อ่าน 11 นาที
ปีกบิน
เครื่องบินปีกบิน (Flying wing)คือเครื่องบินปีกตรึง ที่ ไม่มีหาง และไม่มีลำตัว ที่แน่นอน โดยลูกเรือ สัมภาระ เชื้อเพลิง และอุปกรณ์ต่างๆ จะบรรจุอยู่ภายในโครงสร้างปีกหลัก...
ปีกบิน

เครื่องบินปีกบิน (Flying wing)คือเครื่องบินปีกตรึง ที่ ไม่มีหาง และไม่มีลำตัว ที่แน่นอน โดยลูกเรือ สัมภาระ เชื้อเพลิง และอุปกรณ์ต่างๆ จะบรรจุอยู่ภายในโครงสร้างปีกหลัก เครื่องบินปีกบินอาจมีส่วนยื่นเล็กๆ ต่างๆ เช่น พ็อดส์ แนเซลส์บลิสเตอร์ บูม หรือ แพน หาง แนวตั้ง
เครื่องบินที่มีการออกแบบคล้ายคลึงกัน ซึ่งในทางเทคนิคแล้วไม่ใช่เครื่องบินปีกบิน บางครั้งก็ถูกเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า เครื่องบิน ปีกบิน เครื่องบินประเภทนี้ได้แก่ เครื่องบินลำตัวปีกผสมและ เครื่องบิน ลำตัวยกซึ่งมีลำตัวแต่ไม่มีปีกที่ชัดเจน
แม้ว่าปีกบินล้วนจะเป็นโครงสร้างที่ มีแรงต้าน ต่ำที่สุดในทางทฤษฎีสำหรับเครื่องบินปีกตรึง แต่การขาดพื้นผิวทรงตัวแบบดั้งเดิมและพื้นผิวควบคุมที่เกี่ยวข้อง ทำให้เครื่องบินประเภทนี้ไม่เสถียรและควบคุมได้ยาก
โครงสร้างพื้นฐานของปีกบินกลายเป็นหัวข้อการศึกษาที่สำคัญในช่วงทศวรรษ 1920 โดยมักควบคู่ไปกับการออกแบบไร้หางแบบอื่นๆ ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองทั้งนาซีเยอรมนีและฝ่ายสัมพันธมิตร ต่าง ก็พัฒนาปีกบินกันอย่างมาก ความสนใจทางทหารในปีกบินลดลงในช่วงทศวรรษ 1950 เนื่องจากการพัฒนาเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง แต่กลับมาได้รับความสนใจอีกครั้งในทศวรรษ 1980 เนื่องจากศักยภาพของเทคโนโลยีล่องหนแนวทางนี้ในที่สุดก็นำไปสู่ เครื่องบิน ทิ้งระเบิดล่องหนNorthrop Grumman B-2 Spirit ยังคงมีความสนใจอย่างต่อเนื่องในการใช้ปีกบินในบทบาทการขนส่งสินค้าหรือผู้โดยสารขนาดใหญ่บริษัทโบอิ้งแมคดอนเนลล์ ดักลาสและอาร์มสตรอง วิทเวิร์ธได้ทำการศึกษาการออกแบบเครื่องบินโดยสาร แบบปีกบิน อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการสร้างเครื่องบินโดยสารดังกล่าวขึ้นมาจริง
แนวคิดปีกบินนั้นเหมาะสำหรับเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วต่ำกว่าเสียงเป็น ส่วนใหญ่ ยังไม่เคยมีการสังเกตเห็นปีกบินใดที่บินได้เร็วกว่าความเร็วเสียงเลย
ออกแบบ

เครื่องบินปีกบินเป็นเครื่องบินที่ไม่มีลำตัวหรือแพนหาง ที่แน่นอน โดยลูกเรือ สัมภาระ เชื้อเพลิง และอุปกรณ์ต่างๆ จะอยู่ภายในโครงสร้างปีกหลัก เครื่องบินปีกบินอาจมีส่วนยื่นเล็กๆ ต่างๆ เช่น พ็อดนาเซลบลิสเตอร์ บูม หรือแพน หางแนวตั้ง[ 1 ]
ปีกบินที่สะอาดบางครั้งถูกนำเสนอในทางทฤษฎีว่าเป็น โครงสร้างการออกแบบที่มีประสิทธิภาพ ทางอากาศพลศาสตร์ สูงสุด (แรงต้านต่ำที่สุด) สำหรับเครื่องบินปีกคงที่ นอกจากนี้ยังจะให้ประสิทธิภาพโครงสร้างสูงสำหรับความลึกของปีกที่กำหนด ซึ่งนำไปสู่น้ำหนักเบาและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูง[ 2 ]
เนื่องจากขาดพื้นผิวทรงตัวแบบดั้งเดิมและพื้นผิวควบคุมที่เกี่ยวข้อง ปีกบินในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุดจึงมีข้อเสียโดยธรรมชาติคือไม่เสถียรและควบคุมได้ยาก ข้อเสียเหล่านี้ยากที่จะแก้ไข และความพยายามที่จะทำเช่นนั้นอาจลดหรือแม้แต่ลบล้างข้อดีที่คาดหวังของดีไซน์ปีกบิน เช่น การลดน้ำหนักและแรงต้านนอกจากนี้ วิธีแก้ปัญหาอาจทำให้ได้ดีไซน์สุดท้ายที่ยังไม่ปลอดภัยเพียงพอสำหรับการใช้งานบางอย่าง เช่น การบินพาณิชย์
