โครงถักรองรับปีกป้องกันไม่ให้กระพือปีกและหักโดย ROB VERGER | เผยแพร่เมื่อ 12 พฤษภาคม 2020 18:30 นเทคโนโลยีศาสตร์ NASA TTBW
รุ่นล่าสุดของเครื่องบินปีกค้ำยัน transonic ในอุโมงค์ลมที่ศูนย์วิจัยแลงลีย์ของ NASA พวกเขาทำการทดสอบระหว่างเดือนกันยายนถึงพฤศจิกายน 2019 Harlen Capen / NASA
ย้อนกลับไปในเดือนมกราคม โบอิ้งได้บินเครื่องบินลำใหม่ที่สวยงามเป็นครั้งแรก คุณลักษณะที่เรียกว่า 777x ของเครื่องบินที่ฉูดฉาดที่สุดคือปีกที่พับตามปลายของมันอย่างแท้จริง ปีกนั้นยาวกว่ารุ่นก่อนๆ ของเครื่องบินนั้น—การออกแบบที่เปลี่ยนไปซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยรวมของยาน เคล็ดลับในขณะเดียวกันพับขึ้นเมื่ออยู่บนพื้นเพื่อให้สามารถบีบเข้าประตูสนามบินได้
และในปลายเดือนเมษายน โบอิ้งได้
บินด้วยเครื่องบินทดสอบ 777x เครื่องที่สอง เป็นเวลาเกือบสามชั่วโมง
นอกจากความจริงที่ว่าปีกกางออกเป็นระยะทางไกลแล้วพับปลายขึ้นเมื่ออยู่บนพื้น เครื่องบิน 777x รุ่นใหม่ ซึ่งได้รับการออกแบบเพื่อรองรับผู้โดยสารได้มากถึง 426 คน โดยพื้นฐานแล้วจะดูเหมือนเครื่องบินลำอื่นๆ ที่คุณเคยเห็น เป็นท่อที่มีปีกยื่นออกมาตรงๆ
แต่ตั้งแต่ปี 2008 NASA และ Boeing ได้ค้นคว้าเกี่ยวกับการออกแบบปีกที่น่าสนใจซึ่งเหมาะสำหรับเครื่องบินพาณิชย์ขนาดเล็กกว่า เช่น 737 หรือ A320 ซึ่งสามารถรองรับผู้โดยสารได้มากที่สุดประมาณ 220 หรือ 240 คน และรูปร่างของปีกก็ดูแตกต่างจากที่คุณเคยบินมาก่อน ปีกที่ยาวและเรียวของการออกแบบใหม่นี้สัญญาว่าจะสร้างการลากน้อยลง เช่นเดียวกับ 777x ผลลัพธ์การประหยัดเชื้อเพลิงคือจุดทั้งหมด แต่โครงถักเสริมด้านล่างปีกรองรับช่วงยาวของพวกมัน NASA ได้ทดสอบรูปแบบต่างๆ ของการออกแบบในอุโมงค์ลมในแคลิฟอร์เนียและเวอร์จิเนีย และการทดสอบล่าสุดอยู่ที่อุโมงค์ลมที่ศูนย์วิจัยแลงลีย์เมื่อฤดูใบไม้ร่วงปีที่แล้ว
พวกเขาเรียกการออกแบบนี้ว่าปีกค้ำยัน transonic หรือ TTBW แม้ว่าเครื่องบินรุ่น 737 รุ่นมาตรฐานจะมีปีกกว้างประมาณ 118 ฟุต แต่ปีกบนยานลำนี้สามารถยืดออกได้ยาวถึง 170 ฟุต พวกเขาจะพับปลายเพื่อบีบเข้าประตู
แต่คุณสามารถจินตนาการถึงปัญหาที่อาจสร้างโครงสร้างดังกล่าวได้ Richard Wahls ที่ปรึกษาด้านเทคนิคเชิงกลยุทธ์สำหรับโครงการยานยนต์ทางอากาศขั้นสูงของ NASA กล่าวว่า “หากปีกยาวและเรียวขึ้น ปีกจะมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ไม่มีผู้โดยสารคนไหนอยากมองออกไปนอกหน้าต่างและเห็นปีกที่ยาวเป็นพิเศษกระพือปีกและขยับไปมารอบๆ
อันที่จริง สถานการณ์เลวร้ายที่ปีกที่เรียวยาวสามารถพบตัวเองได้นั้นเรียกว่าการกระพือปีก แบบแอโรอีลาสติ ก Wahls กล่าวว่า “ความถี่ไม่ถูกต้อง” ปีกหรือโครงสร้างอื่นๆ ที่กระพือปีกจะล้มเหลวอย่างร้ายแรง ตัวอย่างคลาสสิกคือสะพานทาโคมาแนโรวส์ ซึ่งกระพือปีกจนพังทลายลงในปี 2483 แต่ชะตากรรมแบบเดียวกันนี้สามารถเกิดขึ้นได้กับปีกของเครื่องบิน เควิน เจมส์ วิศวกรด้านการวิจัยการบินและอวกาศที่ศูนย์วิจัยอาเมสของ NASA เปรียบเทียบสิ่งที่จะเกิดขึ้นกับปีกดังกล่าวกับการกระพือปีก โค้งงอ หรือบิดเบี้ยวที่คุณอาจสังเกตเห็นป้ายหยุดที่แสดงเมื่อมีลมแรง “ปีกที่ยาวและบางก็อยากทำเช่นกัน และนั่นจะเป็นวันที่แย่มาก—นั่นไม่ใช่ประสบการณ์ที่ดีของผู้โดยสาร” เจมส์พูดติดตลก
