กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

ใน อากาศพลศาสตร์ ภาระ ปีก คือ น้ำหนักรวมของเครื่องบินหรือสัตว์บินหารด้วยพื้นที่ของปีก [ 1 ] "}},"i":0}}]}"> [ a ] ​​ความเร็ว ร่วงหล่น ความเร็วในการขึ้นบิน...

การรับน้ำหนักของปีก

ผีเสื้อโมนาร์ช มี อัตราส่วนน้ำหนักต่อพื้นที่ปีกต่ำมาก คือ 0.168 กก./ ตร.ม.
เครื่องบินMcDonnell Douglas MD-11 มี อัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกสูงสุดต่อปีกสูงถึง 837  กก./ ตร.ม.

ในอากาศพลศาสตร์ภาระปีกคือ น้ำหนักรวมของเครื่องบินหรือสัตว์บินหารด้วยพื้นที่ของปีก[ 1 ] [ a ] ​​ความเร็วร่วงหล่นความเร็วในการขึ้นบิน และความเร็วในการลงจอดของเครื่องบินนั้นถูกกำหนดบางส่วนโดยภาระปีก[ 2 ]

ยิ่งเครื่องบินบินเร็วเท่าไหร่แรงยกก็จะยิ่งเปลี่ยนแปลงมากขึ้นเท่านั้นเมื่อมุมปะทะเปลี่ยนไป ดังนั้นปีกที่เล็กกว่าจึงได้รับผลกระทบจากลมกระโชกในแนวดิ่ง น้อยลง ด้วยเหตุนี้ เครื่องบินที่บินเร็วจึงมักมีภาระปีกที่สูงกว่าเครื่องบินที่บินช้ากว่า เพื่อหลีกเลี่ยงการตอบสนองต่อลมกระโชกในแนวดิ่งมากเกินไป[ 3 ]

ภาระปีกที่สูงขึ้นยังลดความคล่องตัวลงด้วย ข้อจำกัดเดียวกันนี้ใช้ได้กับสิ่งมีชีวิตที่มีปีกเช่นกัน

