อากาศยานอนาคต : เทคโนโลยีความงามที่มากกว่ารูปลักษณ์

อากาศยานอนาคต : เทคโนโลยีความงามที่มากกว่ารูปลักษณ์

 องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งสหรัฐฯ หรือ องค์การนาซา (NASA) จัดให้หน่วยงานต่างๆด้านวิศวกรรมอวกาศยาน ร่วมออกแบบอากาศยานในอนาคตที่สามารถตอบสนองเป้าหมายทั้งในด้านประสิทธิภาพพลังงาน สิ่งแวดล้อม และการใช้งาน โดยเป้าหมายต่างๆที่องค์การนาซา (NASA) กำหนดให้มีอยู่ในอากาศยานในยุคทศวรรษ 2030 ได้แก่
 

• การลดระดับความดังของเสียง 71 เดซิเบล ให้ต่ำกว่ามาตรฐานของสหพันธ์บริหารการบินแห่งสหรัฐฯ (Federal Aviation Administration : FAA) เพื่อลดมลภาวะทางเสียงภายในบริเวณโดยรอบสนามบิน
• การลดมลพิษทางอากาศจากการปลดปล่อยก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ลงมากกว่าร้อยละ 75 ตามมาตรฐานที่กำหนดในวาระการประชุมคณะกรรมการองค์กรการบินพลเรือนสากลว่าด้วยการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมอันเนื่องมาจากการบิน ครั้งที่ 6 (CAEP 6) เพื่อปรับปรุงคุณภาพอากาศโดยรอบสนามบิน
• การลดการเผาไหม้เชื้อเพลิงลงกว่าร้อยละ 70 ซึ่งจะช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHGs) อีกทั้งช่วยลดต้นทุนการเดินอากาศ
• การเพิ่มความสามารถการใช้งานทางวิ่งขึ้นลงของเครื่องบินในสนามบินหลายแห่งให้เกิดประโยชน์สูงสุด จากแนวคิดการใช้ประโยชน์ของพื้นที่ในเขตเมือง (metroplex) โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในสนามบินในพื้นที่เขตเมือง ซึ่งจะช่วยลดความล่าช้าและความแออัดในการจราจรทางอากาศ

          โดยมีหน่วยงานที่เข้าร่วมส่งผลงานในโครงการดังกล่าวทั้งสิ้น 4 หน่วยงาน ได้แก่ สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology : MIT) โบอิ้ง (Boeing) จีอี (General Electric) และนอร์ธทร็อป กรัมแมน (Northrup Grumman) ดังนี้

1. The Double Bubble D8 ผลงานการออกแบบของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์

         

          การออกแบบที่รวมลำตัวของอากาศยาน 2 ลำเข้าด้วยกันตลอดแนวความยาวของเครื่อง และติดตั้งเครื่องยนต์ Turbofan จำนวน 3 เครื่องตรงช่วงท้ายของลำตัว โดยองค์ประกอบที่สำคัญของ The Double Bubble D8  คือ การใช้วัสดุผสมที่มีน้ำหนักเบา และการใช้เครื่องยนต์ Turbofan ที่มี bypass ratio¹ ในอัตราสูงมาก เพื่อสร้างแรงขับที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น (รูปที่ 1)
          The D8 series aircraft ถูกออกแบบสำหรับใช้งานสำหรับเที่ยวบินภายในประเทศเป็นสำคัญ โดยออกแบบให้มีพิสัยบินไกล 3,000 ไมล์ทะเล หรือ 5,556 กิโลเมตร ที่ความเร็ว 0.74 มัค² สามารถบรรทุกผู้โดยสารได้ 180 คน และจากลักษณะพิเศษของลำตัวทำให้มีห้องโดยสารที่กว้างกว่าห้องโดยสารของโบอิ้ง 737-800
 

     2.    ผลงานการออกแบบของบริษัท GE Aviation

          อากาศยานขนาดบรรทุก 20 ที่นั่ง ที่ออกแบบโดยทีมวิจัยจาก GE Aviation ลักษณะสำคัญคือ น้ำหนักเบา และสามารถใช้ประโยชน์จากหลักอากาศพลศาสตร์ได้มากกว่าอากาศยานขนาดเดียวกันทั่วไปที่ใช้งานในปัจจุบัน นอกจากนี้ ยังใช้เชื้อเพลิงน้อยและสร้างมลพิษทางเสียงต่ำ และด้วยขนาดที่เล็กกระทัดรัด ทำให้สามารถใช้รองรับการเดินทางเชิงธุรกิจระหว่างท่าอากาศยานต่างๆกว่า 1,300 แห่ง (รูปที่ 2)

