เครื่องบินจะลอยตัวไปในอากาศ ได้นั้น ตัวเครื่องบินจะต้องมีความเร็วไปทางด้านหน้าเพื่อให้ปีกของเครื่องบินปะทะ กับอากาศที่ไหลผ่านปีกไปเร็วขึ้น กระแสอากาศที่ไหลมาปะทะผ่านไปทางด้านล่างปีกจะทำให้เกิดแรงดันจากด้านล่าง ปีกขึ้นไปด้านบน อันเนื่องมาจากความดันของกระแสอากาศด้านบนของปีกจะยิ่งลดลง เมื่อความเร็วของเครื่องบินเพิ่มสูงขึ้น และแรงดันของกระแสอากาศภายใต้ปีกเพิ่มขึ้นจึงดันตัวขึ้นเป็นแรงยกทำให้ เครื่องบินสามารถลอยตัวขึ้นไปได้ในอากาศตราบเท่าที่เครื่องบินยังมีความเร็ว เพียงพออยู่
เครื่องบินจะเดินทางไปข้างหน้าได้ก็ด้วยอาศัยแรงขับ (Thrust) ที่มีเครื่องยนต์และใบพัด หรือเครื่องยนต์ไอพ่น ผลักมวลอากาศไปด้านหลัง ทำให้เกิดแรงปฏิกิริยาขับให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เมื่อเครื่องบินเคลื่อนตัวมีความเร็วไปข้างหน้าก็จะปะทะกับกระแสอากาศเกิดเป็นแรงต้าน (Drag) มีทิศทางสวนไปทางด้านหลังพยายามต้านให้ความเร็วของเครื่องบินลดลง
แรงดันของอากาศภายใต้ปีกที่เกิดจากกระแสอากาศขณะที่เครื่องบินผ่านอากาศเรียกว่า แรงยก (Lift) น้ำหนักของเครื่องบินรวมทั้งน้ำหนักบรรทุกทำให้เกิดแรงถ่วงลงข้างล่างสู่พื้นโลก เนื่องมาจากแรงดึงดูดของโลกเราเรียกว่า แรงโน้มถ่วง (Gravity) ในขณะที่เครื่องบินทำการวิ่งขึ้น (Take Off) แรงขับต้องมากว่าแรงต้าน และแรงยกต้องมากกว่าแรงโน้มถ่วง ในขณะที่เครื่องบินบินตรงระดับ (Level Flight) แรงยกจะเท่ากับแรงโน้มถ่วง ในขณะที่เครื่องบินบินลงสู่สนามบิน(Landing) แรงขับต้องน้อยกว่าแรงต้าน และแรงยกต้องน้อยกว่าแรงโน้มถ่วง
จากความจริงที่รู้ๆกันโดนทั่วไปว่าเครื่องบินจะบินได้ต้องมีความเร็วไปข้างหน้าด้วยแรงขับจากเครื่องยนต์และใบพัดหรือไอพ่น หากเราทราบต่อไปว่ากระแสอากาศจากความเร็วเครื่องบินทำให้เกิดแรงยกขึ้นที่ปีกได้อย่างไร ก็จะทำให้เราทราบว่า เครื่องบินบินไปในอากาศได้อย่างไร
ลักษณะของปีกเครื่องบิน
โดยทั่วไปวัตถุที่มีรูปลักษณะเป็นแผ่น มีความหนาน้อยเมื่อเทียบกับความกว่างและความยาว และสามารถร่อนหรือปลิวไปในอากาศได้ เราเรียกวัตถุนั้นว่า "แอร์ฟอยล์" (Airfoil) ซึ่งนิยมเรียกเป็นภาษาไทยว่า "แพนอากาศ" เช่นแผ่นกระดาษ หรือปีกของเครื่องบิน ปีกของเครื่องบินมีลักษณะเป็นแผ่นมีความยาวของปีกขวางกับแนวแกนของลำตัว เมื่อมองจากด่านบนจะเห็นเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าคล้ายไม้บรรทัดหรือเป็นแผ่นยาว ปลายโค้งมนเรียว บางแบบก็เป็นรูปสามเหลี่ยม แต่มีอยู่ลักษณะหนึ่งที่เหมือนกันคือ ถ้าราตัดปีกออกตามขวางกับแนวแกนปีก คือให้รอยตัดขนาดกับแนวแกนลำตัว ก็จะมองเห็นรูปร่างของภาคตัดขวางที่คล้ายๆกัน ปีกของเครื่องบินแบบต่างๆจะมีลักษณะของรูปภาคตัดขวาง (Airfoil Section) คล้ายๆกับรูปคิ้วของคนซึ่งก็จะแตกต่างกันไปบ้างเช่นที่เรามองเห็นว่า โค้งมาก โค้งน้อย กว่ากันและขนาดแตกต่างกัน
