GROUND EFFECT ....ผลกระทบเนื่องจากพื้นดิน
ขอขอบคุณข้อมูลจาก สถาบันการบินพลเรือน
www.catc.or.th
โดย ครูปู
ฉบับนี้อยากให้คุณผู้อ่านมารู้จักกับ Ground Effect กันหน่อยครับ....เพราะ Ground Effect เป็นปัญหาหนึ่งของการบินย่านความเร็วต่ำกว่าเสียง (Subsonic Flight) ที่นักบินต้องใช้ความระมัดระวังขณะเครื่องบินอยู่ใกล้พื้น อันจะมีผลต่อการบินเป็น 2 ช่วง คือ ช่วงการวิ่งขึ้นและช่วงการลงสนาม จากผลกระทบของพื้น และผลกระทบของกระแสอากาศอลวนที่ปลายปีก (Wing Tip Vortex)
แล้วเครื่องบินต้องอยู่ห่างจากพื้นเท่าใดล่ะ.....จึงจะมีผลต่อการเกิด Ground Effect ??? .... คำตอบคือ....ระยะห่างที่จะเกิด Ground Effect นั้น ต้องมีความสูงห่างจากพื้นดินถึงตัวเครื่องบินภายในระยะ "One Wing Span" เท่านั้น (นับความยาวกางปีกที่วัดจากปลายปีกข้างหนึ่งถึงปลายปีกอีกด้านหนึ่ง) ตัวอย่างเช่นหากเครื่องบินมีระยะกางปีก 36 ฟุต จะพบว่าระยะห่างจากพื้นตั้งแต่ ความสูง 0-36 ฟุต ที่วัดจากพื้นดินถึงตัวเครื่องบิน จะเป็นระยะที่มีโอกาสเกิด Ground Effect ซึ่งผลกระทบนี้จะมีมากเมื่ออยู่ใกล้พื้นและลดลงหรือหมดไปเมื่อเครื่องบินสูงขึ้นพ้นความสูง 36 ฟุต นอกจากนี้ลักษณะความแข็งหรืออ่อนของพื้น ยังมีผลต่อ Ground Effect ด้วย เช่น หากพื้น Runway สร้างจากคอนกรีต จะเกิดผล กระทบของ Ground Effect มากกว่า Runway ที่สร้างจากพื้นดิน
Ground Effect .... คืออะไร? เนื่องจากการบินขึ้นและลงเป็นการบินที่ต้องใช้แรงขับมากหรือกำลังเครื่อง ยนต์สูงแต่ความเร็วต่ำ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วความเร็วที่นักบินใช้บินขึ้น (Takeoff Speed) และความเร็วร่อนลง (Landing Speed) มักจะมากกว่าความเร็วร่วงหล่น (Stall Speed) ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ การบินในย่านความเร็วต่ำ แรงต้านส่วนใหญ่จะเป็นแรงต้านเหนี่ยวนำ หากพิจารณาดูกระสวนการไหลของอวกาศในขณะที่เครื่องบินอยู่ใกล้พื้นจะมีกระสวน การไหลของอากาศแตกต่างจากขณะที่บินอยู่ในอากาศสูงจากพื้นมากๆ เพราะพื้นดินจะทำให้ความแรงของกระแสอากาศที่ไหลพัดเบนขึ้น (Up wash) ที่ด้านหน้า และความแรงของกระแสอากาศที่พัดเบนลง (Downwash) ที่ด้านหลังจะลดลง รวมทั้งความแรงของกระแสอากาศหมุนวนตรงปลายปีกก็ลดลงด้วย ซึ่งบักบินรู้สึกถึงผลกระทบในขณะกำลังจะบินขึ้นหรือกำลังจะร่อนลงสัมผัส พื้น เหมือนมีแรงยกจากด้านล่างมาช่วยพยุงเครื่องบินให้ลอยอยู่เหนือพื้นคล้ายกับ มีเบาะอากาศรองรับอยู่ ผลกระทบนี้ทำให้สัมประสิทธิ์แรงยกเพิ่มขึ้น จากการที่ความแรงของกระแสอากาศไหลวนบริเวณปลายปีกลดลง ทำให้มุมปะทะเหนี่ยวนำก็จะลดลงด้วย ส่งผลต่อปีกจะให้แรงยกมากกว่าที่มุมปะทะเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ขณะเครื่องบินกำลังลงสนาม ผลกระทบจาก Ground Effect นี้ทำให้เครื่องบินไม่ยอมแตกพื้น แม้ว่าจะลดกำลังเครื่องยนต์ลง แต่ยังคงลอยเหนือ Runway
