เครื่องบินเจ็ต

เครื่องบินเจ็ท (หรือเรียกสั้น ๆ ว่าเจ็ท ) คือเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เจ็ท หนึ่งเครื่องหรือมากกว่านั้น เครื่องบินเจ็ทเกือบทั้งหมดเป็นเครื่องบินปีกตรึงแต่ก็มีเครื่องบินเจ็ทหลายประเภทที่แตกต่างกันออกไปทั้งเพื่อการใช้งานทางพลเรือนและทางทหาร
เครื่องบินเจ็ทส่วนใหญ่จำเป็นต้องบินด้วยความเร็วสูงไม่ว่าจะเป็นความเร็วเหนือเสียงหรือความเร็วต่ำกว่าเสียงเล็กน้อย ( ทรานโซนิก ) เพื่อให้การบินมีประสิทธิภาพ โดยทั่วไปแล้วจะบินด้วยความเร็วประมาณMach 0.8 (981 กม./ชม.; 610 ไมล์/ชม.) และที่ระดับความสูงประมาณ 10,000–15,000 เมตร (33,000–49,000 ฟุต) หรือสูงกว่านั้น ซึ่งเป็นระดับความสูงที่เครื่องยนต์เจ็ททำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งแตกต่างจากเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัดซึ่งจะมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ความเร็วและระดับความสูงที่ต่ำกว่ามาก
โดยทั่วไปแล้ว เครื่องบินไอพ่นจะถูกออกแบบโดยใช้กฎพื้นที่ของวิทคอมบ์ซึ่งระบุว่าพื้นที่หน้าตัดทั้งหมดของเครื่องบินจะต้องมีค่าประมาณเท่ากับพื้นที่หน้าตัดของตัวถังแบบเซียร์ส-ฮาคการประยุกต์ใช้กฎนี้ช่วยลดการเกิดคลื่นกระแทก ซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองพลังงาน
แฟรงค์ วิทเทิลนัก ประดิษฐ์ ชาวอังกฤษและ เจ้าหน้าที่ กองทัพอากาศอังกฤษเริ่มพัฒนาเครื่องยนต์เจ็ทที่ใช้งานได้จริงในปี พ.ศ. 2461 [ 1 ]ในขณะที่ฮันส์ ฟอน โอไฮน์ในเยอรมนีเริ่มทำงานอย่างอิสระในแนวคิดที่คล้ายกันในช่วงต้นทศวรรษ พ.ศ. 2473 ดังนั้น ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2482 เครื่องบินเจ็ทลำแรกของโลกไฮน์เคล เฮ 178จึงทำการบินครั้งแรก
ประวัติศาสตร์

หลังจากเครื่องบินขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ลำแรกขึ้นบินได้สำเร็จ ก็มีการเสนอแบบและวิธีการสร้างไอพ่นมากมาย ตัวอย่างเช่นRené Lorin , O. Morise และ HS Harris ต่างก็เสนอระบบที่แตกต่างกันสำหรับการสร้างไอพ่น[ 2 ] นอกจากนี้ ในช่วงทศวรรษ 1920 และ 1930 ยัง มีการออกแบบเครื่องบิน ขับเคลื่อนด้วย มอเตอร์ไอพ่นเทอร์โบพร็ อป พัลส์ไอพ่นและจรวดหลากหลายประเภท
การวิจัยเครื่องยนต์จรวดได้ดำเนินมาในเยอรมนี และในปี พ.ศ. 2461 Lippisch Enteซึ่งก่อนหน้านี้เคยบินเป็นเครื่องร่อน ได้กลายเป็นเครื่องบินลำแรกที่บินโดยใช้พลังงานจรวด[ 3 ]ปีต่อมาในปี พ.ศ. 2462 Opel RAK.1ได้กลายเป็นเครื่องบินจรวดที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะลำแรกที่บินได้
เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างอิสระในช่วงทศวรรษ 1930 โดยแฟรงค์ วิทเทิลและต่อมาโดยฮันส์ ฟอน โอไฮน์เครื่องบินเทอร์โบเจ็ตลำแรกที่บินได้คือไฮน์เคล เฮ 178เมื่อวันที่ 27 สิงหาคม 1939 ที่เมืองรอสต็อก (ประเทศเยอรมนี) ซึ่งใช้เครื่องยนต์ที่ออกแบบโดยฟอน โอไฮน์[ 4 ]อย่างไรก็ตาม " การคืบ " (ความล้าของโลหะที่เกิดจากอุณหภูมิสูงภายในเครื่องยนต์) ทำให้เครื่องยนต์ไหม้เสียหายอย่างรวดเร็ว การออกแบบของฟอน โอไฮน์ ซึ่งเป็นเครื่องยนต์แบบไหลตามแนวแกน ตรงข้ามกับเครื่องยนต์แบบไหลตามแรงเหวี่ยงของวิทเทิล ในที่สุดก็ได้รับการยอมรับจากผู้ผลิตส่วนใหญ่ในช่วงทศวรรษ 1950 [ 5 ] [ 6 ]
เครื่องบินขับเคลื่อนด้วยไอพ่นลำแรกที่ได้รับความสนใจจากสาธารณชนคือ ต้นแบบ เครื่องยนต์ไอพ่นCaproni Campini N.1 ของอิตาลี ซึ่งบินครั้งแรกเมื่อวันที่ 27 สิงหาคม พ.ศ. 2483 [ 7 ] Secondo Campini เริ่มพัฒนาเครื่องยนต์ไอพ่นในปี พ.ศ. 2475 การออกแบบนี้แตกต่างจากเครื่องยนต์เทอร์โบไอพ่นที่แท้จริงตรงที่กังหันถูกขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ลูกสูบ แทนที่จะเป็นการเผาไหม้ของก๊าซในกังหัน
เครื่องบินทดลองGloster E.28/39 ของอังกฤษ ทำการบินครั้งแรกเมื่อวันที่ 15 พฤษภาคม พ.ศ. 2484 โดยใช้เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตของเซอร์แฟรงค์ วิทเทิล[ 8 ] และ เครื่องบิน Bell XP-59Aของสหรัฐอเมริกาทำการบินเมื่อวันที่ 1 ตุลาคม พ.ศ. 2485 โดยใช้เครื่องยนต์วิทเทิลเวอร์ชันที่สร้างโดยGeneral Electric
เครื่องบินGloster Meteorเป็นเครื่องบินเจ็ทที่ผลิตขึ้นเป็นครั้งแรก ต้นแบบของเครื่องบินเจ็ทนี้บินครั้งแรกเมื่อวันที่ 5 มีนาคม พ.ศ. 2486 และเครื่องบินที่ผลิตขึ้นลำแรกเมื่อวันที่ 12 มกราคม พ.ศ. 2487 [ 9 ] [ 10 ]
ประเภทของเครื่องบินเจ็ท
เครื่องบินรบ
เครื่องบินรบเจ็ท Messerschmitt Me 262 (Me 262) เป็น เครื่องบินรบเจ็ทลำแรกที่ใช้งานได้จริง[ 11 ]เริ่มประจำการเมื่อวันที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2487 มีการผลิต Me 262 มากถึง 1,400 ลำ โดย 300 ลำถูกส่งไปรบ เครื่องบิน Me 262 ลำหนึ่งทำคะแนนชัยชนะในการรบครั้งแรกของเครื่องบินรบเจ็ทได้เมื่อวันที่ 26 กรกฎาคม พ.ศ. 2487 แต่ฝูงบิน Me 262 เริ่มปฏิบัติการช้าเกินไปที่จะมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลลัพธ์ของสงครามโลกครั้งที่สอง
ในช่วงกลางปี 1944 เครื่องบิน Meteor ของสหราชอาณาจักรถูกใช้เพื่อป้องกันประเทศจากระเบิดบิน V-1ซึ่ง V-1 เป็น เครื่องบินขับเคลื่อนด้วย เครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลส์และเป็นต้นกำเนิดโดยตรงของขีปนาวุธร่อนในปีเดียวกันนั้น เยอรมนีได้นำ เครื่องบินไอพ่นลาดตระเวนและทิ้งระเบิด Arado Ar 234เข้าประจำการ (แม้ว่าจะใช้ในบทบาทลาดตระเวนเป็นหลัก) พร้อมกับเครื่องบินขับไล่เบาไอพ่นเดี่ยวHeinkel He 162 Spatzที่ปรากฏตัวขึ้นในภายหลังในปีเดียวกัน
สหภาพโซเวียตทดสอบเครื่องบินรบ Bereznyak-Isayev BI-1ของตนเองในปี 1942 แต่โครงการนี้ถูกยกเลิกโดยผู้นำโจเซฟ สตาลินในปี 1945 กองทัพเรือจักรวรรดิญี่ปุ่นก็พัฒนาเครื่องบินเจ็ทในปี 1945 เช่นกัน รวมถึงNakajima J9Y Kikkaซึ่งเป็นรุ่นดัดแปลงและมีขนาดเล็กกว่า Me 262 เล็กน้อยที่มีปีกพับได้ ภายในสิ้นปี 1945 สหรัฐอเมริกาได้นำเครื่องบินขับไล่เจ็ทลำแรกของตน คือLockheed P-80 Shooting Starเข้าประจำการ และสหราชอาณาจักรได้นำเครื่องบินขับไล่ลำที่สองของตน คือde Havilland Vampireเข้า ประจำการ
สหรัฐอเมริกาได้นำ เครื่องบินทิ้งระเบิดเจ็ทลำแรกของตน คือ เครื่องบินนอร์ ทอเมริกัน บี-45 ทอร์นาโดเข้าประจำการในปี 1948 เครื่องบินลำนี้สามารถบรรทุกอาวุธนิวเคลียร์ได้ แต่ถูกนำไปใช้ในการลาดตระเวนเหนือเกาหลี ในวันที่ 8 พฤศจิกายน 1950 ระหว่างสงครามเกาหลี ร้อยโท รัสเซลล์ เจ. บราวน์ แห่งกองทัพอากาศสหรัฐฯขับเครื่องบินล็อกฮีด เอฟ-80 ชูตติ้งสตาร์สกัดกั้น เครื่องบิน มิจี-15 ของเกาหลีเหนือ สองลำ ใกล้แม่น้ำยาลูและยิงตกในการต่อสู้ทางอากาศ แบบเจ็ทต่อเจ็ทครั้งแรก ในประวัติศาสตร์ สหราชอาณาจักรได้นำ เครื่องบิน อิงลิชอิเล็กทริกแคนเบอร์ราเข้าประจำการในปี 1951 ในฐานะเครื่องบินทิ้งระเบิดขนาดเบามันถูกออกแบบมาให้บินได้สูงและเร็วกว่าเครื่องบินสกัดกั้น ใดๆ
เครื่องบินรบเจ็ทที่เร็วที่สุดคือเครื่องบินSR-71 Blackbirdด้วยความเร็ว 3.35 มัค ( 3,661 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (2,275 ไมล์ต่อชั่วโมง) )
เครื่องบินเจ็ทพาณิชย์



บริการเครื่องบินเจ็ตเชิงพาณิชย์ครั้งแรกเปิดให้บริการในปี 1952 โดยBOACบริการนี้บินจากลอนดอนไปยังโจฮันเนสเบิร์กโดยใช้เครื่องบินเจ็ตde Havilland Comet เครื่องบิน Comet บินได้เร็วกว่าและสูงกว่าเครื่องบินใบพัด และให้การเดินทางที่เงียบกว่าและราบรื่นกว่าสำหรับผู้โดยสาร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อบกพร่องในการออกแบบและการใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์ เครื่องบินจึงประสบปัญหาความล้าของโลหะ อย่างรุนแรง ส่งผลให้เกิดอุบัติเหตุหลายครั้ง[ 12 ]เนื่องจากอุบัติเหตุเหล่านี้ เครื่องบินโบอิ้ง 707จึงได้รับโอกาสในการเข้าให้บริการในปี 1958 และครองตลาดเครื่องบินโดยสารพลเรือน เครื่องยนต์ใต้ท้องเครื่องของ 707 พบว่ามีข้อดีในกรณีที่เชื้อเพลิงรั่วไหล ทำให้รูปลักษณ์ภายนอกแตกต่างจาก Comet ซึ่งมีปีกที่ผสมผสานกันโดยมีเครื่องยนต์ซ่อนอยู่ รูปร่างโดยรวมของ 707 คล้ายกับเครื่องบินร่วมสมัย โดยยังคงเห็นความคล้ายคลึงกันอย่างชัดเจนในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น เครื่องบินโบอิ้ง 737 (ลำตัว) และ เครื่องบิน แอร์บัส A340 (ชั้นเดียวปีกเฉียงเครื่องยนต์สี่เครื่องใต้ปีก)
เครื่องบิน แบบเทอร์โบแฟนซึ่งมีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง สูงกว่า เริ่มเข้าประจำการในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 และในที่สุดก็กลายเป็นเครื่องบินเจ็ทประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
เครื่องบินขนส่งความเร็วเหนือเสียง Tu -144 เป็นเครื่องบินเจ็ทพาณิชย์ที่เร็วที่สุดในขณะนั้น ด้วยความเร็ว 2.35 มัค ( 2,503 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (1,555 ไมล์ต่อชั่วโมง) ) เริ่มให้บริการในปี 1975 แต่ถูกถอนออกจากบริการเชิงพาณิชย์ในเวลาไม่นานหลังจากนั้น ส่วน เครื่องบิน Concordeที่มีความเร็ว 2 มัคเริ่มให้บริการในปี 1976 และบินให้บริการเป็นเวลา 27 ปี
อื่น
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วคำว่า "เครื่องบินเจ็ท" จะหมายถึง เครื่องยนต์เจ็ทแบบใช้กังหันแก๊สเป็นเชื้อเพลิงแต่จรวดและเครื่องยนต์สแครมเจ็ทก็ขับเคลื่อนด้วยระบบเจ็ทเช่นกัน
ขีปนาวุธร่อนเป็นเครื่องบินเจ็ทไร้คนขับแบบใช้ครั้งเดียว ส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์แรมเจ็ท เทอร์โบเจ็ท หรือเทอร์โบแฟน แต่บ่อยครั้งก็มีระบบขับเคลื่อนด้วยจรวดสำหรับการขับเคลื่อนเริ่มต้น
เครื่องบินไอพ่นที่ใช้การหายใจทางอากาศที่เร็วที่สุดคือเครื่องบินไร้คนขับX-43 scramjet ซึ่งมีความเร็วประมาณ Mach 9–10
เครื่องบินจรวดที่มีคนขับที่เร็วที่สุดคือX-15ด้วยความเร็ว 6.85 มัค
ยานอวกาศสเปซชัตเติลแม้จะเร็วกว่า X-43 หรือ X-15 แต่ก็ไม่ได้ถูกจัดว่าเป็นเครื่องบินในระหว่างการขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ เนื่องจากมันถูกพาไป ในแนววิถี โค้งด้วยแรงขับของจรวด ไม่ใช่ด้วยแรงลม เมื่อกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก มันถูกจัดประเภท (เช่นเดียวกับเครื่องร่อน) เป็นเครื่องบินไร้เครื่องยนต์ การบินครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1981

Bell 533 (1964), Lockheed XH-51 (1965) และSikorsky S-69 (1977–1981) เป็นตัวอย่างของ การออกแบบ เฮลิคอปเตอร์แบบผสมที่ไอเสียไอพ่นช่วยเพิ่มแรงขับไปข้างหน้า[ 13 ] Hiller YH-32 HornetและFairey Ultra-light Helicopterเป็นหนึ่งในเฮลิคอปเตอร์หลายลำที่ใบพัดถูกขับเคลื่อนด้วยไอพ่นที่ปลายปีก
ชุดวิงสูทที่ขับเคลื่อนด้วยเจ็ทมีอยู่จริง–ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เจ็ทของเครื่องบินจำลอง–แต่สามารถบินได้ในระยะเวลาสั้นๆ เท่านั้น และต้องปล่อยตัวที่ความสูง[ 14 ]
เครื่องยนต์เจ็ท

เครื่องยนต์หลายประเภททำงานโดยการพ่นก๊าซร้อนออกมา:
เครื่องยนต์แต่ละประเภทมีจุดประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกัน
เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตมีอัตราเร็วไอเสียสูงและพื้นที่หน้าตัดด้านหน้าต่ำ ทำให้เหมาะที่สุดสำหรับการบินเหนือเสียง แม้ว่าครั้งหนึ่งเคยใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เทอร์โบพร็อป และเทอร์โบแฟนสำหรับการบินต่ำกว่าเสียง เครื่องบินหลักรุ่นสุดท้ายที่ใช้เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตคือ เครื่องบินขนส่งเหนือเสียงคองคอร์ดและทู-144
เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแบบบายพาสต่ำมีอัตราความเร็วไอเสียต่ำกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ต และส่วนใหญ่ใช้สำหรับความเร็วเหนือเสียงสูง ความเร็วใกล้เคียงเสียง และความเร็วเหนือเสียงต่ำ ในขณะที่เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแบบบายพาสสูงมีประสิทธิภาพค่อนข้างดี และใช้ในเครื่องบินความเร็วต่ำกว่าเสียง เช่น เครื่องบินโดยสาร
ประสิทธิภาพการขับเคลื่อน
ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนโดยรวมของเครื่องบินประสิทธิภาพการขับเคลื่อน คือ ประสิทธิภาพในหน่วยเปอร์เซ็นต์ ที่พลังงานในเชื้อเพลิงของยานพาหนะถูกแปลงเป็นพลังงานที่มีประโยชน์ เพื่อชดเชยการสูญเสียเนื่องจากแรงต้านอากาศแรงโน้มถ่วง และความเร่ง อาจกล่าวได้ว่าเป็นสัดส่วนของพลังงานกลที่ใช้ในการขับเคลื่อนอากาศยานจริง ๆ ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนจะน้อยกว่า 100% เสมอ เนื่องจากมีการสูญเสียพลังงานจลน์ไปกับไอเสีย และประสิทธิภาพของกลไกการขับเคลื่อนที่ไม่เป็นไปตามอุดมคติ ไม่ว่าจะเป็นใบพัดไอเสียไอพ่น หรือพัดลม นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการขับเคลื่อนยังขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอากาศและความเร็วลม อย่างมาก
ในทางคณิตศาสตร์ สามารถแสดงได้ดังนี้[ 15 ]ที่คือประสิทธิภาพของวงจรและประสิทธิภาพในการขับเคลื่อนคือค่านี้ ประสิทธิภาพของวัฏจักร (คิดเป็นเปอร์เซ็นต์) คือสัดส่วนของพลังงานที่ได้จากแหล่งพลังงานซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานกลโดยเครื่องยนต์

สำหรับเครื่องบินไอพ่นประสิทธิภาพการขับเคลื่อน (โดยพื้นฐานแล้วคือประสิทธิภาพพลังงาน ) จะสูงที่สุดเมื่อเครื่องยนต์ปล่อยไอพ่นไอเสียด้วยความเร็วที่เท่ากับหรือเกือบเท่ากับความเร็วของตัวเครื่องบิน สูตรที่แน่นอนสำหรับเครื่องยนต์แบบหายใจอากาศตามที่ระบุไว้ในเอกสาร[ 16 ] [ 17 ]คือ โดยที่cคือความเร็วของไอเสีย และvคือความเร็วของเครื่องบิน
พิสัย
สำหรับเครื่องบินเจ็ทระยะไกลที่ปฏิบัติการในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ความเร็วเสียงจะคงที่ ดังนั้นการบินด้วยมุมปะทะ คงที่ และเลขมัค คงที่ จะทำให้เครื่องบินไต่ระดับขึ้นโดยไม่เปลี่ยนแปลงค่าความเร็วเสียงในบริเวณนั้น ในกรณีนี้: ที่ไหนคือเลขมัคของความเร็วในการเดินทาง และความเร็วเสียงในพื้นที่ สมการระยะทางสามารถแสดงได้ดังนี้ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อสมการช่วงระยะของเบรเกต์ ตามชื่อของ หลุยส์ ชาร์ลส์ เบรเกต์ผู้บุกเบิกด้านการบินชาวฝรั่งเศส
ดูเพิ่มเติม
- Coanda-1910 – หน้าเว็บแสดงคำอธิบายสั้นๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทางหน้าเว็บแสดงคำอธิบายสั้นๆ โดยไม่มีช่องว่าง
- การบินพาณิชย์– ระบบขนส่งที่ให้บริการขนส่งทางอากาศโดยคิดค่าบริการ
- คอนเทรล– เมฆเทียมยาวบางที่บางครั้งก่อตัวขึ้นด้านหลังเครื่องบิน
- เครื่องบินโดยสารเจ็ท– เครื่องบินโดยสารที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เจ็ท
- เสียงเครื่องบินเจ็ต– เสียงที่เกิดจากเครื่องบินเจ็ต
- เครื่องบินจัมโบ้เจ็ต– เครื่องบินโดยสารที่มีทางเดินสองทาง
- เครื่องบินเจ็ทขนาดเบามาก– เครื่องบินเจ็ทขนาดเล็กที่มีน้ำหนักต่ำกว่า 10,000 ปอนด์
- รายชื่อเครื่องบินเจ็ทในสงครามโลกครั้งที่สอง
ลิงก์ภายนอก
- เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของเอริช วาร์ซิทซ์ (นักบินเครื่องบินเจ็ทคนแรกของโลก) ซึ่งรวมถึงวิดีโอหายาก (เครื่องบินไฮน์เคล ฮี 178) และคำบรรยายเสียง