เครื่องบิน

เครื่องบิน หรือ (อังกฤษ: airplane/aeroplane) คือ พาหนะสำหรับเดินทางที่สามารถบินไปในอากาศได้ (อากาศยาน, aircraft) โดยเครื่องบินเป็นอากาศยานที่หนักกว่าอากาศ เครื่องบินสามารถบินได้โดยอาศัยแรงยกจากปีกตามหลักการของอากาศพลศาสตร์และถูกขับเคลื่อนไปข้างหน้าโดยแรงผลักจากเครื่องยนต์ไอพ่นหรือใบพัด (อากาศยานที่เบากว่าอากาศถูกเรียกว่า "เรือเหาะ") เครื่องบินมีขนาด รูปทรง และปีกหลายแบบ ลักษณะการใช้งานจะเป็นการใช้เพื่อการพักผ่อน การขนส่งสินค้าและการโดยสาร การเกษตร การทหาร และการวิจัย เครื่องบินมีทั้งแบบที่ใช้เครื่องยนต์และไม่ใช้เครื่องยนต์ เครื่องบินแบบที่ไม่ใช้เครื่องยนต์จะมีชื่อเรียกอีกชื่อว่า เครื่องร่อน

เครื่องบินที่มีใช้งานอยู่ส่วนใหญ่เป็นอากาศยานปีกคงที่ (อังกฤษ: fixed-wing aircraft) ขับโดยนักบินที่อยู่ในเครื่อง บางชนิดถูกออกแบบให้ทำงานด้วยระบบคอมพิวเตอร์หรือการควบคุมระยะไกลโดยไม่ต้องมีนักบินภายในเครื่อง ส่วนอากาศยานปีกหมุน/เฮลิคอปเตอร์ หรือที่บางแห่งเรียกว่า เครื่องบินปีกหมุน เป็นอากาศยานอีกชนิดหนึ่งที่มีจำนวนรอง

เครื่องบิน

หลักฐานครั้งแรกเกิดขึ้นในประเทศอังกฤษในปลายศตวรรษที่ 19 (ก่อนที่จะมีการบินที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ที่บินได้จริงเป็นครั้งแรก), คำว่า airplane หรือ aeroplane มาจากภาษาฝรั่งเศส, ซึ่งมาจากภาษากรีก ἀήρ (aēr), "air" กับคำว่า planus, "level", ในภาษาลาติน หรือคำว่า (planos), "wandering" ในภาษากรีก πλάνος. คำว่า"เครื่องบิน" เดิมหมายถึงเฉพาะปีกเท่านั้นและมันเป็นรูปแนวราบ(อังกฤษ: plane)ที่เคลื่อนที่ไปในอากาศได้.

ในประเทศสหรัฐอเมริกาและแคนาดา, คำว่า "airplane" ถูกใช้สำหรับอากาศยานปีกคงที่ที่ใช้เครื่องยนต์. ในสหราชอาณาจักรและส่วนใหญ่ของเครือจักรภพอังกฤษ, จะใช้คำว่า "aeroplane"

ประวัติ

บทความหลัก: ประวัติศาสตร์การเดินอากาศ

หลายเรื่องตั้งแต่สมัยโบราณจะเกี่ยวข้องกับการบิน, เช่นตำนานกรีกแห่งอิคารัสและเดดาลัส, และ Vimana ในมหากาพย์อินเดียโบราณ. ประมาณ 400 ก่อนคริสตกาลในกรีซ, Archytas ได้ชื่อว่าเป็นผู้ออกแบบและสร้างอุปกรณ์การบินขับเคลื่อนด้วยตัวเองของเทียมตัวแรก, เป็นรูปแบบของนกขับเคลื่อนด้วยไอพ่นที่น่าจะเป็นไอน้ำ, ได้รับการกล่าวขานว่าได้ทำการบินดัวยระยะทางประมาณ 200 เมตร (660 ฟุต). เครื่องนี้น่าจะถูกระงับไม่ให้มีการบินอีกต่อไป.

บางส่วนของความพยายามด้วยเครื่องร่อนที่ถูกบันทึกไว้ก่อนหน้านั้นไกลที่สุดคือจากความพยายามโดยกวีในศตวรรษที่ 9 ชื่อ อับบาส อิบัน Firnas และพระในศตวรรษที่ 11 ชื่อ Eilmer แห่ง Malmesbury; การทดลองทั้งสองได้ทำให้นักบินได้รับบาดเจ็บ. Leonardo da Vinci ได้วิจัยการออกแบบปีกของนกและได้ออกแบบเครื่องบินพลังมนุษย์ในหนังสือCodex on the Flight of Birds (1502).

 

Jean-Marie Le Bris และเครื่องร่อนของเขา, Albatros II, ถ่ายภาพโดยนาดาร์เมื่อปี 1868

ในปี ค.ศ. 1799 เซอร์จอร์จ เคย์ลีกำหนดแนวคิดของเครื่องบินที่ทันสมัยว่า​​เป็นเครื่องยนต์ปีกคงที่ที่บินได้ด้วยระบบการยกตัว, การขับเคลื่อน, และการควบคุมแยกต่างหาก. เคย์ลีได้สร้างและบินแบบจำลองของยานอากาศปีกคงที่ตอนต้นปึ 1803, และเขาได้สร้างเครื่องร่อนบรรทุกผู้โดยสารได้ประสบความสำเร็จใน 1853. ในปี 1856 ชาวฝรั่งเศส ฌอง-มารี เลอ บริซทำการบินด้วยการขับเคลื่อนด้วยกำลังงานเป็นครั้งแรกโดยใช้เครื่องร่อนของเขาชื่อ "L'Albatros artificiel" ลากโดยม้าหนึ่งตัวบนชายหาด.^{[ต้องการอ้างอิง]}. จากนั้น Alexander F. Mozhaisky ยังได้ทำการออกแบบด้วยนวัตกรรมบางอย่าง. ในปี 1883 ชาวอเมริกัน จอห์น เจ Montgomery ทำการบินด้วยเครื่องร่อนแบบควบคุม^{[ต้องการอ้างอิง]}. นักบินอื่นๆที่ทำการบินที่คล้ายกันในช่วงเวลานั้นก็มี Otto Lilienthal, Percy Pilcher, และ Octave Chanute.

เซอร์ไฮแรม Maxim สร้างยานลำหนึ่งที่มีน้ำหนัก 3.5 ตัน, ที่มีความยาวปีก 110 ฟุต (34 เมตร) ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำขนาด 360 แรงม้า (270 กิโลวัตต์) สองเครื่องเพื่อขับสองใบพัด. ในปี 1894, เครื่องของเขาได้รับการทดสอบกับรางเหนือศีรษะเพื่อป้องกันไม่ให้มันพุ่งขึ้นฟ้า. การทดสอบแสดงให้เห็นว่ามันมีแรงยกมากพอที่จะใช้ในการทะยานขึ้น. ยานนี้ไม่สามารถควบคุมได้, ซึ่ง Maxim คาดว่าจะรู้ดีเพราะเขาได้ละทิ้งงานนี้ในที่สุด

ในยุค 1890s Lawrence Hargrave ได้ดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างของปีกและพัฒนาว่าวรูปกล่องที่ยกน้ำหนักของคนคนหนึ่ง. การออกแบบว่าวรูปกล่องของเขาถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย. แม้ว่าเขายังได้พัฒนาเครื่องยนต์อากาศยานหมุนประเภทหนึ่ง, เขาก็ไม่ได้สร้างและบินอากาศยานปีกคงที่ขับเคลื่อนด้วยกำลัง.

