Dorsal fin และ Ventral fin เป็นพื้นผิวพิเศษ (Lifting surface) ที่ช่วยปรับปรุงอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบิน ปรับปรุงสเถียรภาพของเครื่องบิน และแก้ปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นกับอากาศยานได้ โดยตำแหน่งการติดตั้งอุปกรณ์ทั้งสองประเภทนั้นจำเป็นต้องเลือกให้ถูกต้อง และวันนี้ Aexotic aerobotics จะพาทุกคนมารู้จักกับอุปกรณ์สองตัวนี้กันครับ
DORSAL FIN
Dorsal Fin เป็นอุปกรณ์ช่วยป้องกันปัญหาด้านสเถียรภาพของเครื่องบิน ช่วยลดปัญหา Rudder Lock ของเครื่องบิน Dorsal Fin หากแปลเป็นภาษาไทยก็คือ ครีบหลัง (อาจมีต้นแบบมาจากครีบหลังของปลา) การติดตั้งมักจะถูกนำมาติดที่ Vertical Tail (หางดิ่ง) ของเครื่องบิน เชื่อมระหว่าง fuselage กับ vertical tail การติดตั้ง dorsal fin เข้าไป จะทำให้หางดิ้งถูกแบ่งเป็น 2 ส่วน คือส่วนบน (Upper surface) และส่วนล่าง (Lower surface) โดยมีจุดแบ่งคือ จุดที่ Leading edge ไม่ต่อเนื่องกัน
หลังจากที่พื้นผิวของหางดิ่งถูกแบ่งเป็น 2 ส่วน พื้นผิวมีการเปลี่ยนแปลง ค่า aspect ratio ของหางแต่ละส่วนก็จะเปลี่ยนไป จากค่า aspect ratio เท่ากับ ความยาวของปีกยกกำลังสอง (ในที่นี้คือความยาวของหางดิ่ง) หารด้วยพื้นที่ผิว โดยสามาร ทบทวนเรื่อง Aspect Ratio ได้เลยครับ
เราจะสังเกตเห็นว่า lower surface จะมีพื้นที่ผิวมากขึ้น ส่งผลให้ aspect ratio จะน้อยกว่า upper surface (เพราะตัวหารมากขึ้น) และการที่ aspect ratio ของ lower surface มีค่าน้อยกว่า upper surface นั้น จะทำให้ lower surface เกิดการ stall ช้ากว่า upper surface ในขณะที่มีมุม sideslip เท่ากัน จะทำให้ประสิทธิภาพของหางเสียไปน้อยลงหรือชะลอการสูญเสียประสิทธิภาพของหาง ให้สามารถรับมือกับมุม Sideslip ที่สูงขึ้นกว่าเดิมได้ และเกิด Rudder lock ได้ยากกว่าหางที่ไม่มีการติดตั้ง dorsal fin
VENTRAL FIN
Ventral Fin หากแปลตรง ๆ ตัวคือครีบท้องของปลา แต่ในเครื่องบินมักจะอยู่ที่ท้องด้านหลัง การติด ventral fin นั้นติดเพื่อเป้าหมายหลักๆ 2 อย่างคือ ช่วยป้องกัน deep stall และช่วยป้องกันการเกิด dutch roll ในส่วนของการเกิด stall จะมีเรื่องของ pitching moment มาเกี่ยวข้องด้วย (ทบทวนได้จากที่นี่) เจ้าตัว ventral fin นั้นเมื่อติดเข้าไปแล้วที่บริเวณท้ายของเครื่องบิน จะมีแรงไปกระทำกับมัน และช่วยเพิ่ม pitching moment ที่เป็นลบ (ทำให้กดหัวลง) เมื่อเครื่องมีมุมปะทะมาก ซึ่งจะช่วยไม่ให้เกิด stall แบบ deep stall ที่ทำการนำการควบคุมของเครื่องกลับมา (recover) ได้ยาก
ในส่วนการป้องกันการเกิด dutch roll อาการของ dutch roll เป็นอาการที่มีการ roll และการ yaw เกิดขึ้นพร้อมๆกัน (อาจจะตั้งใจหรือไม่ต้้งใจ) ชื่อ dutch roll นี้มีที่มาจากท่าเล่น sketch ของชาว dutch หากใครนึกไม่ออกดูได้จากคลิปนี้
การติดตั้ง ventral fin จะช่วยลดการเกิด dutch roll ลงได้แต่มีข้อแม้ว่าต้องติดตั้งในรูปแบบที่ถูกต้องครับ การติดตั้ง Ventral fin จะมี 2 แบบคือติดจะติดเพื่อปรับปรุง stall หรือป้องกัน dutch roll โดยจะต่างกันที่ขนาดมุมระหว่าง ventral fin ทั้ง 2 อัน หากต้องการติดเพื่อปรับปรุงการ stall ช่วยสร้าง pitching moment จะต้องติดในลักษณะที่มีมุมกว้างๆ แต่หากติดเพื่อป้องกันการเกิด dutch roll จะติดโดยที่มุมระหว่าง fin ทั้งสองมีค่าเป็นมุมแคบนั่นเองครับผม (ติดเพื่อช่วยเรื่อง stall Fin จะทำมุมกันมากกว่า เพื่อป้องกัน dutch roll)
ตัวอย่างของเครื่องบินที่ติด Ventral fin เช่น Airbus Beluga (ติดเพื่อป้องกัน stall สังเกตจากมุมของ ventral fon เป็นมุมป้าน) และ F-16 Fighting Falcon (ติดเพื่อป้องกัน Dutch roll สังเกตจากมุมของ ventral fin เป็นมุมแหลม) ซึ่ง Ventral fin ของแต่ละลำก็จะติดต่างกันตามวัตถุประสงค์ครับ ลองสังเกตุกันดูนะครับว่าเครื่องบินลำไหนติด ventral fin บ้าง และติดเพื่อวัตถุประสงค์อะไรครับบ
อ้างอิง
General Aviation Aircraft Design Book – G Snorri
เครดิตภาพ : อยู่ในภาพ
ปล. หากต้องการศึกษาเรื่องเสถียรภาพของเครื่องบินเพิ่มเติม สามารถไปอ่านต่อได้ที่นี่