การทดสอบที่ศูนย์วิจัยเอมส์ โดมินิค ฮาร์ท / NASA
ว่าด้วยเรื่องฟิสิกส์
สำหรับเครื่องบินอย่าง TTBW วิศวกรการบินและอวกาศชอบแนวคิดเรื่องปีกที่เรียวยาว เพราะสิ่งเหล่านี้สามารถลดการลากของปีกได้ ปีกที่มีรูปร่างนั้นทำให้เกิดกระแสน้ำวนที่ปลายอ่อนไม่แข็งแรง กระแสน้ำวนที่อ่อนลงอาจนำไปสู่การลากน้อยลงและหวังว่าจะสามารถประหยัดเชื้อเพลิงได้มากขึ้น “ที่ส่วนปลายของปีก ซึ่งไม่มีปีกเกินกว่าที่อากาศมองเห็นได้อีกต่อไป อากาศนั้นฉลาดมาก และมันจะเคลื่อนไปรอบๆ ปลายปีกเท่านั้น” เจมส์กล่าว “ยิ่งเราสามารถสร้างปีกได้ [ยืดออก] ได้มากเท่าใด แรงยกที่เราสร้างขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น”
แต่เห็นได้ชัดว่า NASA และผู้ผลิตเครื่องบินในอนาคตไม่ต้องการปีกที่ประหยัดเชื้อเพลิงแบบยาวของพวกเขาเช่นกัน ดี งอและหลุด
โครงถักขนาดใหญ่ให้การสนับสนุนที่จำเป็น ทำให้โครงสร้างเป็นจุดเชื่อมต่อกับลำตัวอีกจุดหนึ่ง และป้องกันการกระพือปีกที่วิ่งหนี อีกประเด็นหนึ่งคือเรื่องน้ำหนัก ปีกที่ผอมยาวที่ไม่มีโครงถักอาจต้องแข็งและหนักมากจนไม่สามารถประหยัดน้ำมันได้ ท้ายที่สุด คุณคงไม่อยากใส่สปอยเลอร์ในรถของคุณหากต้องทำด้วยตะกั่วแข็ง
Wahls ของ NASA กล่าวว่าการกำหนดค่าปีกแบบใหม่อาจช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ถึง 9 เปอร์เซ็นต์บนเครื่องบิน TTBW ในอนาคต
ข้อดีอีกประการหนึ่งของการออกแบบคือ แทนที่จะติดปีกไว้ตรงกลางหรือด้านล่างของลำตัว โครงแบบนี้มีปีกติดตั้งอยู่ด้านบน ซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตเครื่องบินทุกรายสามารถแขวนเครื่องยนต์ที่ใหญ่กว่าไว้ใต้ปีกได้—เครื่องยนต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่กว่าก็ประหยัดเชื้อเพลิงได้มากกว่า—โดยไม่ต้องกังวลว่าเครื่องยนต์จะขูดกับพื้น
ในขณะที่ผู้ผลิตเครื่องบินอย่างโบอิ้งอาจไม่เคยสร้างเครื่องบินที่มีการออกแบบแบบนี้เลย Wahls กล่าวว่าพวกเขาต้องการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในสถานที่ที่สามารถ “พิจารณาอย่างถูกกฎหมาย” ในช่วงปี 2030
ในขณะเดียวกัน เมื่อพูดถึงเครื่องบินแห่งอนาคตที่ประหยัดเชื้อเพลิงและยั่งยืนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ยิ่งเครื่องจักรบินได้มีประสิทธิภาพ มากเท่าไหร่ มันก็ จะยิ่งพึ่งพาระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าได้มากเท่านั้น — James จาก NASA Ames มองเห็นเครื่องบินแบบ TTBW เป็นเพียง “ก้าวย่าง” การออกแบบที่ดีที่สุดอย่างแท้จริงจากมุมมองการใช้เชื้อเพลิงน่าจะเป็นเครื่องบินที่ร่างกายและปีกผสมเข้าด้วยกัน ดังนั้นมันจึงคล้ายกับกระเบนราหูหรือ เครื่องบินทิ้งระเบิด วิญญาณB-2