ระหว่างปี 1867 ถึง 1896 ผู้บุกเบิกชาวเยอรมันเรื่องการบินของมนุษย์ Hack Sarayut ได้พัฒนายานบินที่หนักกว่าอากาศ. เขาเป็นคนแรกที่ทำเป็นเอกสารและสำเนาด้านการบินด้วยเครื่องร่อนที่ประสพความสำเร็จได้อย่างดี.

 

Otto Lilienthal ระหว่างการบินราวปี 1895

ทฤษฎีการบินของเครื่องบิน

มีหลายทฤษฎีที่ใช้อธิบายการบินของเครื่องบิน (แต่จนถึงวันนี้ยังมีการโต้แย้งว่าคำอธิบายต่างๆ ยังไม่สมบูรณ์)

• ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของอากาศ (กฎของแบร์นูลลี) ที่ว่า อากาศที่เคลื่อนที่เร็วกว่าจะมีแรงกดดันต่ำกว่า โดยออกแบบให้ปีกของเครื่องบินมีความโค้งทางด้านบนและเรียบแบนทางด้านล่าง อากาศที่เคลื่อนที่ผ่านใต้ปีกเครื่องบินจะมีความเร็วต่ำกว่าทางด้านบนของปีกเครื่องบิน ความดันใต้ปีกเครื่องบินจึงสูงกว่าความดันเหนือปีกเครื่องบิน ทำให้เกิดแรงยกขึ้น ทำให้เครื่องบินบินได้
• ทฤษฎีของนิวตันกับแรงยก ที่ว่าแรงยกที่ทำให้เครื่องบินบินได้เกิดจากปีกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วทำ มุมปะทะ (อังกฤษ: angle of attack) ที่เหมาะสมกับอากาศ และแรงยกนี้เท่ากับโมเมนต์(moment) ที่เปลี่ยนไปของอากาศ ที่ถูกปีกของเครื่องบินบังคับให้ไหลลงข้างล่าง (พฤติกรรมที่อากาศถูกบังคับให้ไหลลงข้างล่างนี้เรียกว่า "การล้างลง" อังกฤษ: downwash)

เที่ยวบินที่ขับเคลื่อนด้วยกำลังในช่วงต้น

การบินของพี่น้องตระกูลไรท์ในปี 1903 เป็นที่ยอมรับโดย Fédération Aéronautique Internationale (FAI) เรื่องการตั้งค่าและตัวเก็บบันทึกข้อมูลมาตรฐานสำหรับการบินในอากาศ, ว่าเป็น "การบินขับเคลื่อนด้วยกำลังด้วยยานที่หนักกว่าอากาศอย่างต่อเนื่องและควบคุมได้เป็นครั้งแรก". เมื่อปี 1905, Wright Flyer III สามารถทำการบินที่อยู่ในการควบคุมได้อย่างเต็มที่และมั่นคงสำหรับช่วงเวลาที่ต่อเนื่อง. พี่น้องตระกูลไรท์ยกเครดิตให้กับ Otto Lilienthal ว่าเป็นแรงบันดาลใจที่สำคัญในการตัดสินใจของพวกเขาที่จะค้นหาวิธีทำการบินที่มีมนุษย์ควบคุม.

ในปี 1906, Alberto Santos Dumont ทำสิ่งที่อ้างว่าเป็นการบินด้วยเครื่องบินเป็นครั้งแรกที่ไม่มีใครช่วยเหลือโดยใช้เครื่องขว้างหินโบราณ(อังกฤษ: catapult) และได้สร้างสถิติโลกครั้งแรกที่ได้รับการยอมรับโดย Aero-club de France โดยทำการบินระยะทาง 220 เมตร (720 ฟุต) ในเวลาน้อยกว่า 22 วินาที. การบินครั้งนี้ก็ยังได้รับการรับรองโดย FAI อีกด้วย.

การออกแบบยานอากาศในตอนต้นที่ได้นำมารวมกันของรูปแบบหัวลากปีกชั้นเดียว(อังกฤษ: monoplane tractor configuration)ที่ทันสมัย​​คือการออกแบบของ Bleriot VIII ในปี 1908. มันมีพื้นผิวหางที่เคลื่อนที่ได้เพื่อควบคุมทั้งการหันเหและระยะห่าง, รูปแบบหนึ่งของการควบคุมการม้วนที่จัดโดยการบิดของปีกหรือโดยใช้ปีกเสริมและถูกควบคุมโดยนักบินที่มีจอยสติ๊กและแท่งหางเสือ. มันเป็นบรรพบุรุษที่สำคัญอันหนึ่งของเครื่อง Bleriot XI รุ่นต่อมาที่เป็นยานอากาศที่บินข้ามช่องแคบอังกฤษในช่วงฤดูร้อนปี 1909.

หลังจากที่ทำงานไปมากยานอากาศ Vlaicu nr. 1 ก็สร้างเสร็จในปี 1909, และได้รับการทดสอบการบินเมื่อวันที่ 17 มิถุนายน 1910. จากการบินครั้งแรก เครื่องบินไม่มีความจำเป็นในการเปลี่ยนแปลงใดๆ. เครื่องบินที่ถูกสร้างขึ้นจากอะลูมิเนียมชิ้นเดียวมีความยาว 10 เมตรซึ่งใช้รองรับเครื่องบินทั้งลำ, ทำให้มันง่ายมากที่จะบิน. เครื่องบินสิบเครื่องถูกสร้างขึ้นมาสำหรับกองทัพอากาศโรมาเนีย, ทำให้มันเป็นกองทัพอากาศลำดับที่สองที่เคยมีมาในโลก.

สงครามโลกครั้งที่หนึ่งถูกใช้เป็นสนามทดสอบสำหรับการใช้เครื่องบินเป็นอาวุธ. เครื่องบินได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของพวกเขาที่เป็นนั่งร้านเพื่อการสังเกตเคลื่อนที่, จากนั้นมันได้รับการพิสูจน์ว่าตัวมันเองเป็นเครื่องจักรของสงครามที่มีความสามารถในการก่อให้เกิดการบาดเจ็บล้มตายให้กับศัตรู. ชัยชนะทางอากาศที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยรู้จักกันที่มีการใช้เครื่องบินรบติดอาวุธปืนทำงานแบบซิงโครไนซ์ได้เกิดขึ้นในปี 1915, โดยเรืออากาศโทเยอรมัน Luftstreitkräfte Leutnant เคิร์ต Wintgens. เครื่องบินขับไล่เอซปรากฏตัวขึ้น; ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด (โดยจำนวนของชัยชนะการต่อสู้ทางอากาศ) เป็นของ Manfred von Richthofen.

หลังจากสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง เทคโนโลยีอากาศยานยังคงพัฒนาต่อไป. Alcock and Brown บินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกโดยไม่หยุดเป็นครั้งแรกในปี 1919. เที่ยวบินพาณิชย์นานาชาติครั้งแรกเกิดขึ้นระหว่างสหรัฐอเมริกาและแคนาดาในปี 1919^{[ต้องการอ้างอิง]}.

เครื่องบินมีการแสดงตนอยู่ในการต่อสู้ที่สำคัญทุกครั้งของสงครามโลกครั้งที่สอง. พวกมันเป็นองค์ประกอบสำคัญของกลยุทธ์การทหารในช่วงเวลานั้น, เช่น'การรบสายฟ้าแลบของเยอรมัน'หรือการรบด้วยเรือบรรทุกเครื่องบินระหว่างอเมริกาและญี่ปุ่นในสงครามมหาสมุทรแปซิฟิก.