ช่วงของน้ำหนักบรรทุกปีก

ตัวอย่างการรับน้ำหนักปีก[ 4 ]
อากาศยานพิมพ์การแนะนำเอ็มทีโอวีพื้นที่ปีกกก./ ตร.ม.ปอนด์/ตารางฟุต
ผีเสื้อโมนาร์ชสัตว์ยุคซีโนโซอิก0.1680.034
นก[]สัตว์ยุคครีเทเชียส1–200.20–4.10 [ 5 ]
ขีดจำกัดวิกฤตสูงสุดของการบินของนกสัตว์255.1 [ 6 ]
โอโซนบัซซ์ Z3 เอ็มเอสพาราไกลเดอร์201075–95 กก. (165–209 ปอนด์)  25.8 ตารางเมตร(278 ตารางฟุต)   2.9–3.70.59–0.76 [ 7 ]
วิลส์ วิงสปอร์ต 2 155เครื่องร่อน200494.8–139.8 กก. (209–308 ปอนด์)  14.4 ตารางเมตร(155 ตารางฟุต)   6.6–9.71.4–2.0 [ 8 ]
จินฟลูอิด 11สปีดฟลายเออร์2010140 กก.11 ตารางเมตร(120 ตารางฟุต)   12.72.6
ขีดจำกัดบนเครื่องร่อนไมโครลิฟต์2008รับน้ำหนักได้สูงสุด220 กก. (490 ปอนด์)  12.2 ตร.ม. (131 ตร. ฟุต)ขั้นต่ำ[ c ]   183.7 [ 9 ]
ข้อบังคับของ CAA (สหราชอาณาจักร)ขีดจำกัดการรับน้ำหนักปีกของเครื่องบินไมโครไลท์2008 [ d ]น้ำหนัก สูงสุด450 กก. (990 ปอนด์) [ e ]  ขั้นต่ำ18 ตร.ม. ( 190 ตร. ฟุต ) [ ]   255.1 [ 10 ]
ชไลเชอร์ ASW 22เครื่องร่อน1981850 กก. (1,870 ปอนด์)  16.7 ตารางเมตร(180 ตารางฟุต)   50.910.4
นักรบไพเปอร์การบินทั่วไป19601,055 กิโลกรัม (2,326 ปอนด์)  15.14 ตารางเมตร(163.0 ตารางฟุต)   69.714.3
บีชคราฟท์ บารอนเครื่องบินทั่วไป เครื่องยนต์คู่19602,313 กิโลกรัม (5,099 ปอนด์)  18.5 ตารางเมตร(199 ตารางฟุต)   12526
ซูเปอร์มารีน สปิตไฟร์นักรบ (สงครามโลกครั้งที่ 2)19383,039 กิโลกรัม (6,700 ปอนด์)  22.48 ตารางเมตร(242.0 ตารางฟุต)   13528
เครื่องบินบีคคราฟท์เครื่องบินโดยสาร (สำหรับผู้โดยสารที่เดินทางไปกลับ)19684,727 กิโลกรัม (10,421 ปอนด์)  25.99 ตารางเมตร(279.8 ตารางฟุต)   18237
เลียร์เจ็ท 31เครื่องบินเจ็ตส่วนตัว19907,031 กิโลกรัม (15,501 ปอนด์)  24.57 ตารางเมตร(264.5 ตารางฟุต)   28659
มิโคยัน มิจี-23เครื่องบินรบ ( รูปทรงแปรผัน )197017,800 กิโลกรัม (39,200 ปอนด์)  34.16–37.35 ตารางเมตร(367.7–402.0 ตารางฟุต)   477–52198–107
เครื่องบินรบ ล็อคฮีด เอฟ-104 สตาร์ไฟเตอร์นักสู้ (หลายบทบาท)195813,166 กิโลกรัม (29,026 ปอนด์)  18.22 ตารางเมตร(196.1 ตารางฟุต)   722.6148.0
เจเนอรัลไดนามิกส์ เอฟ-16นักสู้ (หลายบทบาท)พ.ศ. 252119,200 กิโลกรัม (42,300 ปอนด์)  27.87 ตารางเมตร(300.0 ตารางฟุต)   688.9141.1
แมคดอนเนลล์ ดักลาส เอฟ-15 อีเกิลเครื่องบินขับไล่ (เพื่อครองความเป็นใหญ่ทางอากาศ)พ.ศ. 251930,845 กิโลกรัม (68,002 ปอนด์)  56.5 ตารางเมตร(608 ตารางฟุต)   546112
