อยู่เพื่อบิน
สุรัตน์ เทียนประภา



เครื่องบินทะเล

Seaplane คืออะไร

Seaplane คือเครื่องบินที่ขึ้นลงบนผิวน้ำ เป็นเครื่องบินที่ออกแบบเป็นพิเศษ ให้ขึ้นลงบนพื้นผิวที่เครื่องบินทั่วไปขึ้นลงไม่ได้ ความสามารถพิเศษนี้ เป็นทั้งข้อได้เปรียบและข้อด้อย ซึ่งข้อด้อยนี้อาจเป็นสาเหตุเดียวที่ทำให้เครื่องบินชนิดนี้เกือบจะสูญพันธุ์ในปัจจุบัน

ในการค้นหาและให้ความช่วยเหลือในทะเล ไม่มีเครื่องบินชนิดไหนทำได้ดีเท่าเครื่องบินทะเล เครื่อง เฮลิคอปเตอร์มีความเร็วไม่พอและระยะทางบินสั้น ไม่สามารถครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ ส่วนเครื่องบินธรรมดาแม้จะมีความเร็วสูงและระยะทางบินไกล แต่เมื่อค้นพบผู้รอดชีวิต จะต้องเรียกให้เครื่องบินทะเลมาทำการช่วยเหลือ นอกจากนี้ เครื่องบินทะเลยังใช้งานได้ดีในการรับส่งผู้โดยสารและสินค้าไปยังพื้นที่ทะเลสาปและพื้นที่ที่ห่างไกลที่เครื่องบินธรรมดาเข้าลงจอดไม่ได้ และจะใช้งานได้ดีมากโดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีทะเล อ่าว แม่น้ำ ลำธาร หนองน้ำ บึง และอ่างเก็บน้ำ

หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 การใช้เครื่องบินทะเลลดลงมากจากหลายสาเหตุ ความสามารถในการขึ้นลงบนผิวน้ำมีความสำคัญน้อยลงมาก เนื่องจากมีการสร้างสนามบินและลานบินมากมายเชื่อมโยงการเดินทางระหว่างเมืองสำคัญๆ ในระหว่างสงคราม สาเหตุที่แท้จริงที่ทำให้เครื่องบินทะเลหายไปจากวงการ ไม่ใช่เพราะสนามบินและลานบินที่มีมากขึ้น แต่เป็นเพราะประสิทธิภาพ (efficiency) ในการใช้งานเมื่อเทียบกับเครื่องบินธรรมดา การออกแบบของเครื่องบินทะเลมีความเหมาะสมสูงสุดเมื่อขับเคลื่อนบนผิวน้ำ ในระหว่างบินขึ้นและบินลง แต่สร้างแรงต้าน (drag) มากขณะบินอยู่บนอากาศ

เครื่องบินทะเลแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด

ชนิดแรก มักจะเรียกกันว่า เครื่องบินลอยน้ำ (float plane) เครื่องบินลอยน้ำนี้ตามจริงก็คือเครื่องบินขนาดเล็กธรรมดา แทนที่จะมีล้อสำหรับวิ่งขึ้นลงบนลานบิน มีทุ่นลอยน้ำขนาดใหญ่ 2 ทุ่นอยู่ใต้ลำตัว เพื่อช่วยพยุงให้ลอยอยู่บนน้ำและขับเคลื่อนไปได้ แต่ทุ่นลอยน้ำนี้กลับทำให้เครื่องบินมีน้ำหนักและแรงต้านบนอากาศมากขึ้น

ชนิดที่สอง เรียกกันว่า เรือบิน (flying boat) โดยด้านล่างของลำตัวจะเหมือนด้านล่างของเรือ รูปร่างอุ้ยอ้ายด้านล่างนี้ นอกจากจะช่วยพยุงน้ำหนักให้ลอยน้ำแล้ว ยังช่วยในการเคลื่อนตัวบนน้ำได้ดีอีกด้วย แต่ในขณะเดียวกัน รูปร่างของเรือนี้กลับกลายเป็นตัวก่อแรงต้าน เป็นตัวฉุดเวลาบินอยู่บนอากาศ นอกจากนี้ เรือบินส่วนมากจะมีทุ่นขนาดเล็กติดอยู่ที่ปลายปีกทั้ง 2 ข้าง เพื่อพยุงให้ปีกอยู่เหนือน้ำ ทำให้น้ำหนักและแรงต้านเพิ่มมากขึ้นไปอีก โดยสรุปคือ การเพิ่มส่วนประกอบที่ช่วยทำให้เครื่องบินขึ้นลงได้บนน้ำ เป็นผลให้ประสิทธิภาพลดลงมาก มากถึงร้อยละ 20 ส่งผลให้ขีดความสามารถในการบรรทุกลดลง อัตราการไต่ขึ้นช้า บินได้ช้า และสิ้นเปลืองน้ำมันมากกว่า จะต้องมีการทำให้ส่วนที่ด้อยประสิทธิภาพเหล่านี้ลดน้อยลงหรือหมดไป จึงจะมีโอกาสได้เห็นเครื่องบินทะเลกลับเข้ามาอยู่ในความนิยม เทียบเคียงเครื่องบินชนิดอื่นๆ

