Search
Close this search box.

|

Search
Close this search box.

|

เพราะอะไร ‘เขี้ยวกุด’ ถึงบินไม่ได้? เจาะหลักวิศวกรรมการบินผ่านมังกร Night Fury

Toothless with Simcenter 3D

เมื่อแอนิเมชันระดับรางวัลกลับมาโลดแล่นอีกครั้งในเวอร์ชันคนแสดงจริง ก็เรียกได้ว่าแฟนๆ ทั่วโลกต่างตั้งตารอเจ้า “เขี้ยวกุด” มังกรพันธุ์ Night Fury ที่ครองใจผู้ชมด้วยความฉลาด ซื่อสัตย์ และลุคสุดน่ารัก

ในมุมของสายเนิร์ดวิศวกรรมแล้ว การได้เห็นฉากที่เขี้ยวกุด “บินไม่ได้” ในช่วงแรกของเรื่อง กลับกลายเป็นจุดที่ชวนตั้งคำถามและหยิบยกมาวิเคราะห์ต่อได้อย่างน่าสนใจ เพราะเบื้องหลังภาพน่ารักเหล่านั้น แฝงไว้ด้วยหลักการทาง วิศวกรรมการบิน อย่างชัดเจน

บทความนี้ผมจะขอพาทุกท่าน ไปเจาะลึกสาเหตุที่ “เขี้ยวกุดบินเองไม่ได้” ผ่านมุมมองของวิศวกร โดยจะขอยกตัวอย่างจาก เครื่องบิน มาอธิบายประกอบ เพื่อให้เข้าใจได้ง่ายและสนุกไปพร้อมกัน


หากเปรียบเทียบกับเครื่องบิน ที่บินอยู่บนท้องฟ้า นอกจากที่ปีกจำเป็นจะต้องสร้างแรงยก เพื่อให้เครื่องบินสามารถพยุงตัวให้ลอยอยู่ในอากาศได้ หรือแรงขับที่มีความจำเป็นจะต้องเอาชนะแรงต้านอากาศ เพื่อให้เครื่องบินสามารถบินได้ด้วยความเร็วที่เพียงพอที่จะสร้างแรงยก ยังมีอีกหลายปัจจัยที่นักออกแบบจำเป็นต้องคำนึงถึง เพื่อให้การทำงานของเครื่องบินอยู่ในสภาพที่เหมาะสมและปลอดภัย ยกตัวอย่างเช่น ความสามารถในการควบคุมและตอบสนองที่สามารถคาดการณ์ได้ ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะเกิดขึ้นได้นั้น เครื่องบินจำเป็นต้องมีความเสถียรภาพ หรือที่เราเรียกว่า Aircraft Stability นั่นเอง

ความเสถียรทางการบิน…เกิดขึ้นได้จากสมดุลของโมเมนต์ที่เกิดขึ้นจากแรงยกในแต่ละพื้นผิว สมมติว่าเขี้ยวกุดกำลังร่อนอยู่บนอากาศ ปีกจะทำหน้าที่สร้างแรงยก และแปลนหางเองก็เช่นกัน แรงยกที่เกิดขึ้นจากสองพื้นผิวจะมีส่วนทำให้เกิดความเสถียรในการบิน

อธิบายให้เข้าใจง่ายขึ้น เมื่อเขี้ยวกุดพยายามที่จะเชิดหน้าเพื่อบินให้สูงขึ้น แรงยกจากหางจะพยายามทำให้เขี้ยวกุดกลับมาอยู่ในท่าทางที่สมดุล หรือในกรณีที่มีลมปะทะจากด้านข้าง หลายๆ ท่านอาจจะคิดว่าเขี้ยวกุดจะถูกพัดให้ไถลไปกับลม แต่หากเขี้ยวกุดมีเสถียรภาพในการบิน แปลนหางจะพยายามทำให้เขี้ยวกุดหันหน้ากลับมาปะทะลมเพื่อร่อนต่อไปได้นั่นเอง


เป็นสิ่งที่ใช้อธิบายว่าเครื่องบินจะตอบสนองอย่างไร? เมื่อมีการรบกวนจากปัจจัยภายนอก ไม่ว่าจะเป็นปัจจัยธรรมชาติ อย่างเช่น ลม หรือจะเป็นการควบคุมโดยนักบินเองก็ตาม โดยส่วนมากความเสถียรของเครื่องบินจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่

ความเสถียรเชิงสถิต (Static Stability)

คือการตอบสนองระยะสั้นของเครื่องบินเมื่อเกิดแรงรบกวนต่อทิศทางการเคลื่อนที่ของมัน
เมื่อเกิดแรงรบกวน เครื่องบินสามารถแสดงพฤติกรรมได้ 3 รูปแบบ ได้แก่

