นักเรียนที่บินบนเครื่องบินบ่อยๆ จะต้องมีความรู้สึกว่าเครื่องยนต์ของเครื่องบินบางส่วนถูกแขวนไว้ที่ปีก และบางส่วนถูกติดตั้งไว้ที่บั้นท้าย จัดแบบลวกๆได้ไหม?
อันที่จริงแล้ว เครื่องยนต์อากาศยานไม่เพียงแต่มีสมรรถนะที่แตกต่างกันมาก แต่ยังอยู่ในตำแหน่งเฉพาะของการติดตั้งอีกด้วย โดยทั่วไปแล้ว นอกเหนือจากเค้าโครงปีกนกทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ไอพ่นยังมีปีกราก ปีกหาง และหางปีกอีกด้วย
รูปแบบแขวนปีก
เริ่มจากโครงร่างระบบกันสะเทือนปีกที่พบมากที่สุด รูปแบบนี้ปรากฏครั้งแรกบนเครื่องบินทิ้งระเบิดและต่อมาถูกนำมาใช้กับเครื่องบิน 707 ซึ่งช่วยให้โบอิ้งวางรากฐานสำหรับยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรม เมื่อนำมาใช้ เค้าโครงนี้กลายเป็นกระแสหลักโดยไม่ลังเล เหตุผลที่มันเป็นที่นิยมนั้นมีข้อดีมากมาย ประการแรก การจัดวางนี้เอื้อต่อการใช้น้ำหนักของเครื่องยนต์เพื่อชดเชยแรงบิดบางส่วนที่จุดเชื่อมต่อระหว่างปีกเครื่องบินและลำตัวเครื่องบิน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการ "ขนถ่าย"
ในระหว่างการบิน เครื่องบินจะอาศัยปีกเพื่อสร้างแรงยกขึ้น ในขณะที่ลำตัวที่หนักกว่าจะสร้างแรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่จากด้านล่าง ด้วยวิธีนี้ ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างปีกและส่วนลำตัว แรงยกที่เกิดจากปีกและแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากส่วนลำตัวทำให้เกิดแรงบิดขนาดใหญ่ ทำให้ส่วนฐานของปีกเป็นส่วนสำคัญที่สุดของโครงสร้างเครื่องบิน หากคุณแขวนเครื่องยนต์ที่หนักมากไว้ใต้ปีก คุณสามารถกระจายน้ำหนักบางส่วนไปที่ปีกได้ ซึ่งจะช่วยปรับสมดุลของแรงบิดที่โคนปีก
การแขวนเครื่องยนต์ไว้ใต้ปีกยังช่วยลดความรู้สึกไม่สบายที่เกิดจากเสียงดังอีกด้วย เมื่อเครื่องบินกำลังบิน เสียงของเครื่องยนต์จะดังมาก ซึ่งจะทำให้ผู้โดยสารรู้สึกมีเสียงดังมากในบริเวณที่อยู่ใกล้กับเครื่องยนต์ สภาพแวดล้อมในห้องโดยสารที่เงียบสงบเป็นเกณฑ์สำคัญในการวัดความสะดวกสบายของเครื่องบิน ด้วยเหตุนี้ นักออกแบบเครื่องบินจึงจินตนาการว่าถ้าเครื่องยนต์แขวนไว้ใต้ปีก ไม่เพียงแต่ปีกจะสร้างเกราะป้องกันเสียงรบกวนของเครื่องยนต์เท่านั้น แต่ยังสามารถเก็บเครื่องยนต์ให้ห่างจากลำตัวเครื่องบินมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งจะช่วยลด ผลกระทบของเสียง
