Dynamic Pressure คืออะไร?
ลองนึกภาพว่า
- คุณยืนอยู่เฉย ๆ ไม่มีลม → ไม่รู้สึกแรงดัน
- คุณวิ่งเร็ว ๆ → รู้สึกว่าลมปะทะหน้า
- หรือคุณยืนอยู่ แต่มีลมแรงพัดมา
ทั้งสองกรณีนี้เกิดจาก อากาศมีความเร็วสัมพัทธ์ (Relative Airflow)
แรงปะทะนั้นเรียกว่า
Dynamic Pressure (q)
กล่าวง่าย ๆ
ยิ่งอากาศเคลื่อนที่เร็วเท่าไร ก็ยิ่งเกิด Dynamic Pressure มากขึ้น
สมการ
Dynamic Pressure มีค่าเป็น
[
q=\frac{1}{2}\rho V^2
]
โดยที่
- q = Dynamic Pressure
- ρ (rho) = Air Density
- V = True Airspeed
สังเกตว่า
ความเร็วถูกยกกำลังสอง
|
|
จึงเป็นเหตุผลว่า
ความเร็วเพิ่มเพียงเล็กน้อย
Dynamic Pressure จะเพิ่มมาก
ตัวอย่าง
สมมติ
ความเร็ว
100 kt
Dynamic Pressure = 1 หน่วย
ถ้าเพิ่มเป็น
200 kt
จะได้
[
\left(\frac{200}{100}\right)^2=4
]
Dynamic Pressure
เพิ่มเป็น 4 เท่า
นี่คือเหตุผลที่
- Drag เพิ่มมากเมื่อบินเร็ว
- Lift เพิ่มอย่างรวดเร็วเมื่อความเร็วเพิ่ม
Dynamic Pressure มาจากไหน?
ในอากาศมีพลังงานอยู่สองรูปแบบ
1. Static Pressure
คือ
ความดันของอากาศที่กดทุกทิศทาง
ไม่ว่าอากาศจะเคลื่อนที่หรือไม่
เราจะวัดได้จาก
Static Port
2. Dynamic Pressure
เกิดจาก
การเคลื่อนที่ของอากาศ
วัดจาก
Pitot Tube
สองตัวรวมกันเป็น
Total Pressure
[
P_t=P_s+q
]
หรือ
\text{Static Pressure}
+
\text{Dynamic Pressure}
]
นี่คือหลักการของ
Pitot-Static System
ที่ใช้สร้าง
Airspeed Indicator
ทำไม Dynamic Pressure จึงสำคัญกับ Lift?
หมายความว่า
Lift
ขึ้นอยู่กับ
- Dynamic Pressure
- พื้นที่ปีก
- Lift Coefficient
แล้ว Drag ล่ะ?
Drag ก็เหมือนกัน
[
D=qSC_D
]
ดังนั้น
Dynamic Pressure เพิ่ม
↓
Lift เพิ่ม
และ
Drag ก็เพิ่มเช่นกัน
ถ้าบินสูงขึ้นจะเกิดอะไร?
เมื่อบินสูง
Air Density (ρ)
ลดลง
แม้จะใช้ความเร็วเท่าเดิม
Dynamic Pressure จะลดลง
จึงเป็นเหตุผลว่า
เครื่องบินต้องบินด้วย
True Airspeed สูงขึ้น
เพื่อให้ได้
Dynamic Pressure เท่าเดิม
และรักษา Lift ให้เพียงพอ
ตัวอย่างที่นักบินพบจริง
ระหว่าง Takeoff
เครื่องบินเร่งความเร็ว
↓
Dynamic Pressure เพิ่มขึ้น
↓
Lift เพิ่มขึ้น
↓
ถึง Rotation Speed
↓
เครื่องบินบินได้
ระหว่าง Landing
ความเร็วลดลง
↓
Dynamic Pressure ลดลง
↓
Lift ลดลง
↓
หากช้ากว่า Stall Speed
Lift ไม่พอ
เครื่องบินจะ Stall
เวลาเข้า Turbulence
ลมกระโชก (Gust)
ทำให้ Relative Airflow เปลี่ยนทันที
↓
Dynamic Pressure เปลี่ยน
↓
Lift เปลี่ยนทันที
จึงรู้สึกว่าเครื่องบิน “ยก” หรือ “ยุบ” อย่างฉับพลัน
ความสัมพันธ์กับ Airspeed Indicator
Airspeed Indicator ไม่ได้วัดความเร็วโดยตรง
แต่วัด
Dynamic Pressure
จากความต่างระหว่าง
- Total Pressure (Pitot Tube)
- Static Pressure (Static Port)
แล้วจึงแปลงเป็น Indicated Airspeed (IAS)