มิโคยัน-กูเรวิช มิจี-25เครื่องบินขับไล่ (เครื่องบินสกัดกั้น)197036,720 กิโลกรัม (80,950 ปอนด์)  61.4 ตารางเมตร(661 ตารางฟุต)   598122
ล็อกฮีด เอสอาร์-71 แบล็กเบิร์ดเครื่องบินลาดตระเวนเชิงยุทธศาสตร์พ.ศ. 250968,946 กิโลกรัม (152,000 ปอนด์)  170 ตารางเมตร(1,800 ตารางฟุต)   40683
ฟอกเกอร์ เอฟ27เครื่องบินโดยสาร (เครื่องยนต์เทอร์โบพร็อป )195819,773 กิโลกรัม (43,592 ปอนด์)  70 ตารางเมตร(750 ตารางฟุต)   28258
โครงการ Fokker F28 Fellowshipเครื่องบินโดยสาร (เครื่องบินเจ็ตประจำภูมิภาค)196933,000 กิโลกรัม (73,000 ปอนด์)  78.97 ตารางเมตร(850.0 ตารางฟุต)   41886
โบอิ้ง 737-400เครื่องบินโดยสาร ( ลำตัวแคบ )198462,820 กิโลกรัม (138,490 ปอนด์)  91.04 ตารางเมตร(979.9 ตารางฟุต)   690140
โบอิ้ง 737-900ERเครื่องบินโดยสาร (ลำตัวแคบ)200785,139 กิโลกรัม (187,699 ปอนด์)  124.6 ตารางเมตร(1,341 ตารางฟุต)   683140
แอร์บัส เอ321XLRเครื่องบินโดยสาร (ลำตัวแคบ)ปี 2024 (โดยประมาณ)101,015 กิโลกรัม (222,700 ปอนด์)  122.4 ตารางเมตร(1,318 ตารางฟุต)   825169
โบอิ้ง 767-300ER [ 11 ]เครื่องบินโดยสาร ( ลำตัวกว้าง )พ.ศ. 2525181,437 กิโลกรัม (400,000 ปอนด์)  283.3 ตารางเมตร(3,049 ตารางฟุต)   640130
โบอิ้ง 757-300เครื่องบินโดยสาร (ลำตัวแคบ)พ.ศ. 2525115,665 กิโลกรัม (254,998 ปอนด์)  185 ตารางเมตร(1,990 ตารางฟุต)   625128
คองคอร์ดเครื่องบินโดยสาร (ความเร็วเหนือเสียง)พ.ศ. 2519187,000 กิโลกรัม (412,000 ปอนด์)  358.2 ตารางเมตร(3,856 ตารางฟุต)   522107
ร็อคเวลล์ บี-1บี แลนเซอร์เครื่องบินทิ้งระเบิด (รูปทรงปรับได้)พ.ศ. 2526148,000 กิโลกรัม (326,000 ปอนด์)  181.2 ตารางเมตร(1,950 ตารางฟุต)   818168
แมคดอนเนลล์ ดักลาส MD-11 [ 11 ]เครื่องบินโดยสาร (ลำตัวกว้าง)1990283,720 กิโลกรัม (625,500 ปอนด์)  338.9 ตารางเมตร(3,648 ตารางฟุต)   837171
โบอิ้ง 777-300ERเครื่องบินโดยสาร (ลำตัวกว้าง)2004351,533 กิโลกรัม (774,998 ปอนด์)  436.8 ตารางเมตร(4,702 ตารางฟุต)   805165
แอร์บัส A340 -500/600 [ 11 ]เครื่องบินโดยสาร (ลำตัวกว้าง)2002365,000 กิโลกรัม (805,000 ปอนด์)  437.3 ตารางเมตร(4,707 ตารางฟุต)   835171
โบอิ้ง 747-400 [ 11 ]เครื่องบินโดยสาร (ลำตัวกว้าง)1988396,830 กิโลกรัม (874,860 ปอนด์)  525 ตารางเมตร(5,650 ตารางฟุต)   756155
แอร์บัส เอ380เครื่องบินโดยสาร (ลำตัวกว้าง)2007575,000 กิโลกรัม (1,268,000 ปอนด์)  845 ตารางเมตร(9,100 ตารางฟุต)   680140

