Taper ratio คืออัตราส่วนของความยาวคอร์ดที่ปลายปีก (Tip chord ) ส่วนด้วยความยาวของคอร์ดที่โคนปีก (Root chord) แทนด้วยตัวสัญลักษณ์ Lambda (แลมด้า) ยิ่ง taper ratio มีค่าน้อย แสดงว่าปลายปีจะลู่แหลมมากกว่าปีกที่มีค่า taper ratio ที่่น้อย
ปีกที่สมบูรณ์แบบ (Perfect wing)
ในหลักทางด้านอากาศพลศาสตร์แล้ว ปีกที่ดีที่สุด ให้แรงยกมากและมีแรงต้านแบบ induced drag น้อยที่สุดคือปีกแบบวงรี (Elliptical wing)” จะทำให้อากาศยานมีสมรรถนะที่ดีกว่าปีกแบบอื่น ตัวอย่างเครื่องบินที่มีปีกแบบวงรี เช่น เครื่อง supermarine spitfire ของสหราชอาณาจักร
Q: ปีกวงรีดีมากแต่ทำไมเราไม่ค่อยพบเห็น ?
A: การทำปีกวงรีนั้นยากมากในการสร้าง และมีค่าใช้จ่ายสูงไม่คุ้มกับสมรรถนะที่ได้มา
ด้วยเหตุนี้ วิศวกรจึงพยายามหาทางสร้างปีกของเครื่องบินให้มีความใกล้เคียงกับคุณลักษณะของปีกแบวงรีมากที่สุด โดยวิธีการหลักๆ คือ การบิดปีก (Wing twist) ทั้ง aerodynamics twist และ geometric twist นอกจากนี้คือการทำให้รูปร่างของปีกคล้ายวงรีมากที่สุดอย่างการทำปีกให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมคางหมู (trapezoidal wing) ที่มีลักษณะลู่ที่ปลาย (tapered) และถูกเรียกอีกแบบว่า tapered wing นั่นเอง
การทำปีกแบบ tapered wing หรือปีกลู่ที่ปลาย ต้องเลือก taper ratio ให้เหมาะสมด้วย ซึ่ง taper ratio ของเครื่องบินส่วนใหญ่ที่เหมาะสมจะอยู่ในช่วง 0.33 – 0.55 จึงจะทำให้ปีกมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับอุดมคติหรือปีกแบบวงรี โดยภาพต่อไนี้จะเป็นตัวอย่างการเปรียบเทียบการกระจายตัวของแรงยกบนปีกแบบตรงและปีกแบบ tapered ที่มีการเลือกใช้ taper ratio เป็น 0.4 โดยเส้นสีเหลืองเป็นการระจายตัวของแรงยกบนปีกที่เราทำการจำลองขึ้นมา ส่วนสีขาวแทนการกระจายตัวของแรงยกของปีกแบบวงรี
จะเห็นว่า การทำปีกให้เกิดการลู่เรียวนั้นสามารถทำให้การกระจายตัวของแรงยกของปีกใกล้เคียงกับปีกแบบวงรีได้มากขึ้น และอาจทำให้ได้มากกว่านี้หากเพิ่มช่วงในการทำ taper หรือทำการบิดปีก (wing twist ) แล้วเมื่อยิ่งใกล้เคียงกับปกวงรีเท่าใด ก็จะทำให้ induced drag ที่เกิดขึ้นมีค่าน้อยกว่าปีกแบบตรง (rectangular wing) และจะทำให้เครื่องบินใช้พลังงานน้อยลง มีสเถียรภาพในแกน roll เพราะโมเมนต์ความเฉื่อยจะมีค่าน้อยลง นอกจากนี้จะทำให้โมเมนต์การดัด (bending moment) ที่โคนปีกมีค่าน้อยลงด้วย ทำให้โครงสร้างที่ต้องใช้มีค่าน้อยลง และน้ำหนักเบาลงได้อีกด้วยนั่นเอง
references:
Aircraft Design a conceptual approach : Daniel P. Raymer
