History of Jet Engine เครื่องยนต์พลิกโฉมโลก...
Cr. Pinterest
คนจำนวนหลายล้านคนโดยสารเครื่องบินในแต่ละปี เครื่องบินโดยสารมีความสำคัญในหลาย ๆ ด้าน มันสามารถพาเราข้ามมหาสมุทรไปยังจุดหมายปลายทางที่ต้องการ รวมไปถึงการขนส่งที่รวดเร็วข้ามทวีปภายในไม่กี่ชั่วโมง
แล้วความเป็นมาของเครื่องยนต์เจ็ท (Jet Engine) เป็นอย่างไร?
เครื่องบินยุคแรก ๆ ใช้ใบพัด เพราะสร้างได้ง่าย และความเร็วก็เหมาะสมแล้วในช่วงนั้น (ต้นศตวรรษที่ 20) โดยใบพัดสามารถพัดอากาศจำนวนมหาศาล และ ทำให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
Cr. Pinterest
ใบพัดถูกออกแบบให้สอดคล้องกับอากาศพลศาสตร์ “ส่งผลให้อากาศที่พัดเหนือปีก (ลูกศรสีแดง) จะต้องเดินทางไกลกว่า พัดเร็วกว่าใบพัดด้านล่าง (ลูกศรสีน้ำเงิน) ผลก็คือเกิดแรงดันต่ำ แต่ปรกด้านล่างแรงดันสูงกว่า ซึ่งจะผลักใบพัดไปข้างหน้า” และ “ใบพัดยังวางในแนวทแยงเพื่อพัดอากาศให้ไปข้างหลังและดันเครื่องไปข้างหน้า (ลูกศรสีเหลือง) ทั้งสองปรากฏการณ์นี้ทำให้เครื่องบินขับเคลื่อนไปข้างหน้าได้” ซึ่งหลักการนี้เป็นหลักการเดียวกันที่ใช้ในการออกแบบปีกของเครื่องบิน
ภาพด้านบนของใบพัดเครื่องบิน
แต่หลายปีต่อมา ข้อจำกัดของเครื่องยนต์แบบใบพัดเริ่มปรากฏขึ้น เมื่อมีความต้องการความเร็วเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้เครื่องยนต์ใหญ่ขึ้น แต่พอน้ำหนักเพิ่มขึ้นเครื่องบินก็ดันบินช้าลง และอีกอย่างยังมีปัญหาทางกายภาพ คือ เมื่อต้องการให้ประสิทธิภาพมากขึ้น เร่งความเร็วเพิ่มขึ้น ส่วนปลายของใบพัดเข้าสู่ความเร็วเสียง กระแสลมรอบใบพัดจะหยุด ทำให้ไม่เกิดแรงขับเคลื่อนอีกต่อไป (ใบพัดสามารถบีบอัดอากาศด้านหน้าให้เกิด Sonic boom ได้) ทำให้เครื่องบินไม่สามารถทำความเร็วเพิ่มขึ้น
Frank Whittle : Cr. ourwarwickshire.org.uk
ในปี 1928 Frank Whittle วิศวกรหนุ่มชาวอังกฤษ วัย 22 ปี ทำงานเป็นนักบินทดสอบให้กับกองทัพอากาศ เขาสนใจในการสร้างแรงผลักดันที่สามารถสร้างความเร็วได้ 750 กม/ชม และสูง 10000 เมตร เขาต้องการสร้างแรงขับเคลื่อนโดยตรงจากการเผาไหม้ของอากาศและน้ำมันในห้องเผาไหม้ การเผาไหม้ลักษณะนี้เกิดขึ้นในเครื่องยนต์แบบใช้ใบพัด แต่แทนที่จะปล่อยให้อากาศที่เป็นไอเสียทิ้งไป เขากลับใช้ก๊าซนั้น"เป็นแรงขับเคลื่อนแทน"
Cr. Elsetge.Cat
หลักการก็คือ อากาศหลายตันถูกดูดเข้าไปในพัดลม เมื่อเข้าไปยังห้องเผาไหม้ น้ำมันจะถูกฉีดและจุดไฟ การระเบิดทำให้อากาศขยายตัวอย่างรวดเร็ว และออกจากเครื่องบินทางท่อด้านหลัง
ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันข้อที่ 3 (ทุกแรงกริยาจะเกิดแรงปฏิกิริยาที่มีค่าเท่ากัน) ด้วยหลักการนี้เองแก๊สร้อนที่พุ่งออกทางด้านหลังเครื่องยนต์เจ็ททำให้เครื่องบินขับเคลื่อนไปข้างหน้า
แต่การที่จะทำให้เครื่องบินทั้งลำเคลื่อนที่ได้ ก๊าซต้องมีปริมาณมาก และรุนแรงพอ การเผาไหม้อย่างมีประสิทธิภาพและรุนแรงกว่าจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีอากาศในเครื่องเผาไหม้มากขึ้น ด้วยสาเหตุนี้จึงต้องมีการอัดอากาศ ด้วยเครื่องอัดอากาศ (Compressor) โดยใช้กังหัน แต่ตัวเครื่องอัดอากาศต้องใช้พลังงานซึ่งจะผลิตได้จากกังหันด้านหลัง (Turbine)ที่ขับเคลื่อนด้วยแก๊สร้อน หลังเกิดการระเบิดในห้องเผาไหม้ (Combustion Chamber) แก๊สร้อนนี้จะมีความเร็วสูงมาก โดยจะหมุนใบพัดด้านหลังผ่านตัวเพลา (Shaft) ไปขับใบพัดด้านหน้า โดยอยู่ติดกับเพลาเดียวกัน และปลดปล่อยแก๊สร้อนออกทาง (Nozzle) เกิดแรงขับเคลื่อนได้ในที่สุด