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพ

อัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อมวลของปีกเป็นมาตรวัดที่มีประโยชน์ในการประเมินความเร็วการร่วงหล่นของเครื่องบิน ปีกสร้างแรงยกเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอากาศรอบปีก ปีกที่ใหญ่กว่าจะเคลื่อนที่อากาศได้มากกว่า ดังนั้นเครื่องบินที่มีพื้นที่ปีกมากเมื่อเทียบกับมวล (เช่น อัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อมวลของปีกต่ำ) จะมีความเร็วการร่วงหล่นต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ เครื่องบินที่มีอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อมวลของปีกต่ำกว่าจะสามารถขึ้นและลงจอดได้ด้วยความเร็วที่ต่ำกว่า (หรือสามารถขึ้นบินได้โดยบรรทุกน้ำหนักได้มากกว่า) และยังสามารถเลี้ยวได้ในอัตราที่สูงกว่าด้วย

ผลกระทบต่อความเร็วในการขึ้นและลงจอด

แรงยกLบนปีกที่มีพื้นที่Aซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วลมจริงvคำนวณได้จากสูตร แอล=12ρวี2เอซีแอล,{\displaystyle L={\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}AC_{L},} โดยที่ρคือความหนาแน่นของอากาศ และC คือสัมประสิทธิ์แรงยกสัมประสิทธิ์แรงยกเป็นตัวเลขที่ไม่มีมิติซึ่งขึ้นอยู่กับโปรไฟล์หน้าตัดของปีกและมุมปะทะ [ 12 ]ในการบินที่คงที่ ไม่ขึ้นหรือลง แรงยกและน้ำหนักจะเท่ากัน ด้วยL / A = Mg / A = W gโดยที่Mคือมวลของเครื่องบินW = M / Aคือภาระของปีก (ในหน่วยมวล/พื้นที่ เช่น lb/ft 2หรือ kg/m 2ไม่ใช่แรง/พื้นที่) และgคือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง สมการนี้ให้ความเร็วvผ่าน[ 13 ]วี2=2จีเอสρซีแอล.{\displaystyle v^{2}={\frac {2gW_{S}}{\rho C_{L}}}.} ดังนั้น เครื่องบินที่มีค่าC เท่ากัน ขณะขึ้นบิน ภายใต้สภาพบรรยากาศเดียวกัน จะมีความเร็วในการขึ้นบินเป็นสัดส่วนกับเอส{\displaystyle {\sqrt {W_{S}}}}ดังนั้น หากพื้นที่ปีกของเครื่องบินเพิ่มขึ้น 10% โดยที่อย่างอื่นไม่เปลี่ยนแปลง ความเร็วในการขึ้นบินจะลดลงประมาณ 5% ในทำนองเดียวกัน หากเครื่องบินที่ออกแบบมาให้ขึ้นบินด้วยความเร็ว 150  ไมล์ต่อชั่วโมง มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นระหว่างการพัฒนา 40% ความเร็วในการขึ้นบินก็จะเพิ่มขึ้นเป็น1501.4{\displaystyle 150{\sqrt {1.4}}}≈ 177  ไมล์ต่อชั่วโมง

นกบางชนิดอาศัยกำลังกล้ามเนื้อเพื่อเพิ่มความเร็วในการบินขึ้นจากพื้นดินหรือผืนน้ำ นกที่ทำรังบนพื้นดินและนกน้ำต้องสามารถวิ่งหรือพายน้ำด้วยความเร็วที่ใช้ในการบินขึ้นได้ก่อนจึงจะบินขึ้นได้ เช่นเดียวกับ นักบิน ร่มร่อนแม้ว่าพวกเขาอาจได้รับความช่วยเหลือจากการวิ่งลงเนินก็ตาม สำหรับนกเหล่านี้ทั้งหมด ค่าW ที่ต่ำ มีความสำคัญอย่างยิ่ง ในขณะที่ นก ขนาดเล็กและนกที่อาศัยอยู่ตามหน้าผาสามารถบินขึ้นได้ด้วยค่า W S ที่สูงกว่า

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพการเลี้ยว

ในการเลี้ยว เครื่องบินต้องหมุน ไปในทิศทางของการเลี้ยว ทำให้ มุมเอียงของเครื่องบินเพิ่มขึ้นการบินเลี้ยวจะลดแรงยกของปีกต้านแรงโน้มถ่วงและทำให้เกิดการลดระดับ เพื่อชดเชย แรงยกจะต้องเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มมุมปะทะโดยใช้ การเบี่ยงเบน ของแพนหางเสือ ขึ้น ซึ่งจะเพิ่มแรงต้าน การเลี้ยวสามารถอธิบายได้ว่าเป็นการ "บินวนเป็นวงกลม" (แรงยกของปีกถูกเปลี่ยนเส้นทางไปใช้ในการเลี้ยวเครื่องบิน) ดังนั้นการเพิ่มมุมปะทะของ ปีกจึงสร้างแรงต้านมากขึ้น รัศมีวงเลี้ยวที่แคบลงจะยิ่งสร้างแรงต้านมากขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องเพิ่มกำลัง (แรงขับ) เพื่อเอาชนะแรงต้าน อัตราการเลี้ยวสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับการออกแบบเครื่องบินที่กำหนดนั้นถูกจำกัดด้วยขนาดปีกและกำลังเครื่องยนต์ที่มีอยู่ การเลี้ยวสูงสุดที่เครื่องบินสามารถทำได้และคงไว้ได้คือประสิทธิภาพการเลี้ยวที่ต่อเนื่องเมื่อมุมเอียงเพิ่มขึ้นแรงจีที่กระทำต่อเครื่องบินก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งมีผลทำให้ภาระของปีกและความเร็วในการร่วงหล่น เพิ่มขึ้น ผลกระทบนี้ยังเกิดขึ้นในระหว่างการบินระดับ ด้วย [ 14 ]