เมื่อพูดถึงประเทศไทย จะนึกถึง น้ำ น้ำ และน้ำ มากจนท่วมทุกปี ประเทศไทยมีร่องน้ำและลำน้ำมากมายที่เชื่อมโยงกันเป็นระบบ ทั้งแม่น้ำ ลำคลอง และทะเล ซึ่งน่าจะมากกว่าระบบการคมนาคมทางบก เช่น ถนน ตรอก ซอย ด้วยซ้ำไป ตามข้อมูลจาก Wikipedia ประเทศไทยมีลุ่มน้ำหลักถึง 25 ลุ่มน้ำ และมีลุ่มน้ำย่อยอีกถึง 254 ลุ่มน้ำ ซึ่งสามารถพัฒนาใช้เป็นท่าเรือเครื่องบินน้ำขนาดต่างๆ สำหรับระบบการคมนาคมและขนส่งทางน้ำ ท่าเรือริมลุ่มน้ำที่กล่าวนี้จะมีอยู่เพียงในภาคกลางและภาคเหนือของประเทศ ส่วนภาคใต้ของประเทศที่ล้อมรอบด้วยทะเลทั้ง 2 ข้าง สามารถพัฒนาให้เป็นเมืองท่าชายฝั่งเชื่อมทะเลกับจังหวัดต่างๆ ได้อีก ในจำนวนไม่จำกัด ในภาพรวม มีความเป็นไปได้มากที่จะพัฒนาระบบการคมนาคมและขนส่งทางน้ำที่สมบูรณ์ทั้งระบบเชื่อมโยงไปทั่วทุกแห่งของประเทศ

เพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดจากข้อได้เปรียบทางภูมิศาสตร์ที่มีอยู่ เราควรพิจารณาใช้เครื่องบินทะเลให้เป็นส่วนหนึ่งของระบบการคมนาคมขนส่งของประเทศในอนาคต

เทคโนโลยีสมัยใหม่ในการสร้างเครื่องบินจำลอง เช่น ระบบควบคุมโดยวิทยุ รวมกับการคิดค้นความรอบรู้ใหม่ๆทางอินเตอร์เน็ต (YouTube) ทำให้ผู้ใดที่ชื่นชอบ (enthusiasts) สามารถออกแบบและสร้างเครื่องบินตามจินตนาการของตัวเอง ด้วยเงินทุนของตัวเอง ถึงแม้จะไม่มีความรู้จากการศึกษาหรือประสบการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องบินมาก่อน สำหรับเราชาวไทย น่าจะให้ความสนใจเป็นพิเศษกับเครื่องบินทะเล ส่วนต่างชาติไม่สนใจเพราะเขาไม่มีระบบเชื่อมโยงทางน้ำมากมายและหลากหลายเท่าเรา ถ้าเราเริ่มศึกษา / สร้าง / พัฒนา ในสิ่งที่ไม่มีคนสนใจ เราอาจจะกลายเป็นประเทศเดียวที่มีความเชี่ยวชาญในด้านนี้ก็เป็นได้ แต่ถ้าไม่ประสบความสำเร็จ อย่างมากก็เสียเวลา เสียเงินก้นถุง และเสียใจ แต่ก็ไม่สูญเปล่าเพราะนับได้ว่าเป็นต้นทุนที่ไม่แพงเมื่อเทียบกับความรู้ที่ได้มา

ในการเริ่ม เราจะมีประเด็นมากมายที่ต้องคิดปรับปรุงแก้ไข แต่ในที่สุดแล้วจะไปจบลงที่ประสิทธิภาพ ถ้าเราสามารถลดแรงต้านและเพิ่มประสิทธิภาพแม้เพียงนิดเดียวก็ถือว่าบรรลุผลสำเร็จแล้ว เราจะได้นำความรู้ที่ได้นี้ไปใช้ในการออกแบบสร้างเครื่องบินทะเลยุคต่อไปให้ดีขึ้น การออกแบบเบื้องต้นที่ควรจะนำมาปรับปรุงและพัฒนาต่อไป ได้แก่

1) การใช้เครื่องยนต์ระบบไฟฟ้า หรือ กึ่งไฟฟ้ากับเครื่องบินขนาดใหญ่ ซึ่งพิสูจน์มาแล้วว่า มีประสิทธิภาพกว่าเครื่องยนต์ที่ใช้ลูกสูบ turboprop และ turbofan ประมาณร้อยละ 20 – 50 นอกจากนั้น ยังช่วยลดมลภาวะทางอากาศและเสียงเวลาบิน

2) ควรเลือกใช้ใบพัดแบบ ducted fans แทน open-propellers เพราะนอกจากจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าแล้ว จะเล็กกะทัดรัดกว่า และยังดูดีกว่าอีกด้วย