การพัฒนาของเครื่องบินเจ็ท

เครื่องบินเจ็ทที่ทำงานได้เครื่องแรกคือ Heinkel He 178 ของเยอรมัน, ซึ่งได้รับการทดสอบในปี 1939. ในปี 1943, Messerschmitt Me 262, เครื่องบินรบเจ็ทที่ทำงานได้เครื่องแรกได้รับการบรรจุเพื่อให้บริการในกองทัพเยอรมัน. ในเดือนตุลาคมปี 1947, Bell X-1 เป็นเครื่องบินลำแรกที่บินได้เร็วกว่าเสียง^{[ต้องการอ้างอิง]}

สายการบินเจ็ทสายแรก, de Havilland Comet ได้รับการแนะนำในปี 1952. Boeing 707, เป็นเครื่องเจ็ทเชิงพาณิชย์เตรื่องแรกที่ประสบความสำเร็จอย่างกว้างขวาง, ให้บริการเชิงพาณิชย์มานานกว่า 50 ปี, จากปี 1958 ถึง 2010. Boeing 747 เป็นเครื่องบินโดยสารที่ใหญ่ที่สุดในโลกตั้งแต่ปี 1970 จนกระทั่งมันถูกแซงหน้าโดย Airbus A380 ในปี 2005.

การขับเคลื่อน

ดูเพิ่มเติม: อากาศยานที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์และเครื่องยนต์ของอากาศยาน

เครื่องยนต์ใบพัด

 

เครื่องบินปีกสองชั้น Antonov An-2

เครื่องบินใบพัดที่มีขนาดเล็กกว่าและเก่ากว่าใช้ประโยชน์ของเครื่องยนต์ที่เคลื่อนขึ้นลงสลับกัน (หรือเครื่องยนต์ลูกสูบ) เพื่อหมุนใบพัดเพื่อสร้างแรงผลักดัน. ปริมาณของแรงผลักดันที่ใบพัดสร้างจะถูกกำหนดโดยพื้นที่จาน - พื้นที่ที่ใบพัดหมุน. ถ้าพื้นที่มีขนาดเล็กเกินไป, ประสิทธิภาพก็จะต่ำ, และถ้าพื้นที่มีขนาดใหญ่มาก, ใบพัดจะต้องหมุนที่ความเร็วต่ำมากเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เร็วเหนือเสียงและการสร้างเสียงรบกวนจำนวนมากและสร้างแรงผลักดันไม่มาก. เนื่องจากข้อจำกัดเหล่านี้, การใช้ใบพัดจึงเป็นที่ชื่นชอบสำหรับเครื่องบินที่เดินทางที่ต่ำกว่า 0.5 เท่าของความเร็วเสียง, ในขณะที่เครื่องยนต์เจ็ทจะเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับความเร็วที่สูงกว่านั้น. เครื่องยนต์ใบพัดอาจจะเงียบกว่าเครื่องยนต์เจ็ท (แม้ว่าจะไม่เสมอไป) และอาจมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าที่จะซื้อหรือบำรุงรักษาและยังคงเป็นเครื่องสามัญสำหรับการบินขนาดเบาทั่วไปเช่น Cessna 172. เครื่องบินใบพัดที่ทันสมัยขนาดใหญ่เช่น Dash 8 ใช้เครื่องยนต์เจ็ทเพื่อหมุนใบพัด, เหตุผลเบิ้องต้นก็คือเครื่องยนต์ลูกสูบที่มีกำลังเทียบเท่าจะมีขนาดใหญ่มากและซับซ้อนมากกว่า.

เครื่องยนต์เจ็ท

 

เครื่องบินความเร็วเหนือเสียง Concorde

เครื่องบินเจ็ทถูกขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เจ็ทเพราะข้อจำกัดทางอากาศพลศาสตร์ของใบพัดไม่สามารถใช้กับเครื่องยนต์ไอพ่นได้. เครื่องยนต์เหล่านี้จะมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบในขนาดหรือน้ำหนักที่เท่ากัน, มีความเงียบและค่อนข้างทำงานได้ดีที่ระดับความสูงที่สูงกว่า. เครื่องบินเจ็ทที่ทันสมัยส่วนใหญ่​​ใช้เครื่องยนต์ไอพ่นแบบ turbofan ซึ่งสมดุลกับข้อได้เปรียบต่างๆของใบพัด, ขณะที่รักษาความเร็วและพลังของเจ็ท. นี้เป็นหลักสำคัญที่ใบพัดที่ถูกทำเป็นท่อที่แนบมากับเครื่องยนต์เจ็ท, เหมือน turboprop, แต่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดเล็กกว่า. เมื่อติดตั้งบนเครื่องบิน, มันจะมีประสิทธิภาพตราบเท่าที่มันยังคงรักษาความเร็วต่ำกว่าความเร็วของเสียง (หรือ subsonic). เครื่องบินรบเจ็ทและเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงอื่นๆ ที่ไม่ได้ใช้เวลาอย่างมากที่ความเร็วเหนือเสียงก็มักจะใช้ turbofans, แต่เพื่อให้ทำงาน, ท่อนำอากาศเข้าเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อชะลอความเร็วของอากาศเพื่อที่ว่าเมื่ออากาศมาถึงที่ด้านหน้าของ turbofan, มันจะเป็น subsonic. เมื่อผ่านเข้าไปในเครื่องยนต์, มันจะถูกเร่งความเร็วกลับไปที่ความเร็วเหนือเสียง. เพื่อเพิ่มการส่งออกพลังงานให้มากขึ้นไปอีก, เชื้อเพลิงถูกอัดเข้าไปในกระแสไอเสีย, มันจะจุดระเบิดที่นั่น. ขบวนการนี้เรียกว่าต้วเผาทีหลัง(อังกฤษ: afterburner) และถูกนำมาใช้ทั้งเครื่องบินเจ็ตที่บริสุทธิ์และเครื่องบิน turbojet แม้ว่าปกติมันจะถูกใช้ในเครื่องบินรบเท่านั้นเนื่องจากปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้, และมันอาจจะถูกใช้เพียงช่วงระยะเวลาสั้นๆเท่านั้น. สายการบินความเร็วเหนือเสียง (เช่นคองคอร์ด) ไม่ได้อยู่ในการใช้งานอย่างกว้างขวางอีกต่อไปเพราะการบินที่ความเร็วเหนือเสียงสร้างโซนิคบูมซึ่งเป็นสิ่งต้องห้ามในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น, และเพราะการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงที่สูงกว่ามากถ้าต้องบินด้วยความเร็วเหนือเสียง.

เครื่องบินเจ็ตมีความเร็วสูงแบบ cruising speed ที่ 700-900 กิโลเมตร/ชั่วโมง (430-560 ไมล์ต่อชั่วโมง)และที่ความเร็ว 150-250 กิโลเมตร/ชั่วโมง (93-155 ไมล์ต่อชั่วโมง)สำหรับบินขึ้น(อังกฤษ: takeoff)และลงพื้น(อังกฤษ: landing). เนื่องจากความเร็วที่จำเป็นสำหรับการบินขึ้นและลงพื้น, เครื่องบินเจ็ทใช้ปีกที่ขยับได้(อังกฤษ: flap)และอุปกรณ์ที่มีขอบโค้งมน(อังกฤษ: leading edge device)ในการควบคุมการยกตัวและความเร็ว. มีหลายลำที่ยังใช้ตัวสลับทิศแรงขับดัน(อังกฤษ: thrust reverser)เพื่อชะลอความเร็วเมื่อเครื่องบินลงพื้น.

เครื่องยนต์ไฟฟ้า

เครื่องบินไฟฟ้าทำงานด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าแทนที่จะเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน, โดยกระแสไฟฟ้าได้มาจากเซลล์เชื้อเพลิง, เซลล์แสงอาทิตย์, ตัวเก็บประจุยิ่งยวด, power beaming หรือแบตเตอรี่. ปัจจุบัน เครื่องบินไฟฟ้าส่วนใหญ่ยังเป็นเครื่องต้นแบบอยู่ระหว่างการทดลอง, รวมทั้งยานพาหนะทางอากาศที่มีคนขับและไม่มีคนขับ.

เครื่องยนต์จรวด

 

เครื่องบินแบบ Bell X-1 ขณะกำลังบินในปี 1947

ในสงครามโลกครั้งที่สอง, เยอรมันใช้เครื่องบินขับเคลื่อนด้วยจรวด Messerschmitt Me 163. เครื่องบินลำแรกที่จะทำลายกำแพงเสียงเป็นเครื่องบินจรวด - Bell X-1. ต่อมา North American X-15 ทำลายสถิติความเร็วและระดับความสูงหลายครั้งและได้วางรากฐานจำนวนมากสำหรับอากาศยานและการออกแบบยานอวกาศในภายหลัง. เครื่องบินจรวดไม่ได้อยู่ในการใช้งานทั่วไปในวันนี้, ถึงแม้ว่าการ takeoff โดยใช้จรวดช่วยจะถูกนำมาใช้สำหรับเครื่องบินทหารบางครั้ง. เครื่องบินจรวดล่าสุดรวมถึง SpaceShipOne และ XCOR EZ-Rocket.

เครื่องยนต์แบบ Ramjet และ Scramjet

 

แนวความคิดของศิลปินเกี่ยวกับ X-43A กับ scramjet ที่แนบมากับด้านล่าง

Ramjet คือรูปแบบหนึ่งของเครื่องยนต์เจ็ทที่ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวที่สำคัญและเป็นประโยชน์เฉพาะอย่างในการใช้งานที่ต้องใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กและเรียบง่ายสำหรับการใช้ความเร็วสูงเช่นใช้กับขีปนาวุธ. Ramjet ต้องการการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าก่อนที่มันจะสามารถสร้างแรงผลักดันและเพื่อทำอย่างนั้น มันมักจะถูกใช้ร่วมกับรูปแบบอื่นๆของการขับเคลื่อน, หรือกับวิธีการภายนอกเพื่อบรรลุความเร็วที่เพียงพอ. ล็อกฮีด D-21 เป็นเครื่อง drone สอดแนมที่ขับเคลื่อนด้วย ramjet ที่มีความเร็วเป็น 3+ ของความเร็วเสียงที่ถูกปล่อยออกจากยานแม่. Ramjet จะใช้การเคลื่อนไหวไปข้างหน้าของยานแม่เพื่อบังคับให้อากาศวิ่งผ่านเครื่องยนต์โดยไม่ต้องหันไปพึ่งกังหันหรือใบพัด. เชื้อเพลิงจะถูกเพิ่มเข้าไปและจุดระเบิด, ซึ่งทำให้อากาศร้อนและขยายตัวเพื่อสร้างแรงผลักดัน.

Scramjet เป็น ramjet เหนือเสียงและมีความแตกต่างนอกเหนือจากการรับมือกับการไหลของอากาศความเร็วเหนือเสียงภายในที่ทำงานเหมือน ramjet ธรรมดา. ประเภทของเครื่องยนต์นี้ต้องใช้ความเร็วเริ่มต้นที่สูงมากเพื่อให้มันทำงานได้. นาซ่า X-43, scramjet ทดลองที่ไม่มีคนขับ, ได้ทำสถิติโลกด้านความเร็วในปี 2004 สำหรับเครื่องบินเจ็ทด้วยความเร็ว 9.7 เท่าของความเร็วเสียง, เกือบ 7,500 ไมล์ต่อชั่วโมง (12,100 กิโลเมตร/ชั่วโมง).

การออกแบบและการผลิต

บทความหลัก: ผู้ผลิตเครื่องบิน

 

สายการผลิตเครื่องบิน SR-71 Blackbird ที่ Skunk Works, โครงการพัฒนาชั้นสูง (ADP) ของ Lockheed Martin

เครื่องบินส่วนใหญ่จะสร้างขึ้นโดยหลายบริษัทที่มีวัตถุประสงค์ในการผลิตให้กับลูกค้าในปริมาณที่ต้องการ. ขั้นตอนการออกแบบและการวางแผน, รวมถึงการทดสอบความปลอดภัย, อาจใช้เวลายาวนานถึงสี่ปีสำหรับเครื่องบินใบพัดขนาดเล็กหรือนานกว่านั้นสำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่.

ในระหว่างกระบวนการนี้, วัตถุประสงค์และข้อกำหนดการออกแบบของเครื่องบินจะมีการจัดตั้งขึ้น. ขั้นแรก บริษัทผู้ผลิตจะใช้ภาพวาดและสมการต่างๆ, การจำลอง, การทดสอบในอุโมงค์ลม, และประสบการณ์เพื่อทำนายพฤติกรรมของเครื่องบิน. คอมพิวเตอร์หลายเครื่องจะถูกใช้เพื่อวาดแบบ, วางแผนและทำแบบจำลองเบื้องต้นของเครื่องบิน. จากนั้น รูปแบบขนาดเล็กและแบบจำลอง(อังกฤษ: mockup) ทั้งหมดหรือบางส่วนของเครื่องบินจะมีการทดสอบในอุโมงค์ลมเพื่อตรวจสอบทางอากาศพลศาสตร์ของมัน.

เมื่อการออกแบบได้'ผ่าน'กระบวนการเหล่านี้, บริษัทจะผลิตต้นแบบออกมาจำนวนจำกัดสำหรับการทดสอบบนพื้นดิน. ผู้แทนจากหน่วยงานกำกับการบินมักจะทำการบินเที่ยวแรก. การทดสอบการบินจะดำเนินต่อไปจนกว่าเครื่องบินจะได้ปฏิบัติตามข้อกำหนดทั้งหมด. จากนั้นหน่วยงานของรัฐที่กำกับดูแลการบินของประเทศจะอนุญาตให้บริษัทเริ่มต้นการผลิตได้.

ในประเทศสหรัฐอเมริกา, หน่วยงานนี้คือ Federal Aviation Administration (FAA) และในสหภาพยุโรปคือ European Aviation Safety Agency (EASA). ในแคนาดา หน่วยงานของรัฐที่รับผิดชอบและอนุญาตให้ทำการผลิตแบบมวลของเครื่องบินได้คือ Transport Canada.

ในกรณีที่มีการซื้อขายระหว่างประเทศ, ใบอนุญาตจากหน่วยงานการบินของรัฐหรือการขนส่งของประเทศที่เครื่องบินนี้จะถูกนำใช้นี้ยังเป็นสิ่งจำเป็น. ตัวอย่างเช่นเครื่องบินที่ผลิตโดยบริษัท ยุโรป, Airbus, จะต้องได้รับการรับรองโดย FAA เพื่อที่จะบินในประเทศสหรัฐอเมริกา, และเครื่องบินที่ทำโดยบริษ้ทBoeing ในสหรัฐจำเป็นที่จะต้องได้รับอนุมัติจาก EASA เพื่อที่จะบินในสหภาพยุโรป.

 

Airbus A321 ในสายการผลิตขั้นสุดท้าย 3 ในโรงงานแอร์บัสที่สนามบินฮัมบวร์ค Finkenwerder

เครื่องบินที่เงียบมากขึ้นได้กลายเป็นสิ่งจำเป็นมากขึ้นเรื่อยๆเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของการจราจรทางอากาศโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่เมืองที่มลพิษทางเสียงของเครื่องบินเป็นความกังวลหลัก.

เครื่องบินขนาดเล็กสามารถได้รับการออกแบบและสร้างโดยมือสมัครเล่นเป็นแบบ homebuilts. เครื่องบินแบบ homebuilt อื่นๆสามารถประกอบโดยใช้ชุดคิทสำเร็จรูปที่ชิ้นส่วนสามารถนำมาประกอบเป็นเครื่องบินขั้นพื้นฐานและต้องแล้วเสร็จสมบูรณ์โดยผู้สร้าง.