ปัจจัยรับน้ำหนักแปรผันตามระดับความสูงที่ 50 หรือ 100  ปอนด์/ตารางฟุต

เนื่องจากการร่วงหล่นเกิดจากภาระปีกและสัมประสิทธิ์แรงยกสูงสุดที่ระดับความสูงและความเร็วที่กำหนด จึงจำกัดรัศมีวงเลี้ยวเนื่องจากปัจจัยภาระ สูงสุด ที่ Mach 0.85 และสัมประสิทธิ์แรงยก 0.7 ภาระปีก50 ปอนด์/ตารางฟุต(240 กก./ตร.ม. )สามารถเข้าถึงขีดจำกัดโครงสร้างที่ 7.33 gได้ถึง15,000 ฟุต (4,600 ม.)จากนั้นลดลงเหลือ 2.3 gที่40,000 ฟุต (12,000 ม.)ด้วยภาระปีก100 ปอนด์/ตารางฟุต (490 กก./ตร.ม. ) ปัจจัยภาระจะน้อยลงสองเท่าและแทบจะไม่ถึง 1 gที่40,000 ฟุต (12,000 ม . ) [ 15 ]          

เครื่องบินที่มีภาระปีกต่ำมักจะมีประสิทธิภาพการเลี้ยวต่อเนื่องที่ดีกว่า เนื่องจากสามารถสร้างแรงยกได้มากกว่าสำหรับแรงขับของเครื่องยนต์ในปริมาณที่เท่ากัน มุมเอียงทันทีที่เครื่องบินสามารถทำได้ก่อนที่แรงต้านจะทำให้ความเร็วลดลงอย่างมาก เรียกว่าประสิทธิภาพการเลี้ยวทันทีเครื่องบินที่มีปีกขนาดเล็กและมีภาระปีกสูง อาจมีประสิทธิภาพการเลี้ยวทันทีที่ดีกว่า แต่มีประสิทธิภาพการเลี้ยวต่อเนื่องที่แย่กว่า กล่าวคือ มันตอบสนองต่อการควบคุมได้อย่างรวดเร็ว แต่ความสามารถในการรักษาการเลี้ยวที่แคบนั้นมีจำกัด ตัวอย่างคลาสสิกคือF-104 Starfighterซึ่งมีปีกขนาดเล็กมากและมีภาระปีก สูงถึง 723 กก./ตร.ม. ( 148 ปอนด์/ตร. ฟุต)   

ในทางตรงกันข้าม เครื่องบินConvair B-36 ขนาดใหญ่ มีปีกขนาดใหญ่ส่งผลให้มีแรงกดต่อพื้นปีกต่ำเพียง269 กก./ตร.ม. ( 55 ปอนด์/ตร. ฟุต)ทำให้สามารถเลี้ยวได้อย่างคล่องตัวในระดับความสูงมากกว่าเครื่องบินขับไล่ไอพ่นในยุคเดียวกัน ในขณะที่เครื่องบิน Hawker Hunter ที่ผลิต ในเวลาต่อมาเล็กน้อย มีแรงกดต่อพื้นปีกใกล้เคียงกันที่344 กก./ตร.ม. ( 70 ปอนด์/ตร. ฟุต) ส่วนเครื่องบินต้นแบบ Boeing 367-80สามารถเลี้ยวได้อย่างคล่องตัวในระดับความสูงต่ำด้วยแรงกดต่อพื้นปีก387 กก./ตร.ม. ( 79 ปอนด์/ตร. ฟุต)ที่น้ำหนักสูงสุด         