  • เสถียรภาพเชิงบวก (Positive Static Stability) กล่าวคือ เครื่องบินจะต้านทานแรงรบกวนและพยายามกลับสู่ตำแหน่งหรือท่าทางปกติอัตโนมัติ
  • เสถียรภาพเป็นกลาง (Neutral Static Stability) กล่าวคือ เครื่องบินจะไม่พยายามกลับสู่ท่าทางเดิม แต่ก็จะไม่เบี่ยงเบนออกไปมากกว่าเดิม หรือกล่าวได้ว่าเครื่องบินจะคงอยู่ในตำแหน่งใหม่ต่อไปเรื่อยๆ
  • เสถียรภาพเชิงลบ (Negative Static Stability) กล่าวคือ เครื่องบินจะเบี่ยงเบนออกจากตำแหน่งเดิม มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเป็นลักษณะไม่พึงประสงค์ในการบินที่ปลอดภัย

เครื่องบินบางลำอาจแสดงความเสถียรเชิงสถิตที่ดี กล่าวคือเมื่อถูกเบี่ยงเบนก็จะพยายามกลับสู่ท่าทางเดิม แต่.. เมื่อเวลาผ่านไปพฤติกรรมของมันอาจจะเปลี่ยนแปลงและกลายเป็นไม่เสถียรก็ได้..ในกรณีนี้ เราจะเรียกว่าเครื่องบินขาดเสถียรภาพเชิงพลวัต (Dynamic Unstable)

เสถียรภาพเชิงพลวัต (Dynamic Stability)

คือการวัดพฤติกรรมของเครื่องบินหลังจากที่ไม่มีแรงรบกวน อธิบายให้เข้าใจง่ายๆ คือ เมื่อแรงรบกวนหายไป ในช่วงแรกหากเครื่องบินมีความเสถียรเชิงสถิตเครื่องบินจะพยายามกลับสู่ท่าทางเดิม แต่ไม่ได้การันตีว่าการพยายามกลับสู่สมดุลนั้นจะสำเร็จลุล่วงได้ เพียงแต่บ่งบอกแนวโน้มว่าเครื่องบินมีแนวโน้มที่จะกลับสู่สมดุล ความเสถียรเชิงพลวัตจึงใช้วัดว่าเมื่อเวลาผ่านไปช่วงหนึ่ง เครื่องบินจะสามารถคืนสู่สภาพสมดุลได้จริงหรือไม่ และจะใช้เวลานานเท่าใดในการคืนสู่สภาพสมดุลนั่นเอง

หางที่ขาดไปของเขี้ยวกุดก็เปรียบเสมือนอุปกรณ์หนึ่ง ที่เราเรียกว่า Vertical / Horizontal Stabilizer ของเครื่องบิน ซึ่งมีหน้าที่ช่วยปรับให้เครื่องบินมีความสมดุลโมเมนต์ทั้งในแกน Pitch และ Yaw
นั่นจึงเป็นเหตุผลว่า..ทำไมการออกแบบหางเทียมของฮิคคัพจึงสามารถช่วยทำให้เขี้ยวกุดกลับมาอีกครั้งได้ ถึงฮิคคัพจะใช้เวลาอยู่พักใหญ่ ในการจะปรับพื้นที่ของแปลนหางให้เหมาะสมกับการสร้างแรงยก และสมดุลโมเมนต์ของเขี้ยวกุดก็ตาม


ถึงแม้ว่า ฮิคคัพ จะประดิษฐ์หางเทียมให้กับ เขี้ยวกุด เพื่อช่วยสร้างสมดุลในการบินได้สำเร็จ แต่หากไม่คำนึงถึงพฤติกรรมของ แอโรอีลาสติก (Aeroelasticity) แล้ว เขี้ยวกุดก็อาจเผชิญกับปัญหาที่ทำให้ไม่สามารถบินได้อย่างมั่นคงเช่นเดิม

Aeroelasticity คืออะไร?

แอโรอีลาสติก (Aeroelasticity) คือศาสตร์ที่ใช้ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงแอโรไดนามิก (Aerodynamic force) กับแรงยืดหยุ่นของโครงสร้าง เช่นปีกเครื่องบิน หรือในกรณีนี้คือแปลนหางเทียมของเขี้ยวกุด
เมื่อวัตถุที่มีความยืดหยุ่นสูงถูกอากาศพัดผ่าน มักจะเกิดการโก่งงอหรือบิดตัว ซึ่งมักจะส่งผลต่อทิศทางของกระแสอากาศที่ไหลผ่าน กลายเป็นปฏิกิริยาที่โต้ตอบกันไปมา หากปฏิกิริยานี้ไม่ถูกควบคุมให้ดีพอ อาจนำไปสู่ปรากฎการณ์สั่นสะเทือนที่รุนแรงจนปีกเสียสมดุลหรือโครงสร้างเสียหายได้

ฟลัตเตอร์ (Flutter)