มีเพียงไม่กี่บริษัทที่ผลิตเครื่องบินเป็นบริษัทขนาดใหญ่. อย่างไรก็ตามการผลิตเครื่องบินให้กับ บริษัทหนึ่งๆจริงๆแล้วเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับบริษัทและโรงงานอื่นๆหลายสิบหรือหลายร้อยบริษัทที่ผลิตชิ้นส่วนประกอบขึ้นเป็นเครื่องบิน. ตัวอย่างเช่น บริษัทหนึ่งอาจผู้รับผิดชอบสำหรับการผลิตของเกียร์แลนดิ้ง, ในขณะที่อีกบริษัทหนึ่งรับผิดชอบสำหรับเรดาร์. การผลิตชิ้นส่วนดังกล่าวไม่ได้จำกัดอยู่ในเมืองเดียวกันหรือประเทศนั้นๆ, ในกรณีของบริษ้ทผู้ผลิตเครื่องบินขนาดใหญ่ผู้ผลิตชิ้นส่วนดังกล่าวอาจมาจากทั่วทุกมุมโลก.

ชิ้นส่วนทั้งหลายจะถูกส่งไปยังโรงงานหลักของบริษัทผลิตเครื่องบินที่สายการผลิตตั้งอยู่. ในกรณีของเครื่องบินขนาดใหญ่, สายการผลิตอาจทุ่มเทให้กับการประกอบเฉพาะบางส่วนของเครื่องบิน, โดยเฉพาะอย่างยิ่งปีกและลำตัว.

เมื่อเสร็จสมบูรณ์, เครื่องบินจะถูกตรวจสอบอย่างเข้มงวดเพื่อค้นหาสิ่งผิดปกติและข้อบกพร่อง. หลังจากที่ได้รับการอนุมัติโดยผู้ตรวจสอบ, เครื่องบินจะถูกส่งไปยังหลายชุดของการทดสอบการบินเพื่อให้มั่นใจว่าระบบทั้งหมดจะทำงานอย่างถูกต้องและว่าเครื่องบินทำงานได้อย่างถูกต้อง. เมื่อ'ผ่าน'การทดสอบเหล่านี้, เครื่องบินก็พร้อมที่จะทำการ "touchups สุดท้าย" (การตั้งค่าภายใน, การพ่นสี, ฯลฯ ) และจะพร้อมสำหรับลูกค้า.

ลักษณสมบัติ

 

ยานพาหนะที่ไม่มีคนขับรุ่น IAI Heron แบบลำตัวคู่(อังกฤษ: twin boom)

Airframe

ชิ้นส่วนโครงสร้างทั้งหลายของเครื่องบินปีกคงที่เรียกว่าแอร์เฟรม. ชิ้นส่วนหลายอย่างในปัจจุบันจะแตกต่างกันตามชนิดและวัตถุประสงค์ของเครื่องบิน. หลายชนิดในยุคแรกมักจะทำจากไม้ที่มีพื้นผิวปีกเป็นผ้า. เมื่อเครื่องยนต์ถูกนำมาใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องบินราวร้อยปีที่ผ่านมา, แท่นเครื่องของมันจึงทำจากโลหะ. จากนั้นเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น ชิ้นส่วนจำนวนมากกลายเป็นโลหะจนในตอนท้ายของสงครามโลกครั้งที่สองอากาศยานที่เป็นโลหะทั้งหมดเป็นเรื่องปกติ. ในยุคปัจจุบันมีการนำวัสดุคอมโพสิตมาใช้งานเพิ่มขึ้น.

ชิ้นส่วนโครงสร้างโดยทั่วไปได้แก่:

• "ปีก"หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งปีกแนวนอนขนาดใหญ่, มักจะมีรูปร่างหน้าตัดแบบ airfoil. ปีกจะเปลี่ยนทิศทางของอากาศลงด้านล่างในขณะที่เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า, เป็นการสร้างแรงยกเพื่อพยุงการบิน. ปีกยังให้ความมั่นคงในการม้วนเพื่อหยุดเครื่องบินไม่ให้กลิ้งไปทางซ้ายหรือขวาในการบินอย่างต่อเนื่อง.

 

Antonov-225 Mriya ซึ่งสามารถบรรทุกสัมภาระได้ 250 ตัน, มีตัวกันโคลงแนวตั้ง(อังกฤษ: vertical stabilizer)สองต้ว

• "ลำตัว"(อังกฤษ: fuselage)ยาว, ผอม, มักจะมีปลายเรียวหรือโค้งมนเพื่อทำให้รูปร่างของมันราบเรียบแบบอากาศพลศาสตร์. ลำตัวต่อกับส่วนอื่นๆของแอร์เฟรมและมักจะประกอบด้วยสิ่งที่สำคัญเช่นห้องนักบิน, ที่เก็บสัมภาระและระบบการบินต่างๆ.
• "ตัวกันโคลงแนวตั้ง"(อังกฤษ: vertical stabilizer)หรือครีบเป็นแพนหางเหมือนปีกแนวตั้งที่ติดตั้งอยู่ที่ปลายของลำตัวเครื่องบินและมักจะยื่นออกมาด้านบนของลำตัว. ครีบจะรักษาเสถียรภาพการหันเห(อังกฤษ: yaw)ของเครื่องบิน (เลี้ยวซ้ายหรือขวา) และมีหางเสือติดตั้งเพื่อควบคุมการหมุนของลำตัวตามแนวแกนนั้น.
• "ตัวกันโคลงแนวนอน"(อังกฤษ: horizontal stabilizer)หรือแพนหางแนวนอน(อังกฤษ: tailplane) มักจะติดตั้งที่หางใกล้กับกันโคลงแนวตั้ง. กันโคลงแนวนอนจะถูกใช้ในการรักษาเสถียรภาพของช่วง pitch ของเครื่องบิน (เงยขึ้นหรือก้มลง) และตัวยก(อังกฤษ: elevators)ถูกติดตั้งเพื่อควบคุมระดับ pitch.
• "Landing gear", ชุดของล้อ, ตัวกันไถล, หรือทุ่นลอยใช้รองรับเครื่องบินในขณะที่มันอยู่บนพื้นดิน. ในเครื่องบินน้ำ(อังกฤษ: seaplane), ด้านล่างของลำตัวเป็นทุ่นลอยหรือ pontoons ใช้รองรับมันในขณะที่อยู่ในน้ำ. บนเครื่องบินบางเครื่อง landing gear จะพับเก็บในระหว่างการบินเพื่อลดแรงต้าน(อังกฤษ: drag)(ทางอากาศพลศาสตร์หมายถึงแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของเครื่องบินหรือวัตถุอื่นๆในอากาศ).

ปีก

ปีกของเครื่องบินปีกคงที่เป็นแผ่นราบอยู่กับที่ขยายออกในแต่ละข้างของเครื่องบิน. เมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า, อากาศจะไหลเหนือปีกที่มีรูปทรงเพื่อสร้างแรงยก. รูปร่างนี้เรียกว่า airfoil และมีรูปร่างเหมือนปีกนก

โครงสร้างของปีก

เครื่องบินจะมีพื้นผิวปีกที่ยืดหยุ่นซึ่งทอดยาวตลอดโครงและถูกทำให้แข็งโดยแรงยกที่กระทำโดยการไหลของอากาศเหนือปีก. เครื่องบินขนาดใหญ่กว่ามีพื้นผิวปีกที่แข็งที่ให้ความแข็งแรงเพิ่มเติม.

