ใบพัดเครื่องบินปีกหมุน ศาสตร์ที่ว่าด้วยการพัฒนาไม่รู้จบ
อย่างที่ว่ากัน ถ้ารถไม่มีล้อ ก็ไม่สามารถวิ่งได้ เช่นกันกับเครื่องบินปีกหมุน ซีรี่ย์ชุด #ศาสตร์การบิน ศาสตร์ที่ว่าด้วยการนำเอาศิลปะขึ้นไปโบยบินบนอากาศ ใน episode นี้ Swivel ได้นำเอาศาสตร์ที่ว่าด้วยใบพัดของเครื่องบินปีกหมุนมาให้ชาว blockdit กัน
ลองคิดภาพตาม เครื่องบินปีกหมุนที่มีนำ้หนักหลายๆตัน ต้องมีการหมุนของใบพัดกี่รอบในเวลาอันรวดเร็ว เพื่อที่จะให้มันเกิดการร่อน แล้วขึ้นไปโบยบินบนอากาศได้
ทั้งหมดนั้น คือความสามรถขององค์ประกอบที่เป็นหัวใจหลักของเครื่องบินปีกหมุน นั่นคือ “ใบพัด”
“Blades หรือ ใบพัด”
ใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ จะใช้รูปทรงของแพนอากาศแบบสมมาตร การขึ้นรูปของใบพัดในโรงงานประกอบ จึงต้องมีรูปทรงภายนอกที่เป็นรูปของแพรอากาศ เพื่อสามารถสร้างแรงยกในปริมาณมากๆได้ ส่วนประกอบของกลีบใบจะประกอบไปด้วย
• ชายหน้าแบบใช้ โลหะ มีทั้งแบบไททาเนียมและเหล็กกันสนิมประเภทสเตนเลสสตีล เพื่อป้องกันการกระแทกจากวัสดุแปลกปลอม และโลหะทั้งสองชนิดนี้มีความแข็งแรงในการรับแรงกระแทกมากกว่าวัสดุแบบ คาร์บอนคอมโพสิต
• ผิวของใบพัดโรเตอร์ที่ห่อหุ้มแพนอากาศโดยรอบของใบพัด ใช้วัสดุคอมโพสิตแบบผสม มีทั้งเส้นใยแก้วและเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์แบบ Plain Weave สองชั้น ทำหน้าที่รับแรงบิดที่เกิดจากแรงต่างๆ ทางอากาศพลศาสตร์ในระหว่างการบิน
• ผิวชายหน้าและหลังใช้เส้นใยแก้ว UD เพื่อรองรับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง หรือแรงจีของกลีบใบพัด
• ชิ้นส่วนในใจกลางของใบพัดใช้โฟม หรือกระดาษแข็งแบบรังผึ้ง ทำหน้าที่สร้างสมดุลให้กับผิวและค้ำยันตลอดทั่วทั้งพื้นผิวเพื่อลดการยุบตัวของผิว
• แกนหลักของใบพัด ทำหน้าที่แบบเดียวกันกับแกนปีก หรือ Spar นอกเหนือจากการรับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางแล้ว ยังทำหน้าที่เช่นเดียวกันกับแกนปีกของเครื่องบิน ที่รับแรงทางอากาศพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นบนกลีบใบพัด
• รอบชายหลังปีกใช้โลหะ ซึ่งจะช่วยในการปิดแพนอากาศทั้งหมดให้สามารถต้านทานแรงบิด และแรงต้านได้
การนำวัสดุสมัยใหม่มาใช้งานในเฮลิคอปเตอร์ ทำให้บริษัทผู้ผลิตอากาศยานแบบปีกหมุนสามารถขึ้นรูปของใบพัดได้จากแบบ และทำให้มีต้นทุนในการผลิตลดลงมาก เมื่อเทียบกับการใช้โลหะในยุคก่อน นอกจากนั้น ใบพัดแบบวัสดุผสมมีอายุการใช้งานยาวนาน สามารถตรวจสอบได้ตามกำหนดของขั้นตอนในการบำรุงรักษา ในความเป็นจริงนั้น การลดน้ำหนักของใบพัดสามารถทำได้อีก แต่บริษัทผู้ผลิตต้องจำกัดน้ำหนักในการลด เพื่อไม่ให้ต่ำไปกว่าเกณฑ์ที่กำหนดมากนัก เพื่อรักษาเสถียรภาพของใบพัดไม่ให้โก่งงอจนมากเกินไป และอาจเกิดผลเสียในการใช้งาน
ใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ก็เป็น airfoils ที่มี aspect ratio สูง (Aspect Ratio คืออัตราส่วนของความกว้างและความสูงของภาพ) angle of incidence ของเฮลิคอปเตอร์ สามารถเปลี่ยนแปลง หรือการปรับมุมปะทะได้โดยนักบิน
Main rotorของเฮลิคอปเตอร์อาจจะมี สอง, สาม,สี่ , ห้าหรือ หก ใบก็ได้ ทั้งนี้แล้วแต่การออกแบบ ใบพัด (main rotor blades) จะยึดติดกับ main rotor head โดยวิธี ที่ทำให้มีการกำหนด ข้อจำกัด ในการเคลื่อนที่ ขึ้นบน และ ลงล่าง (they have limited movement up and down) และ สามารถที่จะเปลี่ยนมุมได้ (change pitch or angle of incidence ). คันบังคับที่ใช้ควบคุม main rotor เรียกว่า Collective และ Cyclic Controls.
ภาพไม่ชัดต้องขออภัยนะครับ
Rotor System(ระบบโรเตอร์)
Main Rotor มีอยู่2แบบด้วยกัน
1.Single Rotor ระบบส่งกำลังแบบเดี่ยว(ส่วนใหญ่ใช้แบบนี้)
2.Tandem Rotor ระบบส่งกำลังแบบหน้าหลัง
ด้วยเหตุที่ใบพัดหลักหมุนรอบแกนๆ หนึ่ง ความเร็วที่ได้จากการหมุนจึงมีความแตกต่างกันตามระยะห่างจากแกน จุดที่อยู่ใกล้กับแกนหมุนมากที่สุด จะใช้ระยะทางน้อยกว่าจุดที่อยู่ปลายสุดของใบพัดในการเคลื่อนที่ให้ครบรอบในเวลาเดียวกัน เนื่องจากความเร็วที่ปลายใบพัดมีมากกว่าที่โคนใบพัด ทำให้เกิดความแตกต่างในการสร้างแรงยกจากโคนใบพัดถึงปลายใบพัดตามไปด้วย หากต้องการให้เฮลิคอปเตอร์สร้างแรงยกได้มากขึ้น จะต้องออกแบบให้ใบพัดหลักมีพื้นที่มากขึ้น เพื่อเพิ่มแรงยก สามารถทำได้ด้วยการเพิ่มขนาดและความยาวของใบพัดหลัก หรือเพิ่มจำนวนของใบพัดการหมุนของใบพัดหลัก จะสร้างแรงคู่ควบในแกนโรเตอร์ทำให้ลำตัวของเฮลิคอปเตอร์หมุนตามไปด้วย จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่เฮลิคอปเตอร์ทุกๆ ลำ จะต้องมีใบพัดหาง หรือโรเตอร์ท้าย เพื่อทำหน้าที่ต้านแรงหมุนควบคู่ที่เกิดขึ้น
การสร้างแรงในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงควบคู่ของใบพัดท้ายทำให้เฮลิคอปเตอร์ สามารถบินหรือลอยตัวนิ่งๆ ได้ แต่ก็มีเฮลิคอปเตอร์บางรุ่นที่ไม่มีใบพัดหาง หรือโรเตอร์ท้าย วิศวกรการบินผู้ออกแบบแก้ไขอาการหมุนรอบตัวเอง ด้วยการใช้แกนของใบพัดหลักแกนเดียวกัน แต่มีใบพัดหลักสองชุดซ้อนกันอยู่ และหมุนสวนทางกัน ลักษณะของแกนใบพัดหลักสองชุดซ้อนกันและหมุนสวนทางกันนี้มีอยู่ในเฮลิคอปเตอร์รุ่นใหม่ๆ เช่น KA27 Helix, KA25 Alligator, KA226 และ KA32 หรือเฮลิคอปเตอร์บางประเภทที่มีที่มีใบพัดหลักสองชุด แต่อยู่ในตำแหน่งแยกกันที่ส่วนหน้าและส่วนหลัง โดยมีการทำงานของใบพัดหลักทั้งหน้าและหลังหมุนสวนทางกัน เช่น เฮลิคอปเตอร์ลำเลียงทางยุทธวิธีขนาดใหญ่ CH 47
KA-32 ปัจจุบันมีใช้งานในประเทศไทย เป็นเครื่องบินที่ใช้ในงานบรรเทาสาธารณภัย มีขีดความสามารถในการช่วยเหลือในยามขับขัน ไม่ว่าจะเป็นดับไฟป่า หรืองานอื่นๆที่เป็นงานดูแลประชาชน
Main Rotor System
ระบบโรเตอร์หลักจะยึดติดอยู่กับTransmission อยู่ส่วนบนของเครื่องและถูกหมุนขับโดยเพลาจากเฟืองหลักเพื่อส่งแรงหมุนและการบังคับไปที่โรเตอร์หลัง
ระบบ Main Rotor แบ่งเป็น 3 ระบบ
1.Rigid ปรับมุมของใบพัดได้ (Feathering) แต่ยกขึ้นลง(Flapping) และเคลื่อนที่แนวหน้าหลังไม่ได้(Lead-lag or Drag)
2.Semi Rigid ปรับมุมของใบพัดได้ (Feathering) แต่ยกขึ้นลงได้(Flapping) แต่เคลื่อนที่แนวหน้าหลังไม่ได้(Lead-lag or Drag)
3.Fully Articulating ปรับมุมของใบพัดได้ (Feathering) แต่ยกขึ้นลงได้(Flapping) และเคลื่อนที่แนวหน้าหลังได้(Lead-lag or Drag)
ภาพไม่ชัดต้องขออภัยนะครับ
ส่วนประกอบของชุดโรเตอร์
Blade Root : ปลายด้านใน หรือโคนใบพัด ( blades) ซึ่งยึดติดกับที่ยึดใบพัด( blade grips)
Blade Grips : ที่ยึดใบพัด ติดกับดุมจุดศุนย์กลาง
Rotor Hub : อยู่บนยอดของ Shaft (เสากระโดง), และต่อกับใบพัดทั้งหมด โดย control tubes
Main Rotor Mast : Shaft ที่หมุน โดยต่อมาจาก transmission และ ต่อชุดใบพัด กับ ลำตัวของ เฮลิคอปเตอร์
Pitch Change Horn,Pitch Change LinkหรือPitch Control Rods: เรียกได้หลายแบบขึ้นอยู่กับบริษัทผู้ผลิตของอากาศยาน ทำหน้าที่เพื่อเปลี่ยนการเคลื่อนไหวของ control tube ไปเปลี่ยน มุม ของใบพัด Control tube เป็นท่อ ใช้ดึงและดัน เป็นการเปลี่ยนระยะทาง และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง มุมของใบพัดโดยผ่าน pitch changing horn ที่โคนใบพัด
Swash Plate Assembly : ชุด Swash Plate Assembly ประกอบด้วย ส่วนประกอบ ที่สำคัญ สองส่วน สรวมผ่าน Rotor Mast ส่วนที่หนึ่งเป็นแผ่นกลม,ต่อกับคันบังคับ Cyclic Pitch Control แผ่นกลมนี้สามารถเอียงได้ทุกตำแหน่ง แต่จะไม่หมุนตามการหมุนของใบพัดใหญ่(Main Rotor) แผ่นกลมที่ ไม่หมุนนี้มักจะเรียกว่า Stationary Star และติดกับแผ่นกลมอีกแผ่น โดยมี Bearing Surface อยู่ตรงกลาง และแผ่นกลมอันที่สองนี้ เรียกว่า Rotating Star แผ่นนี้จะหมุนตาม Rotor และต่อกับ Pitch Change Horns
ทั้งหมดนี้ คือใบพัดอันเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเครื่องบินปีกหมุน ศาสตร์ในด้านนี้ เราอาจจะยังไม่เข้าใจลึกซึ้ง แต่ถ้าเรามองภาพออก เราจะเห็นถึงเทคโนโลยีทางอากาศที่ถูกพัฒนาและผลิตมาด้วยมือ บวกกับความคิดของมนุษย์ อาจจะไม่ใช่เรื่องง่าย แต่มันคือการพัฒนาที่ไม่เคยหยุด
ในอนาคตข้างหน้า เทคโนโลยีและวัฒนธรรมอาจถูกเปลี่ยนแปลงไป จากรถยนต์หรือยานยนต์ทุกประเภทที่ขับเคลื่อนบนพื้น อาจถูกพัฒนาให้ลอยพ้นจากพื้น เพื่อโบยบินได้ ศาสตร์ด้านการบินทุกแขนงจึงเป็นรากฐานของเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่กำลังพัฒนาโลกเรา
ความก้าวหน้าในการพัฒนาเครื่องบินประเภทปีกหมุน ยังไม่หมดเพียงแค่นี้ ฝากติดตามกันต่อใน episode หน้า เราจะมาเจาะลึกใน #ศาสตร์การบิน กันต่อ ณ ที่นี่ Swivel บนแอพ Blockdit.com
“Infinite development drive by Swivel”
Swivel | Everything Are Swiveling
เขียนโดย
• Gwatt
• dream
- 9
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
