จุด C.G, C.P., A.C. และ N.P. ขอบเครื่องบินคืออะไร?
จุดทั้งสี่จุดนี้เป็นจุดอ้างอิงที่สำคัญทางกลศาสตร์การบินและอากาศพลศาสตร์ หลายๆท่านน่าจะคุ้นเคยกับจุด C.G.
C.G. ย่อมาจาก Center Of Gravity หรือเรียกอีกอย่างว่าจุดศูนย์เป็นจุดที่เสมือนว่าน้ำหนักของเครื่องบินทั้งหมดมากระทำที่จุดนี้
A.C. ย่อมาจาก Aerodynamics Center มีนิยามว่าเป็นจุดที่โมเมนต์การ pitch (Pitching moment) รอบจุดนี้จะไม่เปลี่ยนแปลงตามมุมปะทะ ใช้เป็นจุดอ้างอิงสำหรับการคำนวณ Pitching moment มีตำแหน่งตายตัว โดยจะอยู่บริเวณประมาณ 1/4 ของคอร์ดของปีก
C.P. ย่อมาจาก Center Of Pressure จะคล้ายกับ C.G. แต่เป็นจุดสมมติว่า แรงต่างๆที่เกิดขึ้นจากการกระจายความดันรอบ Airfoil มากระทำที่จุดนี้ เจ้า C.P. จะไม่มีตำแหน่งตายตัว เปลี่ยนแปลงไปตาม
N.P. ย่อมาจาก Neutral Point เป็นจุดอ้างอิงจุดหนึ่งที่หาก Center of Gravity มาหยุดที่จุดนี้นั้น Pitvhing moment (Moment ในการ pitch) จะไม่เปลี่ยนแปลงตามมุมปะทะหรือ Pitching moment จะมีค่าเท่าเดิมถึงแม้มุมปะทะของเครื่องบินจะเปลี่ยนไปก็ตาม ตำแหน่งของจุดนี้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ของอากาศยาน
เช็ค C.G. หน่อยก่อนบิน
การเช็ค C.G. เบื้องต้น เป็นการตรวจสอบสเถียรภาพในแนวแกนตามยาว(longitudinal axis) หรือในการ pitching ของอากาศยาน หากจุด C.G. ค่อนไปทางด้านหลังหรือหัวเชิดเกินไป เมื่อเครื่องบินถูกรบกวนจากกระแสลมที่ปะทะเข้ามา อาจจะทำให้เครื่องบินเสียการควบคุมและไม่สามารถแก้คืน (recover) ได้
โดยทั่วไปแล้ว ในเครื่องบิน RC เราจะใช้นิ้วยกที่บริเวณ 1/4 ของคอร์ดของปีกกัน แล้วดูการก้มและเชิดของหัว ซึ่งจริง ๆแล้วแนวเส้นที่เราใช้นิ้วยก คือแนวของ aerodynamic center หรือ a c. นั่นเอง ไม่ใช่จุด C.G แต่อย่างใด
แต่ว่า!! การยกที่ 1/4 คอร์ดของปีกนั้น ใช้ได้กับเครื่องบินปีกตรงที่มีคอร์ดที่โคน(root) และปลายปีก(tip) เท่ากันเท่านั้น หากปีกเป็นแบบอื่นๆ เช่นปีกบิน ปีกลู่ ต้องหาเส้นเฉลี่ยของคอร์ดในทางอากาศพลศาสตร์(Mean Aerodynamic Chord : M.A.C. ก่อน แล้วจึงหาแนว 1/4 ในการจับ C.G.
การหา M.A.C. สามารถดูได้จากรูปที่ 2 โดยมีขั้นตอนดังนี้
1.ต่อ root chord ด้วยความยาวของ Tip chord และต่อ tip chord ด้วยความยาวของ root chord
2. ลากเส้นความยาวที่ต่อออกมาเข้าหากัน
3. แบ่งครึ่งคอร์ดแต่ละด้าน แล้วลากเส้นเชื่อมจุดกึ่งกลางเข้าหากัน
4. ลากเส้นขนานกับคอร์ด ผ่านจุดตัดที่เกิดขึ้นจะได้ เส้น Mean Aerodynamic Chord ออกมา
เมื่อได้ M.A.C. ออกมาแล้ว ก็ให้ใช้ระยะ 1/4 ของ M.A.C. ในการเช็ค C.G. ครับผม หากจับที่เส้นนี้แล้วปรากฎว่าเครื่องบินก้มลง แสดงว่า C.G ของเครื่องบินอยู่ด้านหน้าแนวของ Aerodynamic Center
การคำนวณหาตำแหน่งของ Center of Gravity
การหาตำแหน่งของ Center Of Gravity นั้น จะใช้หลักการของ Moment มาคำนวณ ดังในรูป Moment ที่เกิดขึ้นจากน้ำหนักของอุปกรณ์หรือส่วนประกอบต่างๆของเครื่องบินรวมกันจะต้องเท่ากับศูนย์
จากที่เราทราบว่า Moment = แรง X ระยะทางตามแนวแรง จะได้ว่าโมเมนต์ที่เกิดจากน้ำหนักของส่วนประกอบแต่ละตัว จะเท่ากับ น้ำหนักของวัตถุนั้น X ระยะทางจากจุดอ้างอิง (Reference Plane) โดยจุดอ้างอิงนั้นสามารถเลือกใช้อะไรก็ได้ แต่ที่นิยมสำหรับเครื่องบินคือ Nose และ Leading Edge ของเครื่องบินครับ
จากผลรวมโมเมนต์ = 0 จะได้สมการ ;
(Xcg) X น้ำหนักเครื่องบิน = ผลรวมของ (ระยะทาง X น้ำหนักส่วนประกอบแต่ละตัว )
เมื่อทำการแก้สมการแล้วจะได้ว่า ตำแหน่งของ C.G. เทียบกับจุดอ้างอิงจะเป็น ผลรวมของโมเมนต์ทั้งหมด หารด้วย น้ำหนักทั้งหมด ดังในรูปด้านล่างครับผม ในรูปด้านล่างนั้นจะเป็นตัวอย่างของเครื่องบิน RC ที่ขับเคลื่อนแบบ Tractor (มอเตอร์ดึงเครื่องบิน) ดังนั้น หากเป็นเครื่องบินแบบอื่น ก็ต้องเพิ่มส่วนประกอบที่ต้องคำนวณแตกต่างกันไปครับ
การรู้ว่า Center Of Gravity ของเครื่องบินอยู่ตรงไหนนั้น จะเป็นประโยชน์ในการประมาณสเถียรภาพของเครื่องบิน เพื่อที่จะได้เตรียมรับมือไว้ก่อนไม่ให้เครื่องบินเสียสมดุลจนนำการควบคุมกลับมาไม่ได้หลังจากถูกรบกวน
Pingback: ปีกลู่ Swept wing หลักการทำงานเป็นอย่างไร? - Aexotic Aerobotics
Pingback: Dorsal Fin และ Ventral Fin คืออะไร - Aexotic Aerobotics