เช่นเดียวกับวัตถุใดๆ ที่เคลื่อนที่ในวงกลมเครื่องบินที่เร็วและแข็งแรงพอที่จะรักษาระดับการบินด้วยความเร็วvในวงกลมรัศมีRจะเร่งความเร็วเข้าหาจุดศูนย์กลางด้วยวี2/อาร์{\displaystyle v^{2}/R}ความเร่งนี้เกิดจากส่วนประกอบแนวนอนที่พุ่งเข้าด้านในของแรงยกแอลฉันnθ{\displaystyle Lsin\theta }, ที่ไหนθ{\displaystyle \theta }คือมุมมองด้านการธนาคาร จากนั้นก็อ้างอิงจากกฎข้อที่สองของนิวตัน เอ็มวี2อาร์=แอลบาปθ=12วี2ρซีแอลเอบาปθ.{\displaystyle {\frac {Mv^{2}}{R}}=L\sin \theta ={\frac {1}{2}}v^{2}\rho C_{L}A\sin \theta .} การแก้สมการหาค่า Rจะได้ อาร์=2ρซีแอลบาปθ.{\displaystyle R={\frac {2Ws}{\rho C_{L}\sin \theta }}.} ยิ่งภาระปีกต่ำลงเท่าไหร่ การเลี้ยวก็จะยิ่งแคบลงเท่านั้น

เครื่องร่อนที่ออกแบบมาเพื่อใช้ประโยชน์จากกระแสลมร้อนจำเป็นต้องมีวงเลี้ยวแคบเพื่อให้อยู่ภายในกระแสลมที่พัดขึ้น และเช่นเดียวกันกับนกที่ร่อนร่อน นกชนิดอื่นๆ เช่น นกที่จับแมลงขณะบิน ก็ต้องการความคล่องตัวสูงเช่นกัน ทั้งหมดนี้ต้องการภาระปีกต่ำ

ผลกระทบต่อเสถียรภาพ

อัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อปีกยังมีผลต่อการตอบสนองต่อลมกระโชกซึ่งหมายถึงระดับที่เครื่องบินได้รับผลกระทบจากความปั่นป่วนและการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอากาศ ปีกขนาดเล็กมีพื้นที่น้อยกว่าที่ลมกระโชกจะกระทำ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ช่วยให้การบินราบรื่นขึ้น สำหรับการบินด้วยความเร็วสูงในระดับต่ำ (เช่น การโจมตีทิ้งระเบิดในระดับต่ำด้วยความเร็วสูงในเครื่องบินโจมตี ) ปีกขนาดเล็ก บาง และมีอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกสูงจึงเป็นที่ต้องการมากกว่า เครื่องบินที่มีอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อปีกต่ำมักจะประสบกับการบินที่กระแทกกระทั้นและไม่ราบรื่นในสภาวะการบินเช่นนี้ เครื่องบินF-15E Strike Eagleมีอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อปีก650 กก./ตร.ม. ( 130 ปอนด์/ตร. ฟุต) (ไม่รวมส่วนของลำตัวที่ส่งผลต่อพื้นที่ใช้งาน) ในขณะที่เครื่องบินปีกสามเหลี่ยม ส่วนใหญ่ (เช่น Dassault Mirage IIIซึ่งมีW = 387 กก./ตร.ม. )มักจะมีปีกขนาดใหญ่และมีอัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อปีกต่ำ    

ในเชิงปริมาณ หากลมกระโชกทำให้เกิดแรงดันขึ้นด้านบนG (ในหน่วย N/m² สมมติ ) บนเครื่องบินที่มีมวลMความเร่งขึ้นด้านบนa จะ เป็นไป ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน โดยเอ=จีเอเอ็ม=จีเอส,{\displaystyle a={\frac {GA}{M}}={\frac {G}{W_{S}}},} ลดลงตามภาระปีก

