หากเรามองไปที่เครื่องบินโดยสารที่เราใช้งานกันในปัจจุบันเราจะพบว่าเครื่องยนต์เจ็ตของเครื่องบินมีขนาดที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ทำไมเครื่องยนต์ของเครื่องบินในยุคใหม่มีขนาดที่ใหญ่กว่าเก่า หาคำตอบได้ในบทความนี้
เครื่องยนต์เทอร์โบแฟน (Turbofan) คือขุมพลังหลักของเครื่องบินโดยสารในปัจจุบัน เพราะด้วยประสิทธิภาพต่อการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ในกลุ่มนี้มากกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นอย่างมาก เราจึงเห็นเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนติดตั้งในเครื่องบินโดยสารแทบจะทุกลำ
เครื่องยนต์เครื่องบิน
แต่เมื่อเรามองเข้าไปในตัวเครื่องยนต์เหล่านี้เราจะพบสิ่งที่น่าสนใจอยู่อย่างหนึ่ง ในเครื่องบินรุ่นเก่า ๆ หรือที่มีอายุมากแล้ว ตัวเครื่องยนต์ของเครื่องบินนั้นจะมีขนาดที่เล็ก เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เครื่องใหม่ในยุคใหม่ ๆ หรืออาจกล่าวได้ว่าเครื่องบินในยุคใหม่ขนาดของเครื่องยนต์ที่ใหญ่ขึ้นกว่าในอดีต แล้วทำไมเครื่องยนต์ของเครื่องบินในยุคสมัยใหม่ถึงมีขนาดที่ใหญ่ขึ้นกว่าอดีตกัน ทั้งที่เครื่องบินบางลำมีขนาดและน้ำหนักที่แทบจะใกล้เคียงกัน
ภาพถ่ายเครื่องบิน Boeing 737-300 ของ USAir ที่เป็นเครื่องพัฒนาต่อยอดจากเครื่อง Boeing 737-200 เห็นได้จากการเปลี่ยนเครื่องยนต์ขนาดเล็กเป็นเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนขนาดใหญ่ CFM56 ภาพถ่ายโดย Aero Icarus
Boeing 737 คือหนึ่งในตัวอย่างที่ดีในการอธิบายถึงเรื่องราวนี้ เครื่องบิน Boeing 737 เป็นเครื่องบินