|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| การจัดกลุ่มเครื่องบินและความหมายของ Wing Loading, Power Loading และ Aspect Ratio |
| ประวิช 27/7/44 |
เมื่อไม่นานมานี้ มีเพื่อนนักบินท่านหนึ่งนั่งคุยกับผมเรื่องน้ำหนักของเครื่องบิน คุยกันว่าเครื่องบินแบบนี้หนัก เครื่องร่อนแบบนั้นเบา ผมเลยคิดเลยเถิดไปว่า ถ้าเครื่องร่อนเบากว่าเครื่องบิน(หมายถึงเครื่องบินจำลอง) แล้วเครื่องร่อนที่มีคนขึ้นไปด้วยยังไงก็หนักกว่าเครื่องบินจำลอง แล้วจะเรียกว่าเบาหรือเปล่า จะต้องมีตัวแปร(พารามิเตอร์)อะไรบ้างอย่างที่บอกลักษณะของเครื่องบิน หลังจากเปิดตำราดูก็เห็นว่ามีพารามิเตอร์สำคัญ 3 อย่าง ที่ใช้บอกลักษณะของเครื่องบิน
จริงอยู่ครับ น้ำหนัก พื้นที่ปีก ฯลฯ ก็เป็น พารามิเตอร์อย่างหนึ่งของเครื่องบิน แต่มีพารามิเตอร์อีกกลุ่มที่บอกลักษณะในเชิงเปรียบเทียบ นั้นก็คือ Wing Loading หรือ ภาระกรรมปีก และPower Loading ส่วน Aspect Ratio เป็นพารามิเตอร์ที่ใช้บอกลักษณะปีก
ก่อนเข้าเรื่องขอให้คำนิยามกับค่าบางค่าดังนี้
ความเร็วระดับ(Level flight)คือความเร็วขณะที่เครื่องบินบินตรงและรักษาระดับ
อัตราการไตร่ระดับ(ROCหรือ Rate of Climb) คืออัตราความเร็วในแนวดิ่งขึ้น
ความเร็วแนวดิ่งลง(Sink speed) คือความเร็วแนวดิ่งลงของเครื่องบิน มีทิศตรงกันข้ามกับอัตราการไตร่ระดับ
ความเร็วสูงสุด(Maximum Speed) คือความเร็วระดับสูงสุด ที่เครื่องบินจะทำได้
่คราวนี้เรามาดูพารามิเตอร์ต่างๆดังนี้ครับ
นิยามของ พื้นที่ปีก(S) และ กางปีกหรือWing Span(b)
Wing Loading หรือ ภาระกรรมปีก
หมายถึงอัตราส่วนของน้ำหนักทั้งหมดของเครื่องบิน(W)ต่อพื้นที่ปีกของเครื่องบิน(S)
Wing Loading = W/S
มีหน่วยเป็น กก./ตร.ม หรือ กรัม/ตร.เดซิเมตร หรือ ปอนด์/ตร.ฟุต หรือ ออนซ์/ตร.ฟุต เช่นเครื่องบินลำหนึ่งหนัก 2 กก. มีปีกรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า กว้าง 10 ซม. ยาว 1 เมตร พื้นที่ปีกเท่ากับ 10/100 ม. x 1 ม. = 0.1 ตร.ม. และมี Wing Loading (W/S) = 2/0.1 = 20 กก./ตร.ม.
ในทางทฤษฎี ความสัมพันธ์ระหว่าง Wing Loading กับ ความเร็ว(V) จะเป็นดังนี้
V => sqr(W/S) (=> หมายถึง แปรผัน , sqr คือ square root)
เครื่องบินที่มีค่า Wing Loading มาก จะมีความเร็วระดับ(level flight speed)สูง ความเร็วร่วงหล่น(stall speed)จะสูง ทำให้ความเร็วบินขึ้น(takeoff) และบินลง(Landing)เพิ่มขึ้นด้วย มีอัตราการไตร่ระดับ(ROC)ต่ำ และมีความเร็วดิ่งลง(sink speed) สูง นั่นเป็นสาเหตุที่เครื่องบินประเภท sport ที่มี Wing Loading สูงกว่าเครื่องฝึก(Trainer)สามารถบินลง(Landing)ได้ในมุมที่ชันกว่า
ข้อดีอีกอย่างของเครื่องบินที่มี Wing Loading สูงคือมักจะมีเสถียรภาพต่อลมกระชากได้ดีด้วย
แต่ถ้าเครื่องบิน 2 ลำมี Wing Loading เท่ากัน เครื่องบินลำที่ใหญ่กว่าจะมีเสถียรภาพต่อลมกระชากดีกว่าเครื่องบินที่เล็่กกว่า
Power Loading
คืออัตราส่วนระหว่างน้ำหนัก(W)ของเครื่องบินต่อกำลังเครื่องยนต์(P)
Power Loading = W/P
มีหน่วยเป็น ปอนด์/แรงม้า(lb/hp) หรือ กรัม/วัตต์ ฯลฯ หรือ อัตราส่วนระหว่างน้ำหนักต่อปริมาตรของห้องสูบ(เพราะปริมาตรของห้องสูบจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังของเครื่องยนต์)
Power Loading = W/Cid
มีหน่วยเป็น ออนซ์/ลบ.นิ้ว(Cid)
Power Loading เป็นค่าที่นิยมใช้กับเครื่องบินใบพัด ยังมีค่าพารามิเตอร์ในลักษณะเดียวกันคือ แรงขับต่อน้ำหนัก(Thrust-to-Weight ratio หรือ T/W) ซึ่งค่านี้มักใช้กับเครื่องบินไอพ่น(Jet)
ถ้า Power Loading มีค่าน้อย (หมายความว่าเครื่องยนต์มีกำลังมากเมื่อเทียบกับน้ำหนัก) ทำให้เครื่องบินมีความเร็วสูงสุด(maximum speed)สูง มีอัตราการไตร่ระดับที่ดี เครื่องบินบินขึ้นที่มุมชันมากขึ้น มีอัตราการเร่งที่ดีทำให้ระยะบินขึ้นสั้นลง แต่จะไม่มีผลโดยตรงกับความเร็วร่วงหล่น(stall speed) ส่วนความเร็วดิ่งลงจะเพิ่มหรือลดก็ได้ การเพิ่มความเร็วดิ่งลง ก็ให้เร่งเครื่องแล้วหันหัวลง (แต่จะทำความเร็วได้สูงสุดค่าหนึ่งจากนั่นจะเริ่มช้าลง) อีกกรณีคือใช้เครื่องยนต์ช่วยลดความเร็วแนวดิ่ง ซึ่งมักใช้ในตอนบินลง(Landing) โดยจะเชิดหัวเครื่องบินขึ้นเล็กน้อยแล้วเร่งเครื่องยนต์เพื่อไม่ให้เครื่องบินดิ่งลงเร็วไป
Aspect Ratio (AR)
คืออัตราส่วนของความยาวปีกหรือกางปีก(wind span)ยกกำลังสองต่อพื้นที่ปีก นั้นคือ
AR = (b^2)/S
ค่านี้ไม่มีหน่วย (ในกรณีที่ปีกเครื่องบินเป็นรูปสี่เหลี่ยมฝืนผ้า อาจใช้สูตร AR = b/cได้ โดย c คือ ความกว้างปีก) จากตัวอย่างข้างบนเครื่องบินมีความยาวปีก 1 ม. มีพื้นที่ปีก 0.1 ตร.ม. ดังนั้น AR = (1^2)/0.1 = 10
Aspect Ratio ที่มีค่ามากจะทำให้แรงต้านอากาศแบบ induced (induced drag)มีค่าลดลง เครื่องบินที่มีค่า AR มากมักจะเป็นเครื่องบินที่มีปีกยาว เช่น เครื่องร่อน เป็นต้น เครื่องบินที่มี Aspect ratio สูง จะมีความเร็วสูงสุดสูงกว่าเครื่องที่มีค่า AR ต่ำ มีอัตราการไตร่ระดับสูง มีความเร็วดิ่งลงต่ำ และมีเสถียรภาพการม้วน(roll stability)ดี ข้อเสียของเครื่องบินที่มีค่า Aspect Ratio สูงคือเครื่องบินจะเลี้ยวยาก และมีโอกาสเสียหายเพราะโครงสร้าง(structure failure)สูง เนื่องจากมีแรงบิดกระทำที่ฐานปีก(Wing Root) มาก
พารามิเตอร์ทั้ง 3 ค่านี้ จะทำให้เราสามารถจัดกลุ่มเครื่องบินเป็นแบบต่างๆได้ดังนี้
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
| High Speed |
|
|
|
|
|
| Sport |
|
|
|
|
|
| Low Speed Trainer |
|
|
|
|
|
| Glider |
|
|
|
|
|
คราวนี้เราอยากรู้เครื่องบินลำไหนเบา ลำไหนหนัก ก็พอเปรียบเทียบกันได้แล้ว เรียกว่าจัดเครื่องบินเข้ากลุ่มไหนจะดีกว่า (จริงๆแล้วยังมีพารามิเตอร์อื่นๆอีก แต่ 3 ค่านี้ ก็ทำให้เข้าใจลักษณะเครื่องบินได้ตามสมควรแล้วครับ)
หนังสืออ้างอิง
1. Andy Lenon "R/C Model Aircraft design"
2. John D. Anderson, Jr. "Aircraft Performance and Design"
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|