ไม่ว่าจะมีความยืดหยุ่นหรือแข็ง, ปีกส่วนใหญ่จะมีโครงที่แข็งแกร่งเพื่อสร้างรูปร่างให้มันและเพื่อถ่ายโอนแรงยกจากพื้นผิวปีกไปยังส่วนที่เหลือของเครื่องบิน. องค์ประกอบโครงสร้างหลักเป็นเสากระโดงเรือหนึ่งเสาหรือมากกว่าวิ่งจากโคนจรดปลาย, และซี่โครงหลายซี่วิ่งจากขอบนำ(อังกฤษ: leading edge)(ด้านหน้า) จนถึงขอบท้าย(อังกฤษ: trailing edge) (ด้านหลัง).

เครื่องยนต์ของเครื่องบินยุคแรกมีกำลังน้อยและน้ำหนักเบาซึ่งเป็นเรื่องสำคัญมาก. นอกจากนี้, ส่วน airfoil ยุคต้นก็บางมาก, และไม่สามารถมีโครงที่แข็งแกร่งที่ติดตั้งอยู่ภายใน. ดังนั้น จนกระทั่งปี 1930s ปีกส่วนใหญ่มีน้ำหนักเบาเกินไปที่จะมีความแข็งแรงเพียงพอและต้องเพิ่มเสาค้ำยันภายนอกและลวด. เมื่อเครื่องยนต์มีให้ใช้ได้เพิ่มขึ้นในช่วงปี 1920s และ 1930s, ปีกสามารถถูกสร้างให้หนักและแข็งแรงพอที่การค้ำยันไม่มีจำเป็นต้องมีอีกต่อไป. ประเภทของปีก ที่ไม่ต้องค้ำยันนี้เรียกว่า cantilever wing.

รูปแบบของปีก

บทความหลัก: Wing configuration

 

Morane-Saulnier L เครื่องบินปีกชั้นเดียวแบบร่มค้ำยันด้วยลวด

จำนวนและรูปร่างของปีกมีหลายประเภทแตกต่างกันอย่างกว้างขวาง. ปีกของเครื่องบินอาจจะเต็มช่วงหรือแบ่งครึ่งตรงลำตัวส่วนกลางเป็นปีกพอร์ต (ซ้าย) และปีกกราบขวา(อังกฤษ: starboard) (ขวา). เป็นครั้งคราวที่ปีกมีมากกว่าหนึ่งปีก, เช่น Triplane มีสามปีกที่ประสบความสำเร็จมีชื่อเสียงเล็กน้อยในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง, quadruplane มีสี่ปีกและการออกแบบ multiplane อื่นๆมีความสำเร็จเล็กน้อย.

monoplane มีปีกชั้นเดียว, biplane มีปีกสองชั้นซ้อนกัน, tandem wing มีปีกคู้หนึ่งวางต่อข้างหลังทั้งสองข้าง. เมื่อเครื่องยนต์มีให้ใช้ได้เพิ่มขึ้นในช่วงปี 1920s -1930s และการค้ำยันไม่เป็นที่ต้องการอีกต่อไป, monoplane ที่ไม่มีเสาค้ายัน หรือแบบ cantilever ได้กลายเป็นรูปแบบที่พบมากที่สุดของเครื่องบินประเภทขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์.

planform ของปีกคือรูปร่างของปีกเมื่อมองจากด้านบน. เพื่อให้มีประสิทธิภาพด้านอากาศพลศาสตร์, ปีกควรมีลักษณะตรงโดยมีความยาวปีก(อังกฤษ: wingspan)มากกว่าความกว้างของปีก(อังกฤษ: chord)มาก(aspect ratio สูง). แต่การที่จะมีประสิทธิภาพทางโครงสร้างและมีน้ำหนักเบาด้วย, ปีกต้องสั้น แต่ยังคงมีพื้นที่เพียงพอที่จะสร้างแรงยก (aspect ratio ต่ำ)

ที่ความเร็ว transonic (ใกล้ความเร็วของเสียง) ปีกจะลู่ไปข้างหลังหรือไปข้างหน้าเพื่อลดแรงต้านจากคลื่นช็อกเหนือเสียง(อังกฤษ: supersonic shock wave)ที่กำลังถูกสร้างขึ้น. ปีกลู่เป็นเพียงปีกตรงที่ลู่ไปข้างหลังหรือไปข้างหน้า.

 

เครื่องต้นแบบของ Dassault Mirage G สองเครื่อง, หนึ่งในนั้นมีปีกลู่

Delta wing เป็นปีกรูปสามเหลี่ยมซึ่งอาจถูกนำมาใช้ด้วยเหตุผลหลายประการ. เมื่อเป็นปีก Rogallo ยืดหยุ่น มันจะเป็นรูปร่างที่มั่นคงภายใต้แรงอากาศพลศาสตร์, และดังนั้น มันมักจะใช้สำหรับอากาศยานชนิดเบาและแม้กระทั่งว่าว. เมื่อเป็นปีกเหนือเสียง มันรวบรวมความแข็งแรงที่สูงเข้ากับแรงต้านที่ต่ำและดังนั้น มันมักจะใช้สำหรับเครื่องบินไอพ่นความเร็วสูง.

ปีกเรขาคณิตแปรได้(อังกฤษ: variable geometry wing)สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในขณะบินไปยังรูปร่างที่แตกต่างไป. ปีกลู่แปรได้(อังกฤษ: variable-sweep wing)จะแปลงระหว่างรูปแบบตรงที่มีประสิทธิภาพสำหรับการบินขึ้นและลงจอด, ไปเป็นรูปแบบลู่ที่มีแรงต้านต่ำสำหรับการบินความเร็วสูง. รูปแบบอื่นๆของ planform ที่แปรได้ได้นำมาทดลองการบิน, แต่ไม่มีแบบไหนที่ไปไกลเกินกว่าขั้นตอนการวิจัย.

ลำตัว

บทความหลัก: fuselage

"ลำตัว"มีรูปร่างยาว, บาง, มักจะมีปลายเรียวหรือโค้งมนเพื่อทำให้รูปร่างของมันราบเรียบตามหลักอากาศพลศาสตร์. ลำตัวอาจบรรทุกลูกเรือการบิน, ผู้โดยสาร, สินค้าหรือสัมภาระ, น้ำมันเชื้อเพลิงและเครื่องยนต์. นักบินของเครื่องบินที่มีคนบังคับจะควบคุมการทำงานของเครื่องบินจากห้องนักบิน(อังกฤษ: cockpit)ที่อยู่ที่ด้านหน้าหรือด้านบนของลำตัวและติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมและเครื่องมือ. เครื่องบินอาจจะมีมากกว่าหนึ่งลำตัวหรือมันอาจจะติดตั้งด้วย booms ที่มีหางอยู่ระหว่าง booms เพื่อให้ด้านหลังสุดของลำตัวเป็นประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย.

ปีกกับลำตัว

ปีกบิน

บทความหลัก: Flying wing

 

B-2 Spirit ที่ผลิตโดยสหรัฐฯเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดยุทธวิธี. มันมีรูปแบบของปีกบินและมีความสามารถปฏิบัติภารกิจข้ามทวีปได้

ปีกบินเป็นเครื่องบินที่ไม่มีหางและไม่มีลำตัวชัดเจน. ส่วนใหญ่ของลูกเรือ, สัมภาระและอุปกรณ์จะตั้งอยู่ภายในโครงสร้างปีกหลัก.