ปรากฎการณ์สำคัญของแอโรอีลาสติก ที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์อย่างต่อเนื่องระหว่างแรงเฉื่อย แรงยืดหยุ่นและแรงแอโรไดนามิก ซึ่งนำไปสู่การสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงตามมา
ไม่เพียงแค่อากาศยานเท่านั้นที่ต้องกังวลเรื่องฟลัตเตอร์ ปรากฎการณ์นี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้กับโครงสร้างอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานที่ ที่มีลมแรงและมีการสั่นอย่างต่อเนื่อง เช่น เสาไฟ ป้ายจราจร สะพาน หรืออาคารสูง


ในโลกของการออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้างอากาศยาน กระบวนการวิเคราะห์มักเกิดขึ้นแยกส่วนกัน กล่าวคือ เราอาจจะใช้ CAD (ส่วนมากจะเป็น CATIA) แยกออกจากซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ FEM หรือ การคำนวณ Margin of Safety ในอากาศยานอาจจะทำได้ผ่าน Excel ซึ่งก็ไม่ได้มีความเชื่อมต่อกับเครื่องมือใดๆ เลย ทำให้มีความเสี่ยงมากมาย เช่น

  • การแปลข้อมูลข้ามซอฟต์แวร์ผิดพลาด
  • เกิดการทำงานซ้ำเนื่องจากกระบวนการทำงานไม่มีประสิทธิภาพ
  • หากมีการแก้ไขการออกแบบ สามารถทำได้ยาก
  • เกิดความล่าช้าในการวิเคราะห์เพื่อให้ได้ใบรับรอง (Certification) ต่างๆ


  • การนำเข้า (Import) CAD
  • การสร้างและปรับแต่งโมเดล FEM
  • การวิเคราะห์ฟลัตเตอร์
  • การคำนวณ Margin of Safety ตามมาตรฐานสากลหรือวิธีเฉพาะของแต่ละองค์กร
  • การสร้างรายงานภายในซอฟต์แวร์เพื่อยื่นขอใบรับรอง (Certification)


เรื่องราวของเขี้ยวกุดไม่เพียงเป็นภาพยนตร์ที่อบอุ่นใจ แต่ยังสะท้อนหลักวิศวกรรมการบินได้อย่างลึกซึ้ง ตั้งแต่เสถียรภาพทางอากาศไปจนถึงพฤติกรรมของโครงสร้างเมื่อเจอลมปะทะ

ในโลกความเป็นจริง วิศวกรไม่สามารถพึ่งพาเพียงความเข้าใจพื้นฐานได้ แต่ต้องมีเครื่องมือที่ช่วยให้การออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้างมีประสิทธิภาพ ปลอดภัย และแม่นยำ

แพลตฟอร์มแบบครบวงจรที่เชื่อมโยงการออกแบบ วิเคราะห์ และการรับรองมาตรฐานไว้ในที่เดียว


👨🏻‍💻 เขียนและวิเคราะห์บทความโดย: 

นิธิกิตติ์ ธนธีรารังสรรค์

Manufacturing Dept. Team Leader 

ผู้เชี่ยวชาญและผู้ฝึกสอนโซลูชั่น CAE ที่มีประสบการณ์ในการวิเคราะห์และออกแบบอากาศพลศาสตร์ของอากาศยานไร้คนขับแบบไฟฟ้าและพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยเทคนิคพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) การวิเคราะห์และออกแบบกลไกกระเป๋าใส่เครดิตการ์ดแบบพกพา การวิเคราะห์สาเหตุการหยุดทำงานเนื่องจากปัจจัยความร้อนของ Outdoor Unit ในอุตสาหกรรมเครื่องปรับอากาศ การวิเคราะห์การสูญเสียแรงดันในท่ออากาศ และอื่นๆ

Connect Author’s LinkedIn : www.linkedin.com/in/nithikitt

RELATED ARTICLE

Vibration Analysis Helps Engineering Prepare for Earthquakes
เทคโนโลยีวิเคราะห์แรงสั่นสะเทือน: วิทยาการเบื้องหลังการรับมือกับแผ่นดินไหว
READ FULL
IPS Cable Simulation
การออกแบบด้าน Mechanical และการใช้งาน Cable และ Wire Harness ในรถยนต์ไฟฟ้า
READ FULL
DX Tools Webinar by Dentsu Soken Thailand and Denso
[Webinar] DX Tool For Productivity and Quality Improvement
READ FULL

เราใช้คุกกี้เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพ และประสบการณ์ที่ดีในการใช้เว็บไซต์ของคุณ คุณสามารถศึกษารายละเอียดได้ที่ นโยบายความเป็นส่วนตัว และสามารถจัดการความเป็นส่วนตัวเองได้ของคุณได้เองโดยคลิกที่ ตั้งค่า

ตั้งค่าความเป็นส่วนตัว

คุณสามารถเลือกการตั้งค่าคุกกี้โดยเปิด/ปิด คุกกี้ในแต่ละประเภทได้ตามความต้องการ ยกเว้น คุกกี้ที่จำเป็น

ยอมรับทั้งหมด
จัดการความเป็นส่วนตัว
  • เปิดใช้งานตลอด

บันทึกการตั้งค่า

MEET THE EXPERT

Contact our experts for more information about our solutions.