ปัญหาเพิ่มเติมเกิดขึ้นจากความยุ่งยากในการจัดวางนักบิน เครื่องยนต์ อุปกรณ์การบิน และน้ำหนักบรรทุกทั้งหมดไว้ภายในความลึกของปีก ปัญหาอื่นๆ ที่ทราบกันดีเกี่ยวกับการออกแบบปีกบินนั้นเกี่ยวข้องกับมุมเงยและมุมหันเหปัญหาเรื่องมุมเงยจะกล่าวถึงในบทความเกี่ยวกับเครื่องบินไร้หางส่วนปัญหาเรื่องมุมหันเหจะกล่าวถึงต่อไป
การออกแบบทางวิศวกรรม
ปีกที่ออกแบบให้ลึกพอที่จะบรรจุนักบิน เครื่องยนต์ เชื้อเพลิง ล้อลงจอด และอุปกรณ์ที่จำเป็นอื่นๆ จะมีพื้นที่หน้าตัดด้านหน้าเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับปีกแบบดั้งเดิมและลำตัวที่ยาวและบาง ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดแรงต้านอากาศสูงขึ้นและประสิทธิภาพต่ำกว่าการออกแบบแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปแล้ว วิธีแก้ปัญหาที่ใช้ในกรณีนี้คือการออกแบบปีกให้บางพอสมควร แล้วติดตั้งอุปกรณ์เสริมต่างๆ เช่น ตุ่ม ปลอกหุ้มเครื่องยนต์ ครีบ และอื่นๆ เพื่อรองรับความต้องการทั้งหมดของเครื่องบินที่ใช้งานได้จริง
ปัญหาจะยิ่งรุนแรงขึ้นที่ความเร็วเหนือเสียง เนื่องจากแรงต้านของปีกหนาจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และจำเป็นอย่างยิ่งที่ปีกจะต้องบาง ยังไม่มีการสร้างเครื่องบินปีกบินความเร็วเหนือเสียงลำใดขึ้นมาได้สำเร็จ
เสถียรภาพเชิงทิศทาง
เครื่องบินใดๆ ก็ตามที่จะบินได้โดยไม่ต้องมีการแก้ไขทิศทางอย่างต่อเนื่อง จะต้องมีเสถียรภาพในการควบคุมทิศทางในแนวดิ่ง
ปีกบินขาดจุดยึดที่มีประสิทธิภาพสำหรับติดตั้งครีบหรือทุ่นลอยแนวตั้ง ครีบใดๆ ต้องยึดติดโดยตรงกับส่วนท้ายของปีก ทำให้ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางทางอากาศพลศาสตร์มีขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่าครีบนั้นไม่มีประสิทธิภาพ และเพื่อให้มีประสิทธิภาพ พื้นที่ของครีบต้องมีขนาดใหญ่ ครีบขนาดใหญ่ดังกล่าวมีน้ำหนักและแรงต้านเพิ่มขึ้น และอาจทำให้ข้อดีของปีกบินหมดไป ปัญหานี้สามารถลดลงได้โดยการเพิ่มความลาดเอียงของปีกและวางครีบคู่ไว้ด้านนอกใกล้ปลายปีก เช่น ในปีกเดลต้าที่ มีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างต่ำ แต่เนื่องจากประสิทธิภาพที่ลดลง ปีกบินหลายๆ แบบจึงมีความลาดเอียงที่น้อยกว่า และส่งผลให้มีเสถียรภาพที่ ไม่ดี นัก
อัตราส่วนความกว้างต่อความยาวของปีกที่มองจากทิศทางการไหลของอากาศนั้นขึ้นอยู่กับมุมการหันเหเมื่อเทียบกับการไหลของอากาศ การหันเหจะเพิ่มอัตราส่วนความกว้างต่อความยาวของปีกด้านหน้าและลดอัตราส่วนความกว้างต่อความยาวของปีกด้านหลัง เมื่อปีกถูกปรับให้โค้งไปด้านหลังมากพอ แรงต้านเหนี่ยวนำที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากกระแสลมวนที่ปลายปีกและการไหลขวางจะเพียงพอที่จะปรับแนวของเครื่องบินให้ตรงเองโดยธรรมชาติ
แนวทางเสริมใช้การบิดหรือการลดมุมปะทะที่ปลายปีก ร่วมกับรูปทรงปีกที่ลาดเอียงไปด้านหลัง เครื่องบินDunne D.5 ได้นำหลักการนี้มาใช้ และ JW Dunneผู้ออกแบบได้ตีพิมพ์เผยแพร่ในปี 1913 [ 3 ]การลดมุมปะทะจะช่วยลดแรงยกที่ปลายปีก ทำให้เกิดเส้นโค้งการกระจายแรงยกแบบระฆังคว่ำตลอดช่วงปีก ซึ่งอธิบายโดยLudwig Prandtlในปี 1933 และสามารถใช้เพื่อปรับน้ำหนักและแรงต้านให้เหมาะสมที่สุดสำหรับแรงยกที่กำหนด