เมื่อกระแสอากาศไหลผ่านปีกความกดดันของกระแสอากาศทำให้เกิดแรงยกได้อย่างไร
มวลกระแสอากาศที่ไหลอย่างต่อเนื่องเมื่อผ่านปีกที่ชายหน้าของปีกก็จะแยกตัวออกเป็น 2 ส่วน ไหลเป็นกระแสอากาศด้านบนและกระแสอากาศด้านล่าง มวลกระแสอากาศที่แยกตัวออกจากกันนั้นจะไหลไปบรรจบกันที่ชายหลังของปีกในเวลาใกล้เคียงกัน อากาศที่ไหลไปด้านบนของปีกที่เป็นรูปผิวโค้งของปีกซึ่งมีระยะทางที่ยาวกว่า จึงมีความเร็วสูงกว่ากระแสอากาศที่ไหลผ่านมาทางใต้ปีก ความกดดันของกระแสอากาศด้านบนปีกจึงลดลงต่ำกว่าความกดดันของกระแสอากาศด้านใต้ปีก ตามหลักการของเบอร์โนลี่ และถ้าหากปีกเอียงทำมุมปะทะกับกระแสอากาศมากขึ้น มวลของกระแสอากาศที่ปะทะและผ่านไปใต้ปีกก็จะยิ่งทำให้ความดันของกระแสอากาศภายใต้ปีกทั้งหมดรวมกันเป็นแรงยกที่ปีก ทำให้เครื่องบินลอยตัวไปได้ในอากาศ
จึงสรุปได้ว่า เครื่องบินบินไปในอากาศได้ก็เพราะเครื่องยนต์และใบพัดหรือไอพ่นขับดันให้ เครื่องบินมีความเร็วไปข้างหน้าทำให้ปีกเครื่องบินผ่านกระแสอากาศที่มีความ เร็ว กระแสอากาศที่ปะทะผ่านไปข้างล่างปีกทำให้เกิดแรงดันขึ้นไปข้างบนปีกประกอบ กับความดันของกระแสอากาศที่ไหลผ่านปีกไปข้างบนยิ่งลดลงเมื่อความเร็ว ของกระแสอากาศเพิ่มขึ้นทำให้ความดันของกระแสอากาศข้างใต้ปีกสูงกว่าข้างบน ปีกขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งเครื่องบินมีความเร็วมากพอ ความดันของกระแสอากาศที่ปะทะผ่านไปทางใต้ปีกทั้งหมดรวมกันจะเพิ่มขึ้นเป็น แรงยกที่ปีกมากพอ ทำให้เครื่องบินลอยตัวไปในอากาศได้ตราบเท่าที่เครื่องบินยังมีความเร็วเพียง พออยู่
พื้นที่บังคับการบิน
Aileron : เป็นพื้นผิว ที่เคลื่อนไหวได้ใช้ในการควบคุม ท่าทาง ของ เครื่องบิน ติดตั้งอยู่ที่ ชายปีกหลัง ส่วนของปลายปีก ทั้งสองข้าง จุดมุ่งหมายเพื่อ ควบคุมอาการเอียงของเครื่องบิน หรือเคลื่อนที่รอบแกน Longitudinal Axis โดยสร้างความแตกต่าง ของแรงยกบนปีกทั้งสองข้างของเครื่องบิน เมื่อเราใช้พื้นที่บังคับการบินนี้ควบคุมการบิน เช่นโยกซ้ายหรือขวา ก็จะส่งผลให้ตัวเครื่องบินหมุนตัวรอบแกนลำตัว
Elevator : เป็นพื้นผิว ที่ ขยับ เคลื่อนไหว ได้ ใช้ ในการ ควบคุม ลักษณะบิน ของเครื่องบิน ออกแบบมา เพื่อใหัเครื่องบิน ยกหัวขึ้นหรือลง หรือเคลื่อนที่รอบแกน Lateral Axis ติดตั้งอยู่ที่ชายหลังของแพนหาง