Cr. Wikipedia
ปี 1930 Frank Whittle ขอยื่นจดสิทธิบัตร แต่ก็ต้องล้มเลิกไปช่วงระยะเวลาหนึ่งเพราะขาดการสนับสนุนจากกองทัพอากาศ
ปี 1937 เขาผลิตตัวต้นแบบขึ้นมาได้โดยการลงทุนของเขาเอง แต่น่าเศร้าเพราะทำได้ในระยะสั้น ๆ เท่านั้น เพราะ เครื่องควบคุมยากทำให้เครื่องต้นแบบเกิดการเสียหายหลายเครื่อง และในช่วงนี้เองกองทัพอากาศมีความสนใจ เขาจึงได้รับการสนับสนุน
ปี 1941 เขาขึ้นบินเป็นครั้งแรกด้วยเครื่องบินชื่อ “Gloster Pioneer” เป็นเครื่องบินทดลองแต่ Gloster Pioneer ไม่ใช่เครื่องบินลำแรกที่ขึ้นบินสำเร็จ เพราะมีคนทำสำเร็จก่อน Frank Whittle
Gloster Pioneer : Cr.Wikiwand
ชายผู้นั้นคือ Hans von Ohain เป็นนักศึกษาในวัย 24 ปี ในขณะนั้นเขาคิดโครงการที่คล้ายกับ Frank Whittle ในเยอรมันโดยไม่มีความเกี่ยวข้องกัน เขาได้สร้างเครื่องทดลองในปี 1935 แรงบันดาลใจคือ เขารำคาญเสียงของเครื่องยนต์ใบพัด และ การสั่นของเครื่องยนต์ และต้องการให้เครื่องบินบินได้นุ่มนวลกว่าเดิม
Hans von Ohain : Cr. Luftwaffe Lovers
วิธีแก้ปัญหาของเขาเหมือน Frank Whittle นั้นคือ ใช้เครื่องยนต์เจ็ท ทั้งการดูดอากาศ การอัดอากาศ การจุดไฟ และแรงขับดัน จะเกิดขึ้นพร้อมกันอย่างต่อเนื่อง ผลก็คือเครื่องมีเสียงเบาลงและประสิทธิภาพมากขึ้น
Ohain ได้เสนอแนวคิดนี้กับ Ernst Heinkel วิศวกรการบินชาวเยอรมัน และได้รับอนุญาตให้ทดลองได้ในห้องทดลองของเขา ไม่นานเครื่องยนต์เจ็ทก็กลายเป็นจริง
ในปี 1939 ในที่สุดก็ได้เวลา เครื่องบินเจ็ทลำแรกของโลก Heinkel He 178 ออกทดลองบินประสบความสำเร็จ 2 ปีก่อนหน้าก่อน Frank Whittle แต่ Ohine ประสบกับปัญหาไม่ต่างกับ Frank Whittle เนื่องจากรัฐบาลเยอรมันไม่ให้ความสนใจ เนื่องจากหน้าตาของเครื่องบินแปลกประหลาดและใช้น้ำมันจำนวนมาก ทำให้มีระยะการบินไม่มากนัก
Heinkel He 178 เครื่องบินลำแรกของโลกที่บินด้วยเครื่องยนต์เจ็ท : Cr. wikipedia
แต่แล้วการเกิดสงครามโลกครั้งที่สองก็ทำให้เกิดความจำเป็นในการออกแบบและพัฒนาเครื่องบินเพื่อหาอาวุธพิเศษ เพราะเครื่องบินของ Ohain ทำให้เยอรมันมีข้อได้เปรียบในการยึดน่านฟ้าโดยการใช้เครื่องบินที่มีความเร็ว
ในปี 1944 เครื่องบินต่อสู้เครื่องยนต์เจ็ทลำแรกของโลกถูกผลิตในเยอรมัน นั้นคือ Messerschmitt Me 262 ส่วนเครื่องบินต่อสู้ลำแรกของอังกฤษ Gloster Meteor ก็ตามกันมาติด ๆ หลังจากนั้น 1 ปี
Messerschmitt Me 262 : Cr.Wikipedia
Gloster Meteor : Cr. Wkipedia
หลังสงครามโลกครั้งที่สอง อุตสาหกรรมเครื่องบินของอังกฤษเป็นผู้นำโลกอยู่ระยะหนึ่ง มีการพัฒนาเครื่องยนต์ของ Frank Whittle เพิ่มเติมที่บริษัท Rolls-Royce ยิ่งทำให้อังกฤษเป็นผู้นำด้านเทคนิคมากยิ่งขึ้น
ในปี 1958 ได้มีการเปิดตัว Boeing 707 ของสหรัฐอเมริกาและได้กลายเป็นต้นแบบของเครื่องบินโดยสารรุ่นใหม่และพัฒนาประสิทธิภาพให้ดีขึ้นมาจนถึงปัจจุบัน
อย่างไรก็ตามเครื่องยนต์เจ็ทสมัยใหม่ก็ยังก่อให้เกิดเสียงและมลภาวะ และ สิ้นเปลืองน้ำมัน ดังนั้นเครื่องยนต์จึงต้องมีการพัฒนาเครื่องยนต์ต่อไป ก็ยังคงต้องตั้งการอคอยวันเวลาที่ ผู้ประดิษฐ์ วิศวกร หรือ นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ออกแบบและพัฒนาเครื่องยนต์เจ็ทให้ดีและมีประสิทธิภาพประหยัดพลังงานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ติดตามความรู้ดีๆ รู้ไว้ไม่เสียหายได้ที่
Reference
- 10
ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