รูปแบบของปีกบินได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในช่วงทศวรรษที่ 1930 และ 1940, โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย Jack Northrop และ Cheston L. Eshelman ในสหรัฐอเมริกา, และ Alexander Lippisch และพี่น้อง Horten ในเยอรมนี. หลังจากสงคราม การออกแบบเพื่อการทดลองจำนวนมากอยู่บนพื้นฐานของแนวคิดปีกบิน, แต่ความยากลำบากที่รู้ๆกันยังคงดื้อดึง. ความสนใจทั่วไปบางอย่างยังคงมีต่อเนื่องไปจนถึงช่วงต้นทศวรรษ 1950 แต่การออกแบบไม่ได้เสนอความได้เปรียบอย่างมากในพิสัยการทำงานและนำเสนอปัญหาทางเทคนิคจำนวนมากที่นำไปสู่​​การยอมรับของโซลูชั่น "ธรรมดา" เช่น Convair B-36 และ B-52 Stratofortress. เนื่องจากความจำเป็นในทางปฏิบัติสำหรับปีกลึก(อังกฤษ: deep wing), แนวคิดปีกบินจึงเป็นจริงมากที่สุดสำหรับการออกแบบในพิสัยความเร็วที่ช้าถึงปานกลาง, และมีความสนใจอย่างต่อเนื่องในการใช้มันกับการออกแบบ'เครื่องบินขนส่งทางอากาศแบบยุทธวิธี'(อังกฤษ: tactical airlifter).

ความสนใจในปีกบินได้รับการต่ออายุในปี 1980s เนื่องจากศักยภาพการสะท้อนเรดาร์ของมันที่ค่อนข้างต่ำ. เทคโนโลยี Stealth พึ่งพารูปร่างที่สะท้อนคลื่นเรดาร์ในบางทิศทางเท่านั้น, ดังนั้น มันจึงทำให้เครื่องบินยากในการตรวจสอบเว้นแต่ว่าตัวรับเรดาร์จะอยู่ที่ตำแหน่งเฉพาะที่สัมพันธ์กับเครื่องบิน - ตำแหน่งที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในขณะที่เครื่องบินเคลื่อนที่. วิธีการนี้ในที่สุดก็นำไปสู่เครื่อง Northrop B-2 Spirit, เครื่องบินทิ้งระเบิดแบบ Stealth. ในกรณีนี้ข้อได้เปรียบด้านอากาศพลศาสตร์ของปีกบินไม่ได้เป็นความต้องการหลัก. อย่างไรก็ตาม ระบบ fly-by-wire ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์​​ที่ทันสมัยได้ยอมให้หลายข้อบกพร่องทางอากาศพลศาสตร์ของปีกบินได้ถูกทำให้น้อยที่สุด, เพื่อให้เครื่องบินทิ้งระเบิดระยะไกลมีประสิทธิภาพและมีความเสถียร.

ลำตัวผสมกับปีก

บทความหลัก: Blended wing

 

แบบจำลองที่สร้างขึ้นด้วยคอมพิวเตอร์ของเครื่องบินโบอิ้ง X-48

เครื่องบินที่มีลำตัวผสมกับปีกจะมีรูปร่างที่แบนแบบ airfoil ที่สร้างแรงยกส่วนมากเพื่อให้ตัวมันเองลอยขึ้น, และมีโครงสร้างปีกที่แตกต่างกันและแยกออกจากกันแม้ว่าปีกจะถูกผสมได้อย่างกลมกลืนกับลำตัว.

ดังนั้นเครื่องบินที่มีลำตัวผสมกับปีกจะผนวกคุณสมบัติการออกแบบจากทั้งลำตัวและปีกบินในอนาคต. ข้อดีที่อ้างของวิธีการของลำตัวผสมกับปีกคือปีกสร้างแรงยกสูงอย่างมีประสิทธิภาพและลำตัวจะเป็นรูป airfoil ที่กว้าง. สิ่งนี้จะช่วยให้ลำตัวทั้งหมดมีส่วนร่วมในการสร้างแรงยกที่มีผลให้มีศักยภาพที่จะประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงได้มากยิ่งขึ้น.

ลำตัวยก

 

Martin-Marietta X-24 ของบริษัท Martin Aircraft Company ถูกสร้างขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการทดลองของกองทัพสหรัฐระหว่างปี 1963-1975

บทความหลัก: Lifting body ลำตัวยกคือรูปแบบที่ลำตัวของมันเองสร้างแรงยกขึ้นมา. ในทางตรงกันข้ามกับปีกบิน, ซึ่งเป็นปีกที่มีลำตัวแบบที่ใช้กันทั่วไปน้อยที่สุดหรือไม่มีเลย, ลำตัวยกสามารถคิดได้ว่าเป็นลำตัวที่มีปีกแบบที่ใช้กันทั่วไปน้อยหรือไม่มีเลย. ในขณะที่ปีกบินพยายามที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการล่องเรือให้สูงสุดที่ความเร็วใกล้เสียงโดยการขจัดพื้นผิวที่ไม่สร้างแรงยก, ลำตัวยกโดยทั่วไปจะลดให้น้อยที่สุดของแรงต้านและโครงสร้างของปีกสำหรับการบินความเร็วใกล้เสียง, ความเร็วเสียง, และความเร็วเหนือเสียงหรือยานอวกาศ. ทั้งหมดของระบอบการบินเหล่านี้ก่อให้เกิดความท้าทายเพื่อสร้างความมั่นคงการบินที่เหมาะสม.

ลำตัวยกเป็นพื้นที่สำคัญของการวิจัยในปี 1960s และ 1970s โดยเป็นวิธีที่จะสร้างยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมขนาดเล็กและน้ำหนักเบา. สหรัฐได้สร้างเครื่องบินจรวดลำตัวยกที่มีชื่อเสียงจำนวนมากเพื่อทดสอบแนวความคิด, เช่นเดียวกับที่หลายๆยานพาหนะที่ยิงขึ้นด้วยจรวดที่ได้รับการทดสอบเหนือมหาสมุทรแปซิฟิก. ความสนใจจางหายไปเมื่อกองทัพอากาศสหรัฐหมดความสนใจในภารกิจที่มีมนุษย์ควบคุม, และการพัฒนาที่สำคัญได้สิ้นสุดระหว่างขั้นตอนการออกแบบกระสวยอวกาศเมื่อมันกลายเป็นที่ชัดเจนว่าลำตัวที่ถูกสร้างรูปอย่างสูงทำให้มันเป็นเรื่องยากที่จะใส่ถังเชื้อเพลิงเข้าไปให้พอดีได้.

แพนหางแนวตั้งและปีกหน้า(อังกฤษ: foreplane)

 

Canards บน Saab Viggen

ปีกส่วน airfoil ที่คลาสสิกจะไม่เสถียรในการบินและยากที่จะควบคุม. ประเภทของปีกที่มีความยืดหยุ่นมักจะพึ่งพาสายสมอหรือน้ำหนักของนักบินที่แขวนอยู่ข้างใต้เพื่อรักษาการวางตัวที่ถูกต้อง. การบินอิสระบางประเภทใช้ airfoil ที่ถูกปรับให้มีเสถียรภาพหรือกลไกที่หลักแหลมอื่น ๆ รวมทั้งตัวสร้างความมั่นคงเทียมที่ใช้อิเล็กทรอนิกส์เมื่อเร็ว ๆ นี้

แต่เพื่อให้บรรลุการทรงตัว, เสถียรภาพและการควบคุม, ปีกแบบคงที่ส่วนมากมีแพนหางแนวตั้งหนึ่งอันที่ประกอบด้วยครีบและหางเสือซึ่งทำหน้าที่ในแนวนอน, และแพนหางแนวนอนหรือ tailplane และตัวยก(อังกฤษ: elevator)ซึ่งทำหน้าที่ในแนวตั้ง. สิ่งนี้เป็นเรื่องธรรมดามากโดยรู้จักกันว่าเป็นเลย์เอาท์แบบเดิม. บางครั้งอาจจะมีครีบสองอันหรือมากกว่า, ระยะห่างออกไปตามแนว tailplane

บางชนิดมีปีกหน้าแนวนอน "canard" อยู่ข้างหน้าของปีกหลัก, แทนที่จะอยู่ข้างหลังมัน. foreplane นี้อาจมีส่วนช่วยในการยกตัว, การทรงตัว, หรือการควบคุมของเครื่องบิน, หรือทุกอย่างเหล่านี้.

