แรงยกทางอากาศพลศาสตร์
หลักพื้นฐานการบิน
แรงที่กระทำต่อเครื่องบิน
มีแรงที่กระทำต่อเครื่องบินอยู่ 4 แรงตลอดเวลา ขณะที่เครื่องบินกำลังบินอยู่ แรงทั้งสี่นั้น คือ
(1) แรงยก ( Lift ), (2) แรงดึงดูดของโลก ( Gravity force or Weight ), (3) แรงขับไปข้างหน้า (Thrust ), และ (4) แรงต้านทาน หรือแรงฉุด (Drag ).
แรงยก และแรงต้าน (Lift and Drag ) ถือว่าเป็นแรงที่เกิดจาก aerodynamics เพราะว่าแรงนี้ เกิดจากการเคลื่อนที่ ของเครื่องบิน ผ่านอากาศ
four forces
แรงยก (Lift ): เกิดขึ้นโดย ความกดอากาศต่ำ ที่เกิดขึ้นที่พื้นผิว ด้านบน ของปีก เมื่อเปรียบเทียบกับความกดอากาศที่พื้นผิวด้านล่างของปีกเครื่องบิน หรือพูดอีกอย่างหนึ่ง ก็คือ แรงที่เกิดขึ้นบนพื้นผิว ด้านบนของปีก น้อยกว่าแรงที่เกิดขึ้น ที่พื้นผิว ของปีกด้านล่าง ตามหลักของเบอร์นูลลี่ ทำให้เกิดแรงยกขึ้นข้างบน ที่ปีกของเครื่องบิน. ลักษณะรูปร่างของปีกเครื่องบิน ถูกออกแบบมา ให้อากาศ ที่พัดไหลผ่านด้านบนของปีก จะมีระยะทางที่อากาศต้องเดินทางมากกว่า จึงทำให้ต้องไหลผ่านเร็วกว่าด้านล่าง ทำให้เกิดความกดอากาศต่ำ ( ดูรูปประกอบ ) ดังนั้น จึงทำให้ ปีกถูกยกขึ้น แรงยกก็คือ แรงที่อยู่ ตรงข้าม กับน้ำหนัก หรือ แรงดึงดูดของโลก
lift
แรงยก ขึ้นอยู่กับ (1) รูปร่างของ airfoil (2) มุมที่ปีก กระทำต่อ Relative Wind (3) พื้นที่ผิวที่อากาศไหลผ่าน (4) กำลังสอง ของความเร็วลม ( นำไปหา dynamic pressure) (5) ความหนาแน่นของอากาศ.
lift equation
น้ำหนัก (Weight ): เกิดจากแรงดึงดูดของโลก แรงนี้ กด หรือดึงเครื่องบินลงมายังโลก เราถือว่ากระทำที่จุดศูนย์กลางของแรง หรือ CG ของเครื่องบิน
แรงขับเคลื่อน (Thrust ): คือ แรงที่ขับเคลื่อนไปข้างหน้า จะเป็น แรง ผลัก หรือ แรงฉุด ที่ เกิดจากเครื่องยนต์ ของเครื่องบิน ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบ, เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท หรือเทอร์โบแฟน
thrust equation
แรงต้าน ( Drag ): เป็นแรง ที่กระทำตรงข้าม กับแรงที่ขับเคลื่อน เครื่องบิน ไปข้างหน้า โดยเฉพาะเป็นแรงที่ต่อต้าน การเคลื่อนที่ของวัตถุในอากาศ มีทิศทางขนานกับวัตถุที่เคลื่อนที่ นี่ก็คือ แรงเสียดทาน องอากาศ ที่ผ่านส่วนต่างๆ ของเครื่องบิน. แรงต้านเกิดจากการกระทบของอากาศ การเสียดทานของพื้นผิวเครื่องบิน และ แรงดูด เนื่องจาก ากาศแทนที่
drag equation
การควบคุมการบิน
เครื่องบิน ประกอบไปด้วย ส่วนที่เคลื่อนไหวได้ และ ส่วนที่อยู่กับที่ เคลื่อนไหวไม่ได้ แต่ช่วยให้การบิน มีสเถียรภาพ และ ใช้ บังคับเครื่องบินขณะบิน กรุณาดู รูป ประกอบ
ส่วนทุกส่วนของ airfoil ออกแบบมา ให้ทำหน้าที่เฉพาะ ในขณะที่เครื่องบิน บินอยู่ ส่วนที่เคลื่อนไหวไม่ได้ เช่น ปีก, กระโดงหาง, และ แพนหาง. ส่วนที่เคลื่อนไหวได้ ก็ได้ แก่ส่วนที่ควบคุม หรือ บังคับการบิน ได้แก่ Ailerons, Elevator, Rudders และ Flaps สำหรับ Ailerons, Rudders, Elevators ใช้ ในการบังคับทิศทาง หรือ ลักษณะท่าบิน เพื่อทำให้เครื่องบิน บินไปตามที่นักบิน ต้องการ ส่วน Flaps นั้น จะใช้ ระหว่างเครื่องจะลงสนามบิน และจะให้ยื่นออกมาเล็กน้อยขณะบินขึ้น
Aileron: บางครั้ง เรียกว่า ปีกเล็กแก้เอียง คือส่วนที่ใช้ ในการควบคุมเครื่องบิน สามารถเคลื่อนไหวได้ ติดตั้งที่ชายปีกหลัง ส่วนของปลายปีกใช้บังคับให้ เครื่องบินเอียง ซ้าย-ขวา หรือรอบแกน Longitudinal Axis.
Elevator: เป็นส่วนที่ใช้ควบคุม ในแนวระดับ, ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ ชายหลังของแพนหาง ออกแบบมาเพื่อใช้บังคับการเคลื่อนที่ รอบแกน Lateral Axis หรือ Pitching คือบังคับให้หัว เชิดขึ้น หรือลง
Rudder: เป็นส่วนที่ตั้งอยู่ ในแนวตั้ง ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ ชายหลัง ของกระโดงหาง ( vertical stabilizer) ออกแบบมาเพื่อใช้ควบคุมการเคลื่อนไหว รอบแกน Vertical Axis คือบังคับให้เครื่องบิน หันหัวไปทาง ซ้าย หรือ ขวา โดยปกติแล้ว ในการเลี้ยว จะใช้งานร่วมกัน ระหว่าง Rudders และ Ailerons คือเครื่องจะเอียงด้วย
Wing Flaps: ติดตั้งอยู่ที่ชายปีกหลังด้านใน อยู่ติดกับลำตัว อาจจะ ติดตั้ง แบบบานพับ หรือ แบบเลื่อนออก เพื่อเพิ่มส่วนโค้งของด้านบนของปีก และเพิ่มพื้นที่ของปีก ซึ่งเป็นการเพิ่ม แรงยกให้ปีก