นอกจากนี้ การแขวนเครื่องยนต์ไว้ใต้ปีกยังมีข้อดีดังต่อไปนี้: เครื่องยนต์อยู่ใกล้พื้นมากขึ้น ทำให้การบำรุงรักษาและบำรุงรักษาง่ายขึ้น; เครื่องยนต์ที่ติดตั้งใต้ปีกอยู่ใกล้กับจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินมากขึ้น ทำให้ควบคุมเครื่องบินได้ง่ายขึ้น ขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงค่อนข้างง่ายที่จะเพิ่มหรือลดจำนวนเครื่องยนต์ที่แขวนอยู่ใต้ปีก
การแขวนเครื่องยนต์ไว้ใต้ปีกไม่ใช่แค่เรื่องของการวางเครื่องยนต์แบบสบายๆ จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ อย่างรอบด้าน เช่น แรงต้านและการไหลของอากาศระหว่างการบิน เครื่องบินการบินพลเรือนโดยพื้นฐานแล้วเป็นแบบปีกต่ำ ในกรณีนี้ ผู้ออกแบบเครื่องบินจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเครื่องยนต์ที่แขวนอยู่ใต้ปีกต้องไม่อยู่ใกล้พื้นมากเกินไป เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์ถูกดูดเข้าไปโดยเศษขยะที่พื้นและเสียหาย
สิ่งที่เรามักจะเรียกว่าเครื่องยนต์แบบแขวนปีกคือการแขวนเครื่องยนต์ไว้ใต้ปีก แต่ก็มีวิธีย้อนกลับในการจัดเรียงเครื่องยนต์ไว้เหนือปีก ในความเป็นจริง จากมุมมองที่ว่าเครื่องยนต์บนปีกไม่ได้ถูกจำกัดด้วยความสูงเหนือปีก และมีผลในการขนถ่ายเช่นเดียวกับเครื่องยนต์บนปีก เค้าโครงของเครื่องยนต์บนปีกนั้นเป็นวิทยาศาสตร์มาก อย่างไรก็ตาม เมื่อวางเครื่องยนต์ไว้เหนือปีกแล้ว บทบาทของปีกในการป้องกันเสียงเครื่องยนต์จะไม่สามารถทำได้ นอกจากนี้ การจัดวางเครื่องยนต์แบบโอเวอร์วิงทำให้การบำรุงรักษาเครื่องยนต์ทำได้ยากเนื่องจากตำแหน่งเครื่องยนต์ที่ยกสูง หลังจากพิจารณาปัจจัยต่างๆ อย่างถี่ถ้วนแล้ว ปัจจุบันมีเครื่องบินติดปีกไม่มากนัก
เค้าโครงรากปีก
เค้าโครงรูทปีกเป็นเค้าโครงเครื่องยนต์ที่มีประวัติอันยาวนาน เริ่มต้นด้วยเครื่องบินขับไล่ยุคแรกอย่าง Comet และ Tu-104 นักออกแบบได้ติดตั้งเครื่องยนต์ที่ฐานของปีก เหตุผลที่ดีไซเนอร์เลือกเลย์เอาต์นี้ก็เพราะสามารถรักษารูปทรงของเครื่องบินที่เกิดจากองค์ประกอบหลักแอโรไดนามิกสามส่วน ได้แก่ ปีก ลำตัว และลำตัว โดยมีแรงต้านลมน้อยที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากเครื่องยนต์ค่อนข้างใกล้กับแกนกลางของลำตัวและจุดศูนย์ถ่วงของลำตัว เมื่อเครื่องยนต์เครื่องหนึ่งทำงานล้มเหลว ความไม่สมดุลของแรงขับที่เกิดขึ้นจึงค่อนข้างน้อย และการควบคุมการบินก็ค่อนข้างง่าย ดังนั้นเครื่องบินเจ็ทยุคแรก ๆ ส่วนใหญ่จึงใช้รูปแบบเครื่องยนต์นี้
แน่นอนว่าเลย์เอาต์นี้ก็มีข้อจำกัดที่เห็นได้ชัดเช่นกัน เค้าโครงของเครื่องยนต์รูทปีกทำให้เครื่องยนต์อยู่ใกล้กับลำตัว สิ่งนี้จะทำให้ห้องโดยสารมีเสียงดังอย่างแรก และประการที่สอง ลมร้อนจากเครื่องยนต์จะทำให้ลำตัวเครื่องบินเสียหายได้ง่าย นอกจากนี้ เค้าโครงนี้ช่วยให้ปีกสามารถผ่านส่วนท้ายของเครื่องยนต์และเชื่อมต่อส่วนลำตัวได้ ซึ่งทำให้การออกแบบระบบรองรับแรงทำได้ยากขึ้น และเพิ่มน้ำหนักโครงสร้างของรากปีก นอกจากนี้ เนื่องจากเครื่องยนต์ถูกติดตั้งอยู่ภายในโครงสร้างปีก จึงเพิ่มความยากในการบำรุงรักษาเครื่องยนต์
รูปแบบช่วงล่างหาง
เค้าโครงหางยกคือการวางเครื่องยนต์ไว้ที่ส่วนท้ายของเครื่องบิน เครื่องบินไอพ่นลำแรกที่ใช้รูปแบบเครื่องยนต์นี้คือ Clipper และต่อมา Boeing 727 ก็นำรูปแบบนี้มาใช้เช่นกัน
ข้อดีของเค้าโครงนี้ชัดเจน ประการแรก ไม่มีส่วนที่ยื่นออกมาซ้ำซ้อนใต้ปีก ซึ่งช่วยลดผลกระทบของฝักเครื่องยนต์ในการยกและลาก ประการที่สอง ไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับพื้นที่ใต้ปีก และผู้ออกแบบสามารถลดความสูงของล้อลงและประหยัดโครงสร้าง ประการที่สามคือสามารถให้สภาพแวดล้อมที่เงียบและสะดวกสบายมากขึ้นสำหรับชั้นหนึ่ง ชั้นธุรกิจ และ แม้แต่ชั้นประหยัดระดับไฮเอนด์ที่อยู่ด้านหน้าของลำตัวเครื่องบิน ประการที่สี่คือเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องยนต์ไม่ได้ถูกจำกัดโดยพื้นที่ และสามารถใช้เครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนบายพาสขนาดใหญ่มากได้ ; ประการที่ห้า เนื่องจากระยะห่างระหว่างเครื่องยนต์สั้น เมื่อเครื่องยนต์เพียงเครื่องเดียวล้มเหลว ผลกระทบต่อการหันเหของเครื่องบินจึงน้อยกว่าผลกระทบต่อโครงร่างที่ห้อยอยู่ใต้ปีกมาก
โครงร่างนี้ยังมีข้อเสีย เช่น การสลายตัวของเครื่องยนต์จากการขนถ่ายที่ปีก เลย์เอาต์ของเอ็นจิ้นส่วนท้ายต้องการส่วนท้ายระดับสูง และโครงสร้างแนวตั้งจำเป็นต้องเสริมความแข็งแกร่งในการออกแบบโมเดล ไม่สามารถเพิ่มหรือลดจำนวนเครื่องยนต์ได้ตามต้องการ
เค้าโครง "เครนปีกบวกเครนหาง"
เค้าโครงเครื่องยนต์ "เครนปีกและเครนหาง" สามารถเห็นได้ในเครื่องบินบางลำที่มี 3 เครื่องยนต์ ในบรรดาเครื่องบินเหล่านี้ เครื่องบินลำตัวกว้างพิสัยไกล DC-1 และ MD{2}} ที่ผลิตโดย McDonnell Douglas ในตอนแรก อุดมการณ์ชี้นำของการใช้วิธีจัดวางเครื่องยนต์นี้คือการติดตั้งเครื่องยนต์ที่ส่วนหางเพื่อเพิ่มกำลังของเครื่องบินและขยายระยะทางการบิน เค้าโครงเครื่องยนต์ "เครนปีกและเครนหาง" นี้ค่อยๆ ถูกขจัดออกไปพร้อมกับความนิยมที่เพิ่มขึ้นของการยกเครื่องยนต์รองของเครื่องบินพลเรือน