Flap : ติดตั้งอยู่ที่ชายปีกหลัง ใกล้กับลำตัว จะเป็นใน ลักษณะ คล้าย บานพับ หรือ แบบเลื่อนถอยออกไปก็ได้ เพื่อเพิ่ม หรือลด แรงยกของปีก โดยเพิ่มพื้นที่ และความโค้งของปีก โดยปกติแล้ว จะใชัตอนจะบินขึ้น และตอนลง
Rudder : เป็นพื้นผิวที่เคลื่อนไหวได้ ติดตั้งอยู่ที่ชายหลัง ของกระโดงหาง ทำให้หัวเครื่องบิน หันไป ทางซ้าย หรือขวา หรือเคลื่อนที่รอบแกน Vertical Axis
Rudder Pedal : เป็นส่วนที่นักบินใช้ควบคุมการทำงานของ Rudder ติดตั้งอยู่ที่พื้น นักบินจะใช้เท้าเหยียบ สองเท้า ถ้าเหยียบเท้าซ้าย เครื่องบิน ก็จะหันไปทางซ้าย ถ้าเหยียบ เท้าขวา เครื่องบินก็จะหันไปทางขวา เพราะว่ามันไปควบคุม Rudder
Stabilizer : เป็นพื้นผิวที่อยู่ กับที่ เพื่อช่วยให้เครื่องบิน รักษา ลักษณะ ท่าทางการบินได้คงที่ ได้แก่กระโดงหาง ( Vertical Stabilizer) และ แพนหาง ( Horizontal Stabilizer) สำหรับ แพนหางนั้น สามารถปรับแต่งระดับได้ ( Adjustable)
การควบคุมทิศทางการบิน
แกนของการหมุน เครื่องบิน มีแกนของการหมุน อยู่สามแกน เรียกชื่อว่า แกน longitudinal , แกน vertical , และ แกน lateral . ดูรูปภาพ ข้างล่างประกอบ แล้วคุณจะเข้าใจ วิธีที่ง่าย ที่จะเข้าใจ แกนเหล่านี้ ง่ายๆคือ คิดว่า มีไม้อันยาวมาเสียบผ่านเครื่องบิน จากหัวเครื่องบิน, จากปีกเครื่องบิน, และอีกอันผ่านจุดที่มีไม้ สองอันตัดผ่านกันอยู่ และจุดที่ไม้สามอันตัดผ่านกันนั้น ดังรูป เราถือเอาว่าคือจุดศูนกลาง ที่น้ำหนักทั้งหมดของเครื่องบิน จะกระทำที่จุดนี้ (center of gravity).
แกนตามยาว ตั้งแต่หัวไปจรดหาง เรียกว่า แกน longitudinal axis, และการ หมุน หรือ เคลื่อนที่ของลำตัว รอบแกนนี้ เราเรียกลักษณะ เช่นนี้ว่า " Roll "
แกนขวางจากปีกข้างหนึ่งไปยังปีก อีกข้างหนึ่ง เรียกว่า แกน lateral axis, และการหมุน หรือ เคลื่อนลำตัว รอบจุดนี้ เราเรียกลักษณะ เช่นนี้ว่า " Pitch "
แกนในแนวตั้ง ที่ผ่านจุดที่เรียกว่า center of gravity (เมื่อเครื่องบิน บินอยู่ในแนวระดับ ) เราเรียกว่า แกน vertical axis, และการหมุน หรือเคลื่อนที่ ของลำตัวรอบจุดนี้ เราเรียกลักษณะเช่นนี้ ว่า " Yaw "
แกน Longitudinal Axis:
แกนที่วิ่งจาก หัวเครื่องบิน จนถึงหางเครื่องบิน คือ แกน longitudinal axis ( ดูภาพข้างบนประกอบ ). การเคลื่อนที่รอบแกนนี้ เรียกว่า Roll. ลักษณะ ที่เครื่องมีอาการ Roll เป็นผลที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของ ailerons. Ailerons ติดตั้งอยู่ที่ปลายปีก และควบคุมโดย control column ในห้องนักบิน และสร้างมาในลักษณะ ที่ aileron ข้างหนึ่ง กระดก ลงล่าง แต่อีกข้างหนึ่ง จะกระดกขึ้นบน.