          GE Aviation สร้างกรอบความคิดในการออกแบบอากาศยานขนาดบรรทุก 20 ที่นั่งนี้ ซึ่งสามารถใช้ประโยชน์ในการขนถ่ายผู้โดยสารเพื่อลดความแออัดในเขตเมือง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการขนถ่ายผู้โดยสารจากศูนย์การขนส่งในเขตเมืองหลัก

          ลักษณะเด่นของอากาศยานลำดังกล่าวคือ การออกแบบให้มีลำตัวเป็นรูปทรงไข่ ทำให้สามารถสู่ลมได้โดยสะดวกทั่วทุกผิวสัมผัส พร้อมทั้งติดตั้งเซลล์เชื้อเพลิงผลิตพลังงานไฟฟ้าเพื่อการใช้งานระบบไฟฟ้าภายใน 

          ทั้งนี้ ถูกออกแบบให้มีพิสัยบินไกล 800 ไมล์ทะเล ที่ความเร็ว 0.55 มัค โดยใช้เครื่องยนต์เทอร์โบพร้อมใบพัดเสียงรบกวนต่ำ รวมถึงสามารถลดมลพิษทางเสียงได้จากการลดระยะการนำเครื่องขึ้นและเพิ่มความสามารถในการไต่ระดับความสูงได้รวดเร็วยิ่งขึ้น
 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1    bypass ratio คือ อัตราส่วนของมวลอากาศที่ไหลผ่านรอบๆ engine core ต่อ มวลอากาศที่ไหลผ่าน engine core
2    มัค (Mach) หน่วยวัดความเร็วของอากาศและอวกาศยาน โดยหนึ่งมัคเท่ากับหนึ่งเท่าของความเร็วของเสียง หรือ 1,181 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

---

     3.     SELECTผลงานการออกแบบของบริษัท นอร์ธทร็อป กรัมแมน (Northrup Grumman)

                     

         The Silent Efficient Low Emissions Commercial Transport หรือ SELECT อากาศยานขนาดบรรทุก 120 ที่นั่ง ที่ถูกออกแบบขึ้นให้
สามารถใช้งานในท่าอากาศยานที่มีทางวิ่งขึ้นลงเครื่องบินที่สั้นกว่าปกติ เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการบินและลดความล่าช้าการจากนำ
เครื่องขึ้นลงแบบปกติ ภายใต้กรอบแนวคิด “การปฏิวัติประสิทธิภาพการทำงานที่เหนือกว่าการเปลี่ยนแปลงเพียงรูปลักษณ์” (รูปที่ 3)

         ลักษณะเด่นของ SELECT คือ การลดน้ำหนักตัวเครื่องด้วยการใช้วัสดุเซรามิก เทคโนโลยีนาโน และโลหะผสมจำรูป (shape
memory alloys) เป็นส่วนสำคัญอย่างเด่นชัดในการสร้างระบบการขับเคลื่อนที่มี bypass ratio ในอัตราสูง
        SELECT จึงถูกออกแบบให้สามารถตอบสนองเป้าหมายทั้งทางด้านการดำเนินงานและด้านสิ่งแวดล้อมได้พร้อมๆกัน เนื่องจากสามารถ
ใช้งานได้แม้ในท่าอากาศยานขนาดเล็ก ที่มีความยาวทางวิ่งขึ้นลงเพียง 5,000 ฟุต ด้วยเครื่องยนต์ที่ถูกออกแบบให้มีพิสัยบินไกล1,600 ไมล์
ทะเล ที่ความเร็ว 0.75 มัค

     4.     SUGAR ผลงานการออกแบบของบริษัท โบอิ้ง (Boeing)

                         

         The Subsonic Ultra Green Aircraft Research หรือ SUGAR จากกรอบแนวคิด เครื่องยนต์คู่ที่ขับเคลื่อนด้วยระบบเทคโนโลยี
เครื่องยนต์ไฮบริด ซึ่งรวมเทคโนโลยีการใช้พลังงานน้ำมันและเทคโนโลยีแบตเตอรี่เข้าไว้ในอากาศยานลำเดียวกัน (รูปที่ 4)