ดังนั้น IAS จึงเป็นตัวแทนของ Dynamic Pressure มากกว่าจะเป็นความเร็วจริงของเครื่องบิน
สรุปแบบจำง่าย
Static Pressure = ความดันของอากาศที่อยู่นิ่ง
Dynamic Pressure = ความดันที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอากาศ
Total Pressure = Static Pressure + Dynamic Pressure
และสิ่งที่ควรจำสำหรับการสอบ ATPL คือ
- Dynamic Pressure แปรผันตาม ความเร็วกำลังสอง (V²)
- Dynamic Pressure เพิ่ม → Lift และ Drag เพิ่ม
- Airspeed Indicator ใช้หลักการวัด Dynamic Pressure ผ่านระบบ Pitot-Static
- Lift และ Drag สามารถเขียนให้อยู่ในรูป (L = qSC_L) และ (D = qSC_D) ได้ ซึ่งช่วยให้เห็นว่า Dynamic Pressure เป็นหัวใจของแรงอากาศพลศาสตร์ทั้งหมด
“ปีกไม่ได้สร้างแรงยกจากความเร็วโดยตรง แต่สร้างแรงยกจาก Dynamic Pressure ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอากาศ”
1. S = Wing Area
คือพื้นที่ปีกที่ใช้สร้างแรงยก
หน่วยเป็น
- ตารางเมตร (m²)
- ตารางฟุต (ft²)
ตัวอย่าง
- Cessna 172 ≈ 16.2 m²
- Boeing 737-800 ≈ 125 m²
- Airbus A380 ≈ 845 m²
โดยทั่วไป
พื้นที่ปีกมาก → มีศักยภาพสร้าง Lift ได้มากขึ้น
2. C<sub>L</sub> = Lift Coefficient
นี่เป็นตัวแปรที่สำคัญที่สุดตัวหนึ่งในวิชา Principles of Flight
C<sub>L</sub> เป็น ตัวเลขที่บอกว่า “ปีกสร้างแรงยกได้มีประสิทธิภาพเพียงใด”
ไม่มีหน่วย (Dimensionless)
ค่า C<sub>L</sub> จะเปลี่ยนไปตามหลายปัจจัย เช่น
- Angle of Attack (AoA)
- รูปร่างปีก (Airfoil)
- การกาง Flap หรือ Slat
- Reynolds Number
- Mach Number (โดยเฉพาะเมื่อเข้าใกล้ความเร็วสูง)
ทำไมต้องมี C<sub>L</sub>?
สมมติ
เครื่องบินสองลำ
- มีพื้นที่ปีกเท่ากัน
- บินที่ความเร็วเท่ากัน
- อยู่ที่ระดับความสูงเท่ากัน
แต่
ลำหนึ่งบินที่ AoA 3°
อีกลำบินที่ AoA 10°
แม้ Dynamic Pressure จะเท่ากัน
แต่
เครื่องที่มี AoA มากกว่า
จะมี
C<sub>L</sub> สูงกว่า
จึงสร้าง Lift ได้มากกว่า
ความสัมพันธ์กับ Angle of Attack
เมื่อเพิ่ม AoA
C<sub>L</sub> จะเพิ่มขึ้น
จนถึงจุดหนึ่ง
เรียกว่า
C<sub>Lmax</sub>
หลังจากนั้น
กระแสอากาศเริ่มแยกตัว (Flow Separation)
ทำให้
C<sub>L</sub> ลดลงอย่างรวดเร็ว
เกิด
Stall
นี่คือเหตุผลที่ Stall เกิดจาก มุมปะทะ (Critical AoA) ไม่ใช่เพียงเพราะความเร็วต่ำ
ตัวอย่างค่า C<sub>L</sub>
โดยประมาณ
- Cruise: 0.3–0.6
- Takeoff: 0.8–1.5
- Landing (Flaps Extended): 1.5–2.5
- ก่อน Stall: ใกล้ C<sub>Lmax</sub>
เครื่องบินแต่ละแบบจะมีค่า C<sub>Lmax</sub> แตกต่างกัน
ทำไมกาง Flap แล้ว Lift เพิ่ม?
การกาง Flap
- เพิ่มความโค้งของปีก (Camber)
- บางแบบยังเพิ่มพื้นที่ปีก (Effective Wing Area)
ผลคือ
C<sub>L</sub> เพิ่มขึ้น
|
|
|
จึงสร้าง Lift ได้มากขึ้นแม้ใช้ความเร็วต่ำ
แต่ข้อเสียคือ
Drag ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