อีกวิธีหนึ่งคือการทำมุมหรือหมุนส่วนปลายปีกลงด้านล่างด้วยมุมแอนเฮดรัล ที่สำคัญ ซึ่งจะเพิ่มพื้นที่ด้านหลังของเครื่องบินเมื่อมองจากด้านข้าง เมื่อรวมกับมุมสวีปแบ็คและมุมวอชเอาท์ จะสามารถแก้ไขปัญหาอื่นได้ ด้วยการกระจายแรงยกแบบวงรีทั่วไป เอเลวอนที่ลงด้านล่างจะทำให้เกิดแรงต้านเหนี่ยวนำที่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เครื่องบินหันเหออกจากการเลี้ยว ("การหันเหที่ไม่พึงประสงค์") มุมวอชเอาท์จะปรับเวกเตอร์อากาศพลศาสตร์สุทธิ (แรงยกบวกแรงต้าน) ไปข้างหน้าเมื่อมุมปะทะลดลง และในกรณีที่รุนแรงที่สุด สิ่งนี้สามารถสร้างแรงผลักไปข้างหน้าสุทธิได้ การฟื้นฟูแรงยกด้านนอกโดยเอเลวอนจะสร้างแรงผลักเหนี่ยวนำเล็กน้อยสำหรับส่วนหลัง (ด้านนอก) ของปีกในระหว่างการเลี้ยว เวกเตอร์นี้โดยพื้นฐานแล้วจะดึงปีกที่ตามไปข้างหน้าเพื่อทำให้เกิด "การหันเหที่ไม่พึงประสงค์" สร้างการเลี้ยวที่ประสานกันอย่างเป็นธรรมชาติ การมีอยู่ของการหันเหที่ไม่พึงประสงค์ไม่ได้รับการพิสูจน์จนกระทั่ง NASA บิน เครื่องบินสาธิต Prandtl-Dที่ไม่มีหาง[ 4 ]
การควบคุมการหมุนตัว
ในเครื่องบินปีกบินบางแบบ ครีบทรงตัวและหางเสือควบคุมที่เกี่ยวข้องอาจอยู่ด้านหน้ามากเกินไปจนแทบไม่มีผล ดังนั้นบางครั้งจึงมีการจัดหาทางเลือกอื่นในการควบคุมการหมุน รอบแกนตั้ง
วิธีแก้ปัญหาการควบคุมอย่างหนึ่งคือ การใช้แรงต้านที่แตกต่างกัน: การเพิ่มแรงต้านบริเวณปลายปีกด้านใดด้านหนึ่งอย่างจงใจ จะทำให้เครื่องบินหันเหไปในทิศทางของปีกด้านนั้น วิธีการทั่วไปได้แก่:
- ปีกควบคุมการทรงตัวแบบแยกส่วนพื้นผิวด้านบนจะเคลื่อนที่ขึ้น ในขณะที่พื้นผิวด้านล่างจะเคลื่อนที่ลง การแยกปีกควบคุมการทรงตัวด้านใดด้านหนึ่งจะทำให้เกิดการหมุนตัว (yaw) โดยการสร้างเอฟเฟกต์เบรกอากาศที่แตกต่างกัน
- สปอยเลอร์ คือแผ่นสปอยเลอร์ที่ยกสูงขึ้นบริเวณผิวปีกด้านบน เพื่อรบกวนการไหลของอากาศและเพิ่มแรงต้าน โดยทั่วไปแล้วผลกระทบนี้จะส่งผลให้แรงยกลดลง ซึ่งนักบินหรือผู้ออกแบบจะต้องชดเชยด้วยกลไกการปรับสมดุลโดยอัตโนมัติ
- สปอยเลอร์ (Spoilersons ) คือแผ่นสปอยเลอร์ที่อยู่บนพื้นผิวด้านบนของปีก ซึ่งทำหน้าที่ลดแรงยก (เทียบเท่ากับการเบี่ยงปีกควบคุมการเลี้ยวขึ้นด้านบน) ทำให้เครื่องบินเอียงไปในทิศทางของการเลี้ยว โดยมุมการเอียงจะทำให้แรงยกของปีกกระทำในทิศทางของการเลี้ยว ลดปริมาณแรงต้านที่จำเป็นในการหมุนแกนตามยาวของเครื่องบิน
ผลที่ตามมาอย่างหนึ่งของวิธีการคำนวณแรงต้านแบบแตกต่างกันก็คือ หากเครื่องบินทำการบินหลบหลีกบ่อยครั้ง ก็จะเกิดแรงต้านขึ้นบ่อยครั้งเช่นกัน ดังนั้น เครื่องบินปีกบินจึงมีประสิทธิภาพดีที่สุดเมื่อบินในสภาพอากาศนิ่ง ในสภาพอากาศแปรปรวนหรือเมื่อเปลี่ยนเส้นทาง เครื่องบินอาจมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเครื่องบินแบบดั้งเดิม
การออกแบบที่เกี่ยวข้อง
เครื่องบินบางประเภทที่เกี่ยวข้อง แต่ไม่ใช่เครื่องบินปีกบินโดยแท้จริง กลับถูกอธิบายว่าเป็นเช่นนั้น
เครื่องบินบางประเภท เช่นเครื่องบินปีกบินนอร์ธรอป (NX-216H)ยังคงมีครีบหางติดตั้งอยู่บนบูมท้าย แม้ว่าจะไม่มีลำตัวเครื่องบินก็ตาม
เครื่องร่อนและเครื่องบินไมโครไลท์จำนวนมากไม่มีหาง แม้บางครั้งจะถูกเรียกว่าปีกบิน แต่เครื่องบินประเภทนี้จะบรรทุกนักบิน (และเครื่องยนต์หากติดตั้ง) ไว้ใต้โครงสร้างปีกแทนที่จะอยู่ภายในปีก ดังนั้นจึงไม่ใช่ปีกบินที่แท้จริง