         ลักษณะเด่นของ SUGAR คือ การออกแบบลำตัวด้วยรูปทรงกระบอก และปีกที่ติดตั้งไว้บริเวณส่วนบนสุดพร้อมทั้งค้ำยันเข้ากับบริเวณ
ฐานของลำตัวเครื่อง ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับอากาศยานทั่วไปในปัจจุบันแล้วนั้น จะเห็นได้ชัดเจนว่า SUGAR มีปีกที่ยาวกว่า แต่มีความกว้าง
น้อยกว่า และกวาดเข้าหาลำตัวของเครื่องน้อยกว่าปีกของอากาศยานทั่วไปในปัจจุบัน อีกทั้งปีกของ SUGAR สามารถพับเก็บได้ในขณะเข้า
จอดในโรงเก็บเครื่องบิน

         ทั้งนี้ SUGAR ถูกออกแบบให้มีระวางโดยสารขนาด 154 ที่นั่ง ด้วยพิสัยบินไกล 3,500 ไมล์ทะเล ที่ความเร็ว 0.79 มัค ด้วยระบบการขับ
เคลื่อนแบบ turbo-electric hybrid โดยตัวเครื่องจะใช้พลังงานเชื้อเพลิงเมื่อกำลังนำเครื่องขึ้นและลง ในขณะที่จะใช้พลังงานไฟฟ้าเมื่อเครื่อง
กำลังทำการบินปกติในอากาศ
          ซึ่งจากผลงานการออกแบบอากาศยานพาณิชย์ของทั้ง 4 หน่วยงานดังกล่าวนี้ ทำให้พอจะมองเห็นแนวทางการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยี
อากาศยานเชิงพาณิชย์หลังปี 2030 ได้ ดังนี้

• อากาศยานพาณิชย์ในอนาคตจะมีความเร็วลดลง โดยเครื่องบินพาณิชย์ในอนาคตจะมีความเร็วประมาณ 0.7 มัค หรือเดินทางช้ากว่าเครื่อง
  บินพาณิชย์ในปัจจุบันประมาณร้อยละ 5-10 เพื่อแลกกับการลดการใช้พลังงาน
• เครื่องยนต์ของอากาศยานพาณิชย์ในอนาคตจะใช้พลังงานในการนำเครื่องขึ้นลดลง เพื่อลดมลพิษทางเสียง
• อากาศยานพาณิชย์ในอนาคตจะใช้ทางวิ่งขึ้นลงที่สั้นลง โดยจะใช้ความยาวทางวิ่งขึ้นลงของเครื่องบินโดยเฉลี่ยประมาณ 5,000 ฟุต เพื่อ
  เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พื้นที่และความสามารถในการบิน
• อากาศยานพาณิชย์ในอนาคตจะมีขนาดเล็กลง โดยขนาดจะใกล้เคียงกับระดับกลางของเครื่องบินรุ่นโบอิ้ง 737 ในปัจจุบัน ด้วยขนาดห้อง
  บรรทุผู้โดยสารไม่เกิน 180 คน แต่เดินทางในระยะทางที่สั้นลงและเพิ่มจำนวนเส้นทางบินตรงมากขึ้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของต้นทุน
• มีการนำเทคโนโลยีด้านการจัดการจราจรทางอากาศมาใช้เพิ่มขึ้น เช่น การนำเครื่องมือในการคำนวณระยะห่างระหว่างเครื่องที่เหมาะสม
  (Merging and Spacing) อัตโนมัติมาใช้ ทั้งในระหว่างเส้นทางการบิน และในช่วงการไต่ระดับความสูงในการนำเครื่องขึ้นและการลด
  ระดับในการนำเครื่องลง

          โดยหลักการต่างๆเหล่านี้ จะเกิดขึ้นได้จริง ก็ต่อเมื่อสามารถนำเทคโนโลยีต่างๆ มาควบรวมเพื่อนำมาใช้ปรับปรุงการผลิตอากาศยานใน
อนาคต เช่น การปรับปรุงโครงสร้างส่วนประกอบให้มีน้ำหนักเบา การเลือกใช้วัสดุเครื่องยนต์ที่ทนต่อความร้อนและแรงกดดันสูง และการ
พัฒนาแบบจำลองอากาศพลศาสตร์ เป็นต้น

CR:http://www.nstda.or.th/prs/index.php/airplane?showall=1