เมื่อ aileron มีการเคลื่อนไหว จากตำแหน่งศูนย์ หรือตำแหน่งแนวระดับ , จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ลักษณะ แรงยกของปีกเครื่องบินทั้งสองข้าง การทำให้ปีก ครื่องบินยกขึ้น, aileron ของปีกนั้น ต้องกระดกลง . ปีกที่มี aileron กระดกลงก็จะทำให้แรงยกบนปีกนั้นเพิ่มขึ้น และ ปีกที่มี aileron กระดกขึ้น ก็จะมีแรงยกลดลง สิ่งนี้จะทำให้เครื่องบินเอียงไป ทางด้านที่ aileron กระดกขึ้น ailerons ของปีกทั้งสองข้างต่อไปยัง control column ในห้องนักบินโดยระบบ mechanical linkage. เมื่อ เมื่อคันบังคับหมุนไปทางขวา ( หรือโยก คันบังคับ ไปทางขวา ), aileron ทางปีกขวา จะกระดกขึ้น และ aileron ทางปีกซ้ายจะกระดกลง ผลที่เกิดขึ้น ก็คือ แรงยกทางปีกซ้ายจะเพิ่มขึ้น และ แรงยกทางปีกขวา จะลดลง เป็นเหตุให้เครื่องบิน เอียงไปทางขวา. แต่ถ้าหมุนคันบังคับไปทางขวา ( หรือโยก คันบังคับ ไปทางซ้าย ) แรงบนปีกก็จะเกิดตรงกันข้าม เป็นเหตุให้เครื่องบินเอียงไปทางซ้าย
แกน Lateral Axis
แกน lateral axis เริ่มจากปลายปีกถึงปลายปีก ลักษณะการเคลื่อนไหวรอบแกน lateral axis เรียกลักษณะ นี้ว่า pitch อะไร เป็นเหตุให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบ pitching มันคือ elevator ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ แพนหาง ( horizontal stabilizer). elevator สามารถกระดกขึ้น หรือกระดกลงได้ เมื่อนักบินบังคับคันบังคับ ( control column or stick) ถอยหลัง หรือไปข้างหน้า.
การดึง คันบังคับมาข้างหลัง จะบังคับให้ elevator กระดกขึ้น. (ดูรูปภาพข้างบน ประกอบ) ลมที่ประทะกับพื้นผิวด้านบนของ elevator ที่กระดกขึ้น ทำให้เกิดแรงกดมากขึ้น เป็นเหตุให้ส่วนหางของเครื่องบิน ถูกกดลง การเคลื่อนไหวรอบแกน lateral axis, เมื่อหางเคลื่อนที่ลง (pitches) , ส่วนหัวของเครื่องบิน (pitches) เชิดขึ้น เครื่องบินไต่ระดับ .
การผลัก คันบังคับไปข้างหน้า เพื่อบังคับ elevator ให้กระดกลง . ลมที่ประทะ กับพื้นผิวด้านล่างของ elevator ที่กระดกลง ทำให้เกิดแรงด้านล่างมากขึ้น กว่าด้านบน เป็นเหตุให้ส่วนหาง ของเครื่องบินกระดกขึ้น ( pitch up ) และ หัวของเครื่องบินกระดกลง เป็นเหตุให้หัวเครื่องบินดิ่งลง
แกน Vertical Axis:
ที่มา http://www.oocities.com/thaiinterhobby/knowledge.htmแกนที่สาม ซึ่งผ่านจากหลังคาด้านบน ทะลุท้องเครื่องบิน เรียกว่า แกน vertical หรือ yaw axis. หัวเครื่องบิน เคลื่อนที่ ไปรอบแกนนี้ จากด้านข้างหนึ่ง ไปอีกด้านข้างหนึ่ง Rudder ของเครื่องบิน ซึ่งเคลื่อนไหว โดยการที่นักบิน ใช้เท้าเหยียบไปบน แผ่น rudder ที่อยู่บนพื้น rudder ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ของเครื่องบินรอบแกนนี้ Rudder เป็นแผ่นบังคับ ที่เคลื่อนไหว ติดอยู่กับกระโดงหาง การเหยียบลงบน ( rudder pedal ), แผ่นบังคับด้านขวา rudder ก็จะตวัดไปทางขวา, เหยียบ แผ่นบังคับที่พื้น ไปทางซ้าย จะบังคับให้ rudder ตวัด ไป ทางซ้ายt, เมื่อนักบิน เหยียบแผ่นบังคับทางซ้าย, นั่นหม ายความว่า ถ้านักบิน กำหนดทิศทางของ Rudder ให้ตวัดไปทาง ทางซ้าย นี่ก็ทำให้เกิดแรงกระทำต่อหาง แผ่นหางของเครื่องบิน หางของเครื่องบินก็จะเบนไปทางขวา และ หัวของเครื่องบิน ก็จะเบนไปทางซ้าย( yaw to the left).