Winglets

 

Winglet ที่ติดอยู่กับปลายปีกของโบอิ้ง 757 ของสายการบิน Continental Airlines

• Winglets มักมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องบินปีกอยู่กับที่. แนวคิดของ winglets เกิดขึ้นปลายศตวรรษที่ 19 แต่ความคิดยังคงอยู่บนกระดานวาดภาพ. ตลอดปี 1970s เมื่อราคาของน้ำมันเชื้อเพลิงการบินเริ่มแพงขึ้น, วิศวกรการบินนาซา ริชาร์ด Whitcomb เริ่มสืบสวนและการศึกษาความเป็นไปได้ของ winglets เพื่อปรับปรุงอากาศพลศาสตร์โดยรวมและ ลดแรงต้านที่กระทำกับเครื่องบิน. การทดสอบของ Whitcomb ในที่สุดลงเอยด้วยการทดสอบการบินที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกของ winglets ของเขาที่ติดอยู่บน KC -135 Stratotanker เมื่อวันที่ 24 กรกฎาคม 1979.

การควบคุมและเครื่องมือ

 

ห้องนักบินอากาศยานเบา (Avions Robin DR400/500)

ข้อมูลเพิ่มเติม: เครื่องบินปีกคงที่§การควบคุมอากาศยานและเครื่องบินปีกคงที่§เครื่องมือวัดห้องนักบิน

เครื่องบินมีระบบควบคุมการบินที่ซับซ้อนหลายระบบ. การควบคุมหลักช่วยให้นักบินนำเครื่องบินในอากาศโดยการควบคุมการทรงตัว (ม้วน, เงยและหันเห) และแรงขับของเครื่องยนต์.

บนเครื่องบินที่มีคนบังคับ, เครื่องมือในห้องนักบินให้ข้อมูลกับนักบิน, รวมทั้งข้อมูลการบิน, กำลังส่งออกของเครื่องยนต์, การนำทาง, การสื่อสารและระบบอากาศยานอื่นๆที่อาจจะถูกติดตั้ง.

ความปลอดภัย

บทความหลัก: ความปลอดภัยทางอากาศ

เมื่อความเสี่ยงถูกวัดจากจำนวนการเสียชีวิตต่อผู้โดยสารกิโลเมตร, การเดินทางทางอากาศจะปลอดภัยกว่าการเดินทางโดยรถบัสหรือรถไฟอยู่ที่ประมาณ 10 เท่า. อย่างไรก็ตามเมื่อใช้สถิติจำนวนการเสียชีวิตต่อการเดินทาง, การเดินทางทางอากาศเป็นอันตรายมากกว่าการเดินทางด้วยรถ, ระบบราง, หรือรถบัสอย่างมีนัยสำคัญ. การประกันการเดินทางทางอากาศค่อนข้างมีราคาแพงด้วยเหตุผลนี้ - บริษัทประกันโดยทั่วไปใช้สถิติจำนวนการเสียชีวิตต่อการเดินทาง. มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างความปลอดภัยของสายการบินและเครื่องบินส่วนตัวขนาดเล็ก, ด้วยสถิติต่อไมล์แสดงให้เห็นว่าสายการบินปลอดภัยกว่าเครื่องบินขนาดเล็กที่ 8.3 เท่า.

แหล่งข้อมูลอื่น

• The Beginner's Guide to Aeronautics
• อากาศยาน
• เครื่องยนต์ไอพ่น

อ้างอิง

1. ἀήρ, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
2. "aeroplane", Merriam-Webster Online Dictionary.
3. πλάνος, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
4. aeroplane, Oxford Dictionaries
5. "aeroplane, Oxford English Dictionary online.
6. Aulus Gellius, "Attic Nights", Book X, 12.9 at LacusCurtius
7. "Archytas of Tarentum, Technology Museum of Thessaloniki, Macedonia, Greece". Tmth.edu.gr. สืบค้นเมื่อ 2013-05-30.
8. "Modern rocketry". Pressconnects.com. สืบค้นเมื่อ 2013-05-30.^{[ลิงก์เสีย]}
9. "Automata history". Automata.co.uk. สืบค้นเมื่อ 2013-05-30.
10. White, Lynn. "Eilmer of Malmesbury, an Eleventh Century Aviator: A Case Study of Technological Innovation, Its Context and Tradition." Technology and Culture, Volume 2, Issue 2, 1961, pp. 97–111 (97–99 resp. 100–101).
11. "Aviation History". สืบค้นเมื่อ 26 July 2009. In 1799 he set forth for the first time in history the concept of the modern aeroplane. Cayley had identified the drag vector (parallel to the flow) and the lift vector (perpendicular to the flow).
12. "Sir George Cayley (British Inventor and Scientist)". Britannica. สืบค้นเมื่อ 26 July 2009. English pioneer of aerial navigation and aeronautical engineering and designer of the first successful glider to carry a human being aloft. Cayley established the modern configuration of an airplane as a fixed-wing flying machine with separate systems for lift, propulsion, and control as early as 1799.
13. "Cayley, Sir George: Encyclopædia Britannica 2007."^{[ลิงก์เสีย]} Encyclopædia Britannica Online, 25 August 2007.
14. Beril, Becker (1967). Dreams and Realities of the Conquest of the Skies. New York: Atheneum. pp. 124–125
15. Inglis, Amirah. "Hargrave, Lawrence (1850–1915)". Australian Dictionary of Biography. 9. Melbourne University Press. สืบค้นเมื่อ 5 July 2010.
16. FAI News: 100 Years Ago, the Dream of Icarus Became Reality^{[ลิงก์เสีย]} posted 17 December 2003. Retrieved: 5 January 2007.
17. Who designed and flew the first practical airplane?
18. Jones, Ernest. "Santos Dumont in France 1906–1916: The Very Earliest Early Birds." earlyaviators.com, 25 December 2006. Retrieved: 17 August 2009.
19. Les vols du 14bis relatés au fil des éditions du journal l'illustration de 1906.^{[ลิงก์เสีย]} The wording is: "cette prouesse est le premier vol au monde homologué par l'Aéro-Club de France et la toute jeune Fédération Aéronautique Internationale (FAI)."
20. Santos-Dumont: Pionnier de l'aviation, dandy de la Belle Epoque.^{[ลิงก์เสีย]}
21. Crouch, Tom (1982). Bleriot XI, The Story of a Classic Aircraft. Smithsonian Institution Press. pp. 21 and 22. ISBN 0-87474-345-1. |access-date= requires |url= (help)
22. Power Beaming. Dfrc.nasa.gov.
23. Crane, Dale: Dictionary of Aeronautical Terms, third edition, page 224. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2 อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่สมเหตุสมผล มีนิยามชื่อ "Crane" หลายครั้งด้วยเนื้อหาต่างกัน
24. Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, page 10 (27th revised edition) ISBN 0-9690054-9-0
25. Federal Aviation Administration (August 2008). "Title 14: Aeronautics and Space - PART 1—DEFINITIONS AND ABBREVIATIONS". สืบค้นเมื่อ 5 August 2008.
26. "Winglets". NASA.
27. The risks of travel. Numberwatch.co.uk.
28. Flight into danger - 7 August 1999 - New Scientist Space. Space.newscientist.com (7 August 1999)
29. Mantakos, Harry, Is GA Flying Safer Than Driving?, สืบค้นเมื่อ 13 May 2012

• รูปภาพเกี่ยวกับเครื่องบิน ที่ฟลิคเกอร์