่กล่าวถึงส่วนอื่น ๆ เลยก็มักจะเรียกปีกนั้นเพียงว่า "แพนอากาศ" ซึ่งอาจให้คำจำกัดความว่า เป็นแผ่นราบแบน ๆ ส่วนหนามากทางด้านหน้าและเสี้ยมให้เล็กเรียวลงไปทางด้านตรงกันข้ามแพนอากาศนี้เป็นลักษณะรูปที่ดีที่สุดในการจะได้ให้เกิดกำลังดันกำลังยกซึ่งตั้งได้ฉากกับผิวโค้งของแพนอากาศนั้นจากความจริงอันนี้จึงเกิดการทดลองอย่างขนานใหญ่เพื่อหาแพนอากาศลักษณะต่าง ๆ ผลของการทดลองก็ได้รูปแพนอากาศดังแสดงไว้นี้
แพนที่หนึ่งมีส่วนโค้งน้อยแต่หนามีแรงต้านน้อยเหมาะสำหรับเครื่องบินที่ต้องการความเร็วสูงอย่างเครื่องบินขับไล่
แพนที่สองมีส่วนโค้งมากแต่บางมีแรงยกมากเหมาะสำหรับเครื่องบินที่ช้า ๆ แต่บรรทุกได้มาก ๆ เช่น เครื่องบินลำเลียง
แพนที่สามมีส่วนโค้งด้านบนงอนขึ้นนั้นมีอาการทรงตัวดีมาก
แพนที่สี่ส่วนโค้งเปลี่ยนเสมอเหมาะสำหรับสร้างเครื่องบินที่ต้องการความเร็วสูงแต่มีความเร็วร่อนลงต่ำ
ยังมีแพนอื่น ๆ อีกนับเป็นจำนวนพันแต่ละอันต่างก็มีคุณสมบัติพิเศษประจำตัวแต่จะให้อันใดอันหนึ่งมีลักษณะดีพอสร้างเครื่องบินได้ทุกแบบนั้นเป็นไปไม่ได้ในบางโอกาสต้องผสมส่วนประกอบของแพนอากาศเหล่านี้หลายแพนในปีกเดียว
เมื่อกระแสอากาศไหลผ่านแพนอากาศจากขอบหน้าไปยังขอบหลังกระแสอากาศส่วนที่ผ่านไปเหนือผิวด้านบนจะเพิ่มความเร็วขึ้นเนื่องจากความโค้งของปีกทำให้ความกดดันเหนือผิวปีกด้านบนลดลงเกิดเป็นแรงดูดซึ่งพยายามยกปีกขึ้นสำหรับกระแสอากาศส่วนที่ไหลใต้ปีกถูกกดลงเพราะอากาศปะทะกับปีกจึงเพิ่มความกดดันขึ้นเกิดเป็นแรงช่วยยกปีกเสริมกันหากแต่ความกดดันใต้ปีกมีส่วนน้อยกว่าแรงดูดขึ้นเหนือปีกเท่านั้นความกดดันที่กระทำบนผิวปีกโดยรอบไม่เท่ากันตลอดแต่มีลักษณะการกระจายดังภาพข้างบน
ในขณะเดียวกันการที่ปีกเงยขึ้นเล็กน้อยทำให้เกิดกระแสอากาศผลักขึ้นที่ตอนหน้าของขอบหน้าและผลักลงที่ขอบหลังของแพนอากาศด้วยเกิดผลลัพทธ์เป็นแรงยกอีกส่วนหนึ่ง
ปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้ทำให้เกิดแรงยกขึ้นเบื้องบนในทิศทางตั้งฉากกับการไหลของกระแสอากาศค่าของแรกยกดังกล่าวอาจหาได้จากสมการมูลฐานของแรงยกต่อไปนี้
มีรูปร่างลักษณะคล้ายปีกแต่มีขนาดเล็กและสั้นกว่าส่วนสำคัญของหางประกอบด้วยแพนหางซึ่งติดอยู่กับลำตัวตอนปลายสุดและมีพื้นราบขนานกับปีกส่วนที่เคลื่อนไหวไม่ได้นี้เรียกว่าแพนหางทางระดับเกี่ยวไว้ด้วยหางเสือขึ้นลงซึ่งทำหน้าที่บังคับเครื่องบินให้ไต่ขึ้นหรือดำลงหรือหมุนรอบแกนลำตัวทางข้างส่วนแพนหางทางดิ่งจะติดตั้งได้ฉากกับแพนหางทางระดับและมีหางเสือเลี้ยวติดอยู่ทำหน้าที่บังคับเครื่องบินให้เลี้ยวซ้ายหรือขวาหรือหมุนรอบแกนลำตัวทางดิ่ง
ใบพัดของเครื่องบินก็เหมือนใบพัดของพัดลมธรรมดานั่นเองแต่ใหญ่โตกว่าสามารถถ่ายทอดแรงหมุนจากเครื่องยนต์มาเป็นแรงดันหรือแรงฉุดโดยที่ใบพัดหมุนผลักหรือดันอากาศมาทางหลัง ทำให้เกิดกำลังเดินหน้าพาเอาเครื่องบินเคลื่อนที่ไปได้ใบพัดนี้จะติดเอาไว้ข้างหน้าหรือข้างหลังเครื่องยนต์ก็ได้แล้วแต่แบบของเครื่องบิน
มีหน้าที่รองรับน้ำหนักเครื่องบินทั้งเครื่องประกอบด้วยล้อหลักหลายล้อติดอยู่ที่ด้านล่างของลำตัวค่อนไปทางหัวเครื่องเหล็กหรือล้อรับหางจะรับน้ำหนักตอนท้ายและติดอยู่ด้านล่างของลำตัวตอนปลายหางสุดใกล้ ๆ กับส่วนล่างสุดของหางเสือเลี้ยวฐานหลักของเครื่องบินปีกชั้นเดียวซึ่งเป็นโลหะล้วนทั้งเครื่องอาจจะติดอยู่ที่แกนปีกทั้งสองข้างห่างจากลำตัวพอสมควรเหล็กรับหางจะเปลี่ยนเป็นล้อรับหางสำหรับเครื่องบินไอพ่น (jet) และเครื่องบินใบพัดบางแบบล้อรับหางจะเปลี่ยนมาติดไว้ที่ใต้หัวเครื่องเรียกว่าล้อรับหัว