เครื่องบินที่มีรูปทรงปีกสามเหลี่ยมมุมเฉียงและส่วนกลางลำตัวลึก ถือเป็นกรณีที่อยู่ระหว่างรูปทรงปีกบิน (flying wing), รูปทรงลำตัวผสมปีก (blended wing body ) และ/หรือ รูปทรง ลำตัวยก (lifting body )
ประวัติศาสตร์
การวิจัยเบื้องต้น

แนวคิดเรื่องปีกบินถือกำเนิดขึ้นเมื่อวันที่ 16 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2419 เมื่อวิศวกรชาวฝรั่งเศสAlphonse PénaudและPaul Gauchotได้ยื่นจดสิทธิบัตรเครื่องบินหรืออากาศยาน[ 5 ]ที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัดสองใบและมีลักษณะทั้งหมดของปีกบินอย่างที่เราทราบกันในปัจจุบัน[ 6 ]
เครื่องบินไร้หางได้รับการทดลองมาตั้งแต่ความพยายามบินครั้งแรกๆJW Dunne ของอังกฤษ เป็นผู้บุกเบิกในยุคแรกๆ การออกแบบเครื่องบินปีกสองชั้นและปีกชั้นเดียวแบบปีกกวาดของเขาแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพโดยธรรมชาติตั้งแต่ปี 1910 งานของเขามีอิทธิพลโดยตรงต่อนักออกแบบคนอื่นๆ อีกหลายคน รวมถึงGTR Hill ซึ่งพัฒนาการออกแบบ เครื่องบินไร้หางแบบทดลองหลายแบบซึ่งรู้จักกันในชื่อรวมว่าWestland-Hill Pterodactylsในช่วงทศวรรษ 1920 และต้นทศวรรษ 1930 [ 7 ]แม้จะพยายามขอคำสั่งซื้อจากกระทรวงการบินแต่โครงการ Pterodactyl ก็ถูกยกเลิกในที่สุดในช่วงกลางทศวรรษ 1930 ก่อนที่จะมีการออกคำสั่งซื้อ Mk. VI [ 8 ]
ฮิวโก้ ยุงเคอร์สชาวเยอรมันได้จดสิทธิบัตรแนวคิดเครื่องบินปีกเดียวของเขาในปี 1910 โดยมองว่าเป็นทางออกที่เป็นธรรมชาติสำหรับปัญหาการสร้างเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่พอที่จะบรรทุกผู้โดยสารได้จำนวนมากพอสมควรและมีเชื้อเพลิงเพียงพอสำหรับการบินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกเป็นประจำ เขาเชื่อว่าปริมาตรภายในที่ใหญ่และแรงต้านต่ำของปีกเดียวทำให้มันเป็นแบบที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับบทบาทนี้ ปีก เดียวแบบ คอร์ดลึกของเขา ถูกนำมาใช้ในเครื่องบินยุงเคอร์ส เจ 1 ที่ โดยทั่วไปแล้วเป็น แบบดั้งเดิมในเดือนธันวาคม 1915 ในปี 1919 เขาเริ่มทำงานเกี่ยวกับการออกแบบ "ยักษ์" เจจี 1 (JG1)ซึ่งตั้งใจจะให้ผู้โดยสารนั่งภายในปีกที่หนา แต่สองปีต่อมา คณะกรรมการควบคุมการบินของฝ่ายสัมพันธมิตรได้สั่งให้ทำลาย JG1 ที่ยังสร้างไม่เสร็จเนื่องจากเกินขีดจำกัดขนาดหลังสงครามสำหรับเครื่องบินเยอรมัน ยุงเคอร์สคิดค้นปีกเดียวแห่งอนาคตสำหรับผู้โดยสารได้มากถึง 1,000 คน สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดกับแนวคิดนี้คือ เครื่องบินโดยสาร Junkers G.38 Grossflugzeugขนาด 34 ที่นั่ง ในปี 1931 ซึ่งมีปีกขนาดใหญ่และหนา ทำให้มีพื้นที่สำหรับเชื้อเพลิง เครื่องยนต์ และห้องโดยสารสองห้อง อย่างไรก็ตาม ยังคงต้องใช้ลำตัวเครื่องบินที่สั้นเพื่อรองรับลูกเรือและผู้โดยสารเพิ่มเติม
บอริส อิวาโนวิช เชรานอฟสกีชาว โซเวียต เริ่มทดสอบเครื่องร่อนปีกบินไร้หางในปี พ.ศ. 2467 หลังจากช่วงปี พ.ศ. 2463 นักออกแบบชาวโซเวียต เช่น เชรานอฟสกี ทำงานอย่างอิสระและลับๆ ภายใต้สตาลิน [ 9 ] ด้วยความก้าวหน้าอย่างมากในด้านวัสดุและวิธีการก่อสร้าง ทำให้สามารถสร้างเครื่องบินเช่นBICh-3 [ 10 ] BICh - 14 , BICh-7Aได้ บุคคลเช่น ชิเชฟสกี และ อันโตนอฟ ก็ได้รับความสนใจจากพรรคคอมมิวนิสต์ด้วยการออกแบบเครื่องบินเช่น BOK-5 ไร้หาง[ 11 ] (ชิเชฟสกี) และ OKA-33 [ 12 ] (ลำแรกที่อันโตนอฟสร้าง) ซึ่งถูกกำหนดให้เป็น "เครื่องร่อนติดเครื่องยนต์" เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับเครื่องร่อนที่เป็นที่นิยมในสมัยนั้น BICh-11 ซึ่งพัฒนาโดย Cheranovsky ในปี พ.ศ. 2475 [ 13 ]ได้แข่งขันกับ Horten brothers H1 และAdolf Gallandในการแข่งขันเครื่องร่อนครั้งที่ 9 ในปี พ.ศ. 2476 แต่ไม่ได้ถูกนำมาแสดงในโอลิมปิกฤดูร้อนปี พ.ศ. 2479 ที่เบอร์ลิน
ในเยอรมนีอเล็กซานเดอร์ ลิปปิชทำงานเกี่ยวกับเครื่องร่อนแบบไม่มีหางก่อน จากนั้นจึงค่อยๆ เปลี่ยนไปใช้เครื่องร่อนแบบมีปีก ในขณะที่พี่น้องฮอร์เทนได้พัฒนาเครื่องร่อนแบบมีปีกหลายรุ่นในช่วงทศวรรษ 1930 เครื่องร่อน H1 บินได้สำเร็จเพียงบางส่วนในปี 1933 และเครื่องร่อน H2 รุ่นต่อมาก็บินได้สำเร็จทั้งในรูปแบบเครื่องร่อนและแบบมีเครื่องยนต์[ 14 ]

ในสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ทศวรรษ 1930 แจ็ค นอร์ธรอปได้ทำงานออกแบบด้วยตนเอง เครื่องบิน ต้นแบบ Northrop N-1Mซึ่งเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดระยะไกล บินขึ้นครั้งแรกในปี 1940 ในปี 1941 นอร์ธรอปได้รับสัญญาพัฒนาเพื่อสร้างเครื่องบินปีกบิน YB-35 จำนวน 2 ลำ ซึ่งเป็นเครื่องบินปีกบินขนาดใหญ่ที่มีเครื่องยนต์ 4 เครื่อง และมีปีกกว้าง 172 ฟุต การพัฒนาและการสร้างเครื่องบินลำนี้ดำเนินต่อไปตลอดช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง[ 15 ] [ 16 ]
ตัวอย่างอื่นๆ ของปีกบินจริงในช่วงทศวรรษ 1930 ได้แก่เครื่องร่อน AV3 ของ ชาวฝรั่งเศส Charles Fauvel ในปี 1933 และเครื่องร่อน Freel Flying Wing ของอเมริกา ที่บินในปี 1937 [ 17 ]ซึ่งมีปีกทรงตัวบนปีกตรง
สงครามโลกครั้งที่สอง

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองปัญหาด้านอากาศพลศาสตร์ได้รับการทำความเข้าใจอย่างเพียงพอจนสามารถเริ่มงานสร้างต้นแบบที่แสดงถึงการผลิตได้หลากหลายรูปแบบ ในนาซีเยอรมนีพี่น้องฮอร์เทนเป็นผู้สนับสนุนตัวยงของโครงสร้างปีกบิน โดยพัฒนารูปแบบการออกแบบของตนเองโดยใช้โครงสร้างนี้ ซึ่งถือเป็นเอกลักษณ์ในยุคนั้นด้วยการใช้ "การกระจายแรงยกรูปทรงระฆัง" ที่คล้ายนกของแพรนด์ทล์[ 18 ]หนึ่งในเครื่องบินที่พวกเขาผลิตคือ เครื่องร่อน Horten H.IVซึ่งผลิตในจำนวนน้อยระหว่างปี 1941 ถึง 1943 [ 19 ]การออกแบบทางทหารของเยอรมันในช่วงปลายสงครามอีกหลายแบบก็ใช้แนวคิดปีกบินหรือรูปแบบต่างๆ ของมัน โดยเสนอเป็นแนวทางแก้ไขเพื่อขยายระยะการบินของเครื่องบินที่มีระยะการบินสั้นมากซึ่งขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เจ็ท รุ่นแรก ๆ

เครื่องบินขับไล่เจ็ทต้นแบบ Horten Ho 229บินครั้งแรกในปี พ.ศ. 2487 [ 20 ]มันผสมผสานการออกแบบปีกบิน หรือNurflügel เข้ากับเครื่องยนต์เจ็ท Junkers Jumo 004สองเครื่อง ใน โครงสร้างเครื่องบินต้นแบบลำที่สอง หรือ "V2" (V ย่อมาจากVersuch ) ด้วยเหตุนี้ มันจึงเป็นปีกบินบริสุทธิ์ลำแรกของโลกที่ขับเคลื่อนด้วย เครื่องยนต์เจ็ท คู่ โดยมีรายงานว่าบินครั้งแรกในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2487 นักบินของ V2 คือ Erwin Ziller ซึ่งเสียชีวิตเมื่อเครื่องยนต์เครื่องหนึ่งดับทำให้เครื่องบินตก มีแผนที่จะผลิตเครื่องบินรุ่นนี้ในชื่อ Gotha Go 229 ในช่วงท้ายของสงคราม แม้ว่าจะมีเจตนาที่จะพัฒนา Go 229 และGo P.60 ที่ได้รับการปรับปรุง สำหรับบทบาทต่างๆ รวมถึงเครื่องบินขับไล่กลางคืนแต่ก็ไม่มี Gotha สร้าง Go 229 หรือ P.60 เสร็จสมบูรณ์เลย ต้นแบบ "V3" หรือต้นแบบที่สามที่เกือบเสร็จสมบูรณ์และยังไม่ได้บิน ถูกกองกำลังอเมริกันยึดและส่งกลับไปศึกษา ในที่สุดก็ถูกเก็บไว้ในคลังของสถาบันสมิธโซเนียน[ 21 ] [ 22 ]
ฝ่ายสัมพันธมิตรยังได้ก้าวหน้าในด้านที่เกี่ยวข้องหลายประการโดยใช้การกระจายแรงยกแบบวงรีทั่วไปที่มีพื้นผิวหางแนวตั้ง ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 นอร์ธรอปได้บินN-9Mซึ่งเป็นเครื่องบินพัฒนาขนาดหนึ่งในสามสำหรับเครื่องบินทิ้งระเบิดระยะไกลที่เสนอ[ 23 ]มีการผลิตหลายลำ แต่ทั้งหมดถูกนำไปทำลายทิ้งหลังจากโครงการเครื่องบินทิ้งระเบิดถูกยกเลิก[ 24 ]ในสหราชอาณาจักร เครื่องร่อน Baynes Batถูกนำมาบินในช่วงสงคราม เป็นเครื่องบินทดลองขนาดหนึ่งในสามที่ตั้งใจจะทดสอบการกำหนดค่าสำหรับการแปลงรถถังให้เป็นเครื่องร่อนชั่วคราว[ 25 ]
เครื่องบิน Armstrong Whitworth AW52 G ของ อังกฤษในปี 1944 เป็นเครื่องร่อนต้นแบบสำหรับเครื่องบินโดยสารปีกบินขนาดใหญ่ที่เสนอไว้ ซึ่งสามารถให้บริการเส้นทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ได้ [ 26 ] [ 27 ]ต่อมา AW52G ได้ถูกพัฒนาต่อยอดเป็นArmstrong Whitworth AW52ซึ่งเป็นรุ่นที่ทำจากโลหะทั้งหมดและใช้เครื่องยนต์เจ็ท สามารถทำความเร็วได้สูงสำหรับยุคนั้น โดยให้ความสำคัญอย่างมากกับการไหลแบบลามินาร์ [ 27 ] [ 28 ] เครื่องบิน AW52 บินครั้งแรกเมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายน 1947 แต่ผลลัพธ์ที่ได้กลับน่าผิดหวัง ต้นแบบลำแรกประสบอุบัติเหตุตกโดยไม่มีผู้เสียชีวิตเมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม 1949 ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่นักบินชาวอังกฤษใช้ที่นั่งดีดตัว ฉุกเฉินเป็นครั้งแรก เครื่องบิน AW52 ลำที่สองยังคงใช้งานอยู่กับRoyal Aircraft Establishmentจนถึงปี 1954 [ 27 ]
หลังสงคราม
โครงการต่างๆ ยังคงศึกษาเกี่ยวกับปีกบินในช่วงหลังสงครามงานวิจัยเกี่ยวกับ เครื่องบินทิ้งระเบิดระยะไกล YB-35ที่เริ่มต้นในปี พ.ศ. 2484 ได้ดำเนินต่อไปตลอดช่วงสงคราม โดยมีเครื่องบินรุ่นก่อนการผลิตบินได้ในปี พ.ศ. 2489 ซึ่งต่อมาในปีถัดมาได้มีการดัดแปลงเครื่องบินรุ่นนี้ให้ใช้พลังงานเจ็ทเป็นYB-49ในปี พ.ศ. 2480 [ 29 ]
ในระยะแรก การออกแบบนี้ไม่ได้ให้ข้อได้เปรียบด้านระยะทำการบินมากนักเมื่อเทียบกับเครื่องบินทิ้งระเบิดแบบลูกสูบที่บินช้ากว่า เนื่องจากอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูงของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตรุ่นแรกๆ อย่างไรก็ตาม มันได้สร้างมาตรฐานใหม่ด้านความเร็วสำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่
เมื่อวันที่ 9 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2492 เครื่องบินลำนี้ถูกบินจากฐานทัพอากาศเอ็ดเวิร์ดส์ในแคลิฟอร์เนียไปยังฐานทัพอากาศแอนดรูว์ส ใกล้กรุงวอชิงตัน ดี.ซี. เพื่อการแสดงแสนยานุภาพทางอากาศของประธานาธิบดีแฮร์รี ทรูแมน การบินใช้เวลา 4 ชั่วโมง 20 นาที สร้างสถิติความเร็วในการบินข้ามทวีป[ 30 ]เครื่องบิน YB-49 มีปัญหาเรื่องเสถียรภาพด้านข้างเล็กน้อย ซึ่งกำลังได้รับการแก้ไขด้วยระบบนักบินอัตโนมัติแบบใหม่ เมื่อรุ่นเครื่องบินทิ้งระเบิดถูกยกเลิกไป และหันไปใช้เครื่องบินB-36 "Peacemaker" ที่มีขนาดใหญ่กว่าแต่บินช้ากว่าแทน รุ่นเครื่องบินลาดตระเวนยังคงได้รับการพัฒนาต่อไปอีกระยะหนึ่ง แต่เครื่องบินลำนี้ก็ไม่ได้เข้าสู่สายการผลิต
ในสหภาพโซเวียตBICh-26กลายเป็นหนึ่งในความพยายามครั้งแรกในการผลิตเครื่องบินปีกบินเจ็ทความเร็วเหนือเสียงในปี พ.ศ. 2491 [ 31 ]บิล กันสตันนักเขียนด้านการบินกล่าวถึง BICh-26 ว่าล้ำหน้ากว่ายุคสมัย[ 32 ]อย่างไรก็ตาม เครื่องบินลำนี้ไม่ได้รับการยอมรับจากกองทัพโซเวียต และการออกแบบก็สิ้นสุดลงพร้อมกับเชรานอฟสกี
หลายประเทศอื่น ๆ ก็เลือกที่จะดำเนินโครงการปีกบินเช่นกัน ตุรกีเป็นหนึ่งในประเทศเหล่านั้น โดยบริษัทTurk Hava Kurumu Ucak Fabrikasiผลิต เครื่องร่อนไร้หาง THK-13ในปี 1948 [ 33 ] [ 34 ]ผู้ผลิตชาวอังกฤษหลายรายก็สำรวจแนวคิดนี้ในช่วงเวลานั้นเช่นกัน ข้อเสนอเบื้องต้นสำหรับAvro Vulcanเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ติดอาวุธนิวเคลียร์ ที่ออกแบบโดยRoy Chadwickก็ได้สำรวจการจัดเรียงปีกบินหลายแบบ แม้ว่าการออกแบบขั้นสุดท้ายจะมีลำตัวก็ตาม[ 35 ]
มีความสนใจอย่างต่อเนื่องในปีกบินสำหรับบทบาทการขนส่งขนาดใหญ่สำหรับสินค้าหรือผู้โดยสารโบอิ้งแมคดอนเนลล์ ดักลาสและอาร์มสตรอง วิทเวิร์ธได้ทำการศึกษาการออกแบบเครื่องบิน โดยสารแบบปีกบิน อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการสร้างเครื่องบินโดยสารดังกล่าว[ 27 ]
หลังจาก เครื่องบิน ความเร็วเหนือเสียง เริ่มแพร่หลาย ในช่วงทศวรรษ 1950 ความสนใจของกองทัพที่มีต่อปีกบินก็ลดลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากแนวคิดในการใช้ปีกหนาเพื่อรองรับลูกเรือและอุปกรณ์นั้นขัดแย้งโดยตรงกับแนวคิดที่ว่าปีกบางเหมาะสมที่สุดสำหรับการบินด้วยความเร็วเหนือเสียง
ความสนใจในปีกบินได้รับการฟื้นฟูอีกครั้งในช่วงทศวรรษ 1980 เนื่องจากศักยภาพในการสะท้อนเรดาร์ ที่ต่ำ เทคโนโลยีล่องหนอาศัยรูปทรงที่สะท้อนคลื่นเรดาร์เฉพาะในบางทิศทาง ทำให้เครื่องบินตรวจจับได้ยาก เว้นแต่เครื่องรับเรดาร์จะอยู่ที่ตำแหน่งเฉพาะเมื่อเทียบกับเครื่องบิน ซึ่งตำแหน่งนั้นจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่[ 36 ]แนวทางนี้ในที่สุดก็นำไปสู่เครื่องบินทิ้งระเบิดล่องหนปีกบินNorthrop Grumman B-2 Spirit [ 37 ] [ 38 ]ในกรณีนี้ ข้อได้เปรียบทางอากาศพลศาสตร์ของปีกบินไม่ใช่เหตุผลหลักในการนำการออกแบบนี้มาใช้ อย่างไรก็ตาม ระบบควบคุมการบินด้วย คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ ช่วยลดข้อเสียทางอากาศพลศาสตร์หลายประการของปีกบิน ทำให้เครื่องบินทิ้งระเบิดระยะไกลมีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพ[ 39 ] [ 40 ]
เนื่องจากความจำเป็นในทางปฏิบัติสำหรับปีกที่ลึก แนวคิดปีกบินจึงถูกนำมาใช้กับเครื่องบินความเร็วต่ำกว่าเสียง เป็นส่วนใหญ่ มีความสนใจอย่างต่อเนื่องในการนำไปใช้ในบทบาทการขนส่งขนาดใหญ่ที่ปีกมีความลึกเพียงพอที่จะบรรทุกสินค้าหรือผู้โดยสาร บริษัทหลายแห่ง รวมถึงโบอิ้งแมคดอนเนลล์ ดักลาสและอาร์มสตรอง วิทเวิร์ธได้ทำการศึกษาการออกแบบเครื่องบินโดยสาร แบบปีกบิน มาจนถึงปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม[ 27 ]ยังไม่มีการสร้างเครื่องบินโดยสารดังกล่าวขึ้น ณ ปี 2025

ปีกบินสองทิศทางเป็นแนวคิดเรขาคณิตแปรผันที่ประกอบด้วยปีกความเร็วต่ำกว่าเสียงที่มีช่วงปีกยาวและปีกความเร็วเหนือเสียงที่มีช่วงปีกสั้น ซึ่งเชื่อมต่อกันในรูปทรงกากบาทที่ไม่เท่ากัน แนวคิดนี้ได้รับการเสนอในปี 2011 โดยปีกความเร็วต่ำจะมีแผ่นปีกหนาและโค้งมนเพื่อรองรับน้ำหนักบรรทุกและมีช่วงปีกยาวเพื่อประสิทธิภาพสูง ในขณะที่ปีกความเร็วสูงจะมีแผ่นปีกบางและมีขอบคมและมีช่วงปีกสั้นกว่าเพื่อลดแรงต้านที่ความเร็วเหนือเสียง ยานจะขึ้นและลงจอดโดยใช้ปีกความเร็วต่ำขวางกระแสลม จากนั้นหมุนหนึ่งในสี่รอบเพื่อให้ปีกความเร็วสูงหันเข้าหากระแสลมสำหรับการเดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียง[ 41 ] NASA ได้ให้ทุนสนับสนุนการศึกษาข้อเสนอนี้[ 42 ]มีการอ้างว่าการออกแบบนี้ให้แรงต้านคลื่นต่ำ ประสิทธิภาพความเร็วต่ำกว่าเสียงสูง และลดเสียงดังสนั่น
นับตั้งแต่สิ้นสุดสงครามเย็นยานบินไร้คนขับ (UAV) จำนวนมากที่มีปีกบินได้ถูกผลิตขึ้น ประเทศต่างๆ มักใช้แพลตฟอร์มดังกล่าวเพื่อการลาดตระเวนทางอากาศ UAV ดังกล่าวได้แก่Lockheed Martin RQ-170 Sentinel [ 43 ] [ 44 ]และNorthrop Grumman Tern [ 45 ] [ 46 ] บริษัทพลเรือนยังได้ทดลองใช้ UAV เช่นFacebook Aquilaเป็นดาวเทียมในชั้นบรรยากาศ[ 47 ] [ 48 ]ยานบินรบไร้คนขับ (UCAV) ต้นแบบต่างๆได้ถูกผลิตขึ้น รวมถึงDassault nEUROn [ 49 ] Sukhoi S - 70 Okhotnik-B [ 50 ] DRDO Ghatak , DRDO SWIFT และBAE Systems Taranis [ 51 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- Kohn, Leo J. (1974). ปีกบินแห่งนอร์ธรอป . มิลวอกี, วิสคอนซิน: สำนักพิมพ์การบิน. ISBN 0-87994-031-X.
- ลามิง, ทิม (2002). เรื่องราวของชาววัลแคน: 1952–2002 . เอ็นเดอร์บี, เลสเตอร์, สหราชอาณาจักร: ซิลเวอร์เดล บุ๊คส์. ISBN 1-85605-701-1..
- มาโลนีย์, เอ็ดเวิร์ด ที. (1975). ปีกบินนอร์ธรอป . บัวนาพาร์ค, แคลิฟอร์เนีย: สำนักพิมพ์เพลนส์ออฟเฟม. ISBN 0-915464-00-4.
ลิงก์ภายนอก
- ประวัติความเป็นมาของปีกบิน (Flying Wing)ที่ Century of Flight
- หน้า Nurflügel
- เที่ยวบินสู่อนาคตโดย โจ มิซราฮี, นิตยสารวิงส์ , เมษายน 1999, เล่มที่ 29, ฉบับที่ 2
- เกล็น เอ็ดเวิร์ดส์ และปีกบิน
- " Flying Wings Are Coming ", Popular Mechanics , 77 , No. 3, มีนาคม 1942, หน้า 14–15, 190, 192-193
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ปีกบิน
เครื่องบินปีกบิน (Flying wing)คือเครื่องบินปีกตรึง ที่ ไม่มีหาง และไม่มีลำตัว ที่แน่นอน โดยลูกเรือ สัมภาระ เชื้อเพลิง และอุปกรณ์ต่างๆ จะบรรจุอยู่ภายในโครงสร้างปีกหลัก...
ออกแบบ
เครื่องบินปีกบินเป็น เครื่องบิน ที่ไม่มี ลำตัว หรือ แพนหาง ที่แน่นอน โดยลูกเรือ สัมภาระ เชื้อเพลิง และอุปกรณ์ต่างๆ จะอยู่ภายในโครงสร้างปีกหลัก เครื่องบินปีกบินอาจมีส่วนยื่นเล็กๆ ต่างๆ เช่น พ็อด นาเซล บลิสเตอร์ บูม หรือแพน หางแนวตั้ง [ 1 ]
การออกแบบทางวิศวกรรม
ปีกที่ออกแบบให้ลึกพอที่จะบรรจุนักบิน เครื่องยนต์ เชื้อเพลิง ล้อลงจอด และอุปกรณ์ที่จำเป็นอื่นๆ จะมีพื้นที่หน้าตัดด้านหน้าเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับปีกแบบดั้งเดิมและลำตัวที่ยาวและบาง ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดแรงต้านอากาศสูงขึ้นและประสิทธิภาพต่ำกว่าการออกแบบแบบดั้งเดิม...
เสถียรภาพเชิงทิศทาง
เครื่องบินใดๆ ก็ตามที่จะบินได้โดยไม่ต้องมีการแก้ไขทิศทางอย่างต่อเนื่อง จะต้องมี เสถียรภาพในการควบคุมทิศทาง ในแนวดิ่ง