Ground Effect ส่งผลกระทบต่อการบินตอนไหนบ้างล่ะ ประการแรกมันสามารถส่งผลกระทบตอนวิ่งขึ้นเพราะการที่สัมประสิทธิ์แรงยกเพิ่มขึ้นและสัมประสิทธิ์แรงต้านเหนี่ยวนำลดลง เครื่องบินจึงมีแนวโน้มที่จะลอยตัวได้ง่ายทั้งๆ ที่ความเร็วยังไม่ถึงความเร็วในการบินขึ้น เหมือนกับมีเบาะอากาศมารองเครื่องบินเอาไว้ และเมื่อออกจาก Ground Effect ผลกระทบนี้จะหมดไปหลังจากพ้นอิทธิพลของ Ground Effect ทำให้แรงยกกลับลดลง แรงต้านเพิ่มขึ้น ความเร็วของเครื่องบินก็จะลดลง หากไม่มีการเพิ่มแรงขับให้เพียงพอเพื่อรักษาความเร็วและสมดุลของแรงต้านในขณะนั้นให้ทันท่วงที เครื่องบินจึงต้องการมุมปะทะที่สูงขึ้นเพื่อรักษาแรงยกค่าเดิมไว้ ขณะเดียวกันก็ต้องเพิ่มแรงขับเพื่อชดเชยแรงต้านที่เพิ่มขึ้นมาเมื่อมุมปะทะเพิ่มขึ้น ขณะทำการวิ่งขึ้นนักบินจึงต้องระวัง มิฉะนั้นจะถูกหลอกคิดว่าเครื่องบินถึงความเร็วที่เหมาะสมกับการลอยตัวแล้ว ยักบินก็ดึงมือยกหัวเครื่องบินให้ลอยพ้นพื้น ทั้งๆที่มใช้ความเร็วที่เหมาะสม ผลที่ตามมาคือ ทำให้เครื่องบินมีอาการสูญเสียระยะสูงและตกลงมากระแทกพื้นได้ สิ่งที่นักบินต้องจำคือไม่ควรเริ่มทำการไต่เมื่อรู้สึกว่าเครื่องบินกำลังลอยตัวทั้งๆ ี่ความเร็วยังไม่ถึงความเร็วในการวิ่งขึ้น (Rotate Speed) ควรยึดถือความเร็วในการวิ่งขึ้นตามที่ได้คำนวณไว้แต่แรก หรือในคู่มือการบินก็สามารถบินขึ้นได้อย่างปลอดภัย
ประการที่สอง.......ผลกระทบ Ground Effect ขณะตอนบินลง ผลกระทบนี้ทำให้ความต้องการแรงขับลดลง ขณะเดียวกัลสัมประสิทธิ์แรงยกมีค่าสูงขึ้น (แรงยกมากขึ้น) เครื่องบินจึงมีการลอยตัว (Floating) ไม่ยอมแปะพื้นง่ายๆ แต่หากกดหัวเครื่องบินให้ลดระยะสูงเร็วเกินไป เครื่องบินอาจกระแทะพื้นด้วยความรุนแรงได้ นอกจากนี้นักบินต้องระมัดระวังระยะทางการลงสนามด้วย จะมีระยะทางยาวพอหรือไม่ เพราะอาจต้องใช้ระยะทางในการลงสนามมากขึ้นกว่าเดิม
Ground Effect .... ใช้ประโยชน์ทำอะไรได้บ้าง?? เค้าว่ากันว่า.......เครื่องบินที่มีแอสเปคเรโซสูง (ความยาวกางปีกมาก) เช่น เครื่องร่อน จะใช้ประโยชน์จาก Ground Effect ได้มาก โดยเฉพาะในการบินขึ้นหรือลง ทำให้เครื่องร่อนสามารถขึ้นและลงโดยไม่ใช้กำลังเครื่องยนต์ได้อย่างนุ่มนวล ส่วนเฮลิคอปเตอร์จะใช้ประโยชน์จาก Ground Effect ทำให้สามารถลอยตัวขึ้นไปตรงๆ (Hovering) ได้สูงกว่า แต่ก็ต้องระมัดระวังในกรณีที่เริ่มบินออกนอก Ground Effect เช่น การบินขึ้นบนยอดเขาจากพื้นไปพ้นชง่อนผา ซึ่งเฮลิคอปเตอร์ จะสูญเสียแรงยกบางส่วน ทำให้เสียอาการทรงตัว จนถึงกับตกได้หากไม่ระมัดระวังในเรื่องนี้ให้ดี ในอนาคตถ้าเราสร้างยานบินเรี่ยพื้นหรือยานเบาะอากาศเป็นยานบินที่ใช้ประโยชน์จาก Ground Effect ได้ เคลื่อนที่แบบลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นและยานบิน ก็สามารถทำให้บินได้อย่างประหยัดเชื้อเพลิง
ปัญหาเรื่อง Ground Effect ไม่ใช่เรื่องน่ากลัวเลย... ใช่ไหมครับ ขอให้รู้เท่าทันมัน นักบินจะบินได้ด้วยความปลอดภัยขณะที่อยู่ใกล้พื้นดิน เหมือนกับมีคนเคยพูดว่า "บินด้วยความรู้ เราจะบินอยู่ได้นาน" (ไม่ตกกระแทกพื้นเสียก่อน) พบกันใหม่ฉบับหน้าครับ