3) ปีกรูปสามเหลื่ยม (delta wings) จะเหมาะสมกว่าด้วยเหตุผล 3 ประการ คือ 1) ความกว้างของปีกรูปสามเหลี่ยม ส่วนที่ติดกับช่วงล่างของลำตัว (fuselage) จะช่วยอุ้มรับน้ำหนักของเครื่องบินตอนจอดบนน้ำ 2) ปีกที่กว้างและใหญ่จะช่วยลดระยะห่างของปีก 3) ปีกที่กว้างจะช่วยกันไม่ให้น้ำขึ้นมาโดนใบพัด (ducted fans) ที่ติดตั้งอยู่ด้านบน

4) ใช้การออกแบบของเรือบิน ซึ่งไม่มีทุ่นใต้ลำตัว ทำให้น้ำหนักและแรงต้านน้อยลง อย่างไรก็ดี ควรจะเปลี่ยนจากรูปร่างอุ้ยอ้ายด้านล่างของเรือบินให้เป็นแบบเรียบเพรียวลมของเครื่องบินทั่วไป จะกำจัดแรงต้านลงไป เป็นผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ส่วนในการช่วยให้เรือบินขับเคลื่อนบนผิวน้ำได้คล่อง เราสามารถรวมใช้เทคโนโลยี Hydrofoil เพื่อช่วยยกเรือบิน (ทั้งลำ) ให้ลอยและวิ่งอยู่เหนือน้ำ

Hydrofoil คือปีกเครื่องบินที่สร้างแรงยก (lift) เมื่อเคลื่อนตัว (forward speed) ใต้น้ำ เช่นเดียวกับ ปีกเครื่องบินธรรมดา (airfoil) ที่สร้างแรงยก (lift) เมื่อเคลื่อนที่ (forward speed) บนอากาศ ใช้ Hydrofoil หรือปีกเครื่องบินขนาดเล็ก 3 ตัว hydrofoil ตัวแรกติดที่ด้านหน้าใต้ลำตัว เป็นเหมือนและทำงานอย่างเดียวกับ canard แต่แทนที่จะติดตั้งกับลำตัวโดยตรง จะติดตั้งกับ strut หรือแกนโลหะยื่นลงไปในน้ำ hydrofoil อีก 2 ตัวติดที่ด้านหลังใต้ปีกข้างละตัว เช่นเดียวกันคือติดตั้งกับ strut ยื่นลงไปในน้ำ เมื่อเรือบินเคลื่อนตัว hydrofoil ทั้ง 3 ตัวเคลื่อนผ่านตัวน้ำ ก่อให้เกิดแรงยก ยกลำตัวทั้งลำขึ้นเหนือน้ำ ซึ่งจะช่วยลดแรงต้านทำให้เคลื่อนตัวได้เร็วขึ้นมาก เมื่อความเร็วสูงถึงขีด ปีกใหญ่ (delta wings) จะสร้างแรงยกเรือบินขึ้นไปบนอากาศ

5) การเลิกใช้ปีกท้ายตั้งกันโคลง (vertical stabilizer) จะช่วยลดต้นทุน น้ำหนัก และแรงต้าน เพื่อช่วยให้บินได้ตรง เราสามารถหุ้ม struts /แกนโลหะ ทั้ง 3 ที่กล่าว ด้วยปีกตั้งกันโคลง (vertical stabilizers) ขนาดเล็ก 3 ตัว และถ้าทำให้ปีกตั้งกันโคลงตัวหน้าเคลื่อนตัวรอบ strut / แกนโลหะได้ เราจะได้หางเสือ (rudder) ซึ่งในกรณีนี้อยู่ด้านหน้าของเรือบิน

ยังรับประกันไม่ได้ว่า การออกแบบเบื้องต้นนี้จะทำให้บินได้ดี แต่อย่างน้อยก็เป็นการเริ่มต้น อัจฉริยะเท่านั้นที่สามารถออกแบบและสร้างเครื่องบินครั้งเดียวแล้วบินได้ดีทันที แต่พวกเราไม่ใช่อัจฉริยะ เราอาจจะต้องใช้หลายครั้ง หลายคน และหลายบาทกว่าจะทำได้สำเร็จ การได้พยายามด้วยโอกาสสำเร็จเพียงเล็กน้อยยังดีกว่าเอามือใส่กระเป๋าไม่ทำอะไรเลย เราสนับสนุนผู้ที่สนใจและชื่นชอบ (enthusiasts) แม้จะไม่มีความรู้และประสบการณ์ เข้ามาร่วมแรงร่วมใจกันวิเคราะห์พิจารณาส่วนที่ถูกหรือผิด เพื่อจะได้แก้ไขปรับปรุงให้ดีขึ้น ข้อสำคัญที่ขอกล่าวเพื่อให้กำลังใจ พี่น้องตระกูล Wright ซึ่งเป็นผู้ประดิษฐ์เครื่องบิน ในปี 1903 มีการศึกษาแค่ 3-4 ปีในโรงเรียนมัธยม ทั้งสองเป็นแค่ช่างซ่อมจักรยาน (ถีบ) เท่านั้น !


-จบ-