ผลกระทบของการพัฒนา

ความซับซ้อนอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับภาระปีกคือ การเปลี่ยนแปลงพื้นที่ปีกของเครื่องบินที่มีอยู่แล้วนั้นทำได้ยาก (แม้ว่าจะสามารถปรับปรุงได้เล็กน้อยก็ตาม) เมื่อมีการพัฒนาเครื่องบิน เครื่องบินมักจะ "มีน้ำหนักเพิ่มขึ้น " กล่าวคือ การเพิ่มอุปกรณ์และคุณสมบัติต่างๆ ที่ทำให้มวลในการใช้งานของเครื่องบินเพิ่มขึ้นอย่างมาก เครื่องบินที่มีภาระปีกปานกลางในการออกแบบดั้งเดิม อาจมีภาระปีกสูงมากเมื่อมีการเพิ่มอุปกรณ์ใหม่เข้าไป แม้ว่าจะสามารถเปลี่ยนหรืออัพเกรดเครื่องยนต์เพื่อเพิ่มแรงขับได้ แต่ผลกระทบต่อประสิทธิภาพการเลี้ยวและการขึ้นบินที่เกิดจากภาระปีกที่สูงขึ้นนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะแก้ไขได้

การใช้น้ำถ่วงดุลในเครื่องร่อน

เครื่องร่อนสมัยใหม่มักใช้ถ่วงน้ำหนักด้วยน้ำที่บรรจุไว้ในปีกเพื่อเพิ่มน้ำหนักบรรทุกของปีกเมื่อ สภาพอากาศ เอื้ออำนวยการเพิ่มน้ำหนักบรรทุกของปีกจะช่วยเพิ่มความเร็วเฉลี่ยในการบินข้ามพื้นที่เพื่อใช้ประโยชน์จากกระแสลมร้อนที่แรง ด้วยน้ำหนักบรรทุกของปีกที่สูงขึ้นอัตราส่วนแรงยกต่อแรงต้าน ที่เท่ากัน จะเกิดขึ้นที่ความเร็วลม สูงกว่า เมื่อใช้น้ำหนักบรรทุกของปีกที่ต่ำกว่า และนี่ทำให้สามารถบินด้วยความเร็วเฉลี่ยที่เร็วขึ้นได้ สามารถทิ้งน้ำหนักบรรทุกลงทะเลได้เมื่อสภาพอากาศอ่อนลงหรือก่อนลงจอด

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

แรงยกของลำตัวเครื่องบิน

เครื่องบิน F -15E Strike Eagleมีปีกขนาดใหญ่แต่รับน้ำหนักได้ค่อนข้างเบา

การออกแบบลำตัวและปีกที่ผสานกัน เช่นเดียวกับที่พบในเครื่องบินรบGeneral Dynamics F-16 Fighting FalconหรือMikoyan MiG-29 Fulcrumช่วยลดภาระของปีกได้ ในการออกแบบเช่นนี้ ลำตัวจะสร้างแรงยกทางอากาศพลศาสตร์ จึงช่วยปรับปรุงภาระของปีกในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพสูงไว้ได้

ปีกปรับมุมได้

เครื่องบินเช่นGrumman F-14 TomcatและPanavia Tornadoใช้ปีกแบบปรับมุมได้เนื่องจากพื้นที่ปีกเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการบิน ทำให้ภาระของปีกเปลี่ยนแปลงไปด้วย (แม้ว่านี่จะไม่ใช่ประโยชน์เพียงอย่างเดียว) เมื่อปีกอยู่ในตำแหน่งด้านหน้า ประสิทธิภาพในการขึ้นบินและลงจอดจะดีขึ้นอย่างมาก[ 16 ]

แฟลป

เช่นเดียวกับแฟลปของเครื่องบินทุกชนิดแฟลปฟา วเลอร์ จะเพิ่มความโค้งและค่าสัมประสิทธิ์แรงยกสูงสุด ( C ) ทำให้ความเร็วในการลงจอดลดลง นอกจากนี้ยังเพิ่มพื้นที่ปีก ลดภาระปีก ซึ่งส่งผลให้ความเร็วในการลงจอดลดลงอีกด้วย[ 17 ]

อุปกรณ์เพิ่มแรงยก เช่น แฟลปบางชนิด ช่วยให้สามารถใช้ปีกขนาดเล็กกว่าในแบบเครื่องบิน เพื่อให้ได้ความเร็วในการลงจอดที่ใกล้เคียงกับแบบเครื่องบินที่ใช้ปีกขนาดใหญ่กว่าโดยไม่มีอุปกรณ์เพิ่มแรงยก ตัวเลือกดังกล่าวช่วยให้สามารถรับน้ำหนักปีกได้สูงขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ เช่น ความเร็วในการบินที่สูงขึ้น หรือลดการสั่นสะเทือนขณะบินด้วยความเร็วสูงในระดับความสูงต่ำ (คุณสมบัติหลังนี้มีความสำคัญมากสำหรับเครื่องบินสนับสนุนทางอากาศระยะใกล้) ตัวอย่างเช่นเครื่องบิน Starfighter ของ Lockheed ใช้แฟลปแบบเป่าลม ภายใน เพื่อให้ได้น้ำหนักปีกสูง (723 กก./ตร.ม. )ซึ่งช่วยให้บินได้อย่างราบรื่นในระดับความสูงต่ำที่ความเร็วเต็มที่ เมื่อเทียบกับแบบเครื่องบินปีกสามเหลี่ยมที่มีน้ำหนักปีกต่ำ เช่น Mirage 2000 หรือ Mirage III (387 ตร.ม. )ส่วน F-16 ซึ่งมีน้ำหนักปีกค่อนข้างสูงถึง 689 ตร.ม. ใช้ส่วนขยายที่ขอบปีกด้านหน้าเพื่อเพิ่มแรงยกของปีกที่มุมปะทะสูง

ดูเพิ่มเติม

  • ลอเรนซ์ เค. ลอฟติน จูเนียร์ (1985). "บทที่ 7: แนวโน้มการออกแบบ - ความเร็วร่วงหล่น, ภาระปีก และสัมประสิทธิ์แรงยกสูงสุด" การแสวงหาประสิทธิภาพ - วิวัฒนาการของอากาศยานสมัยใหม่ . สาขาข้อมูลวิทยาศาสตร์และเทคนิคของนาซา
  • เอิร์ล แอล. พูล (1938). "น้ำหนักและพื้นที่ปีกของนกในอเมริกาเหนือ" (PDF) . เดอะ อ็อก .

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

ใน อากาศพลศาสตร์ ภาระ ปีก คือ น้ำหนักรวมของเครื่องบินหรือสัตว์บินหารด้วยพื้นที่ของปีก [ 1 ] "}},"i":0}}]}"> [ a ] ​​ความเร็ว ร่วงหล่น ความเร็วในการขึ้นบิน...

ช่วงของน้ำหนักบรรทุกปีก

ตัวอย่างการรับน้ำหนักปีก [ 4 ] อากาศยาน พิมพ์ การแนะนำ เอ็มทีโอวี พื้นที่ปีก กก./ ตร.ม. ปอนด์/ตารางฟุต ผีเสื้อโมนาร์ช สัตว์ ยุคซีโนโซอิก 0.168 0.

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพ

อัตราส่วนน้ำหนักบรรทุกต่อมวลของปีกเป็นมาตรวัดที่มีประโยชน์ในการประเมิน ความเร็วการร่วงหล่น ของเครื่องบิน ปีกสร้างแรงยกเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอากาศรอบปีก ปีกที่ใหญ่กว่าจะเคลื่อนที่อากาศได้มากกว่า ดังนั้นเครื่องบินที่มีพื้นที่ปีกมากเมื่อเทียบกับมวล (เช่น...

ผลกระทบต่อความเร็วในการขึ้นและลงจอด

แรงยก L บนปีกที่มีพื้นที่ A ซึ่งเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วลมจริง v คำนวณได้จากสูตร แอล = 1 2 ρ วี 2 เอ ซี แอล , {\displaystyle L={\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}AC_{L},} โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของอากาศ และ C คือ สัมประสิทธิ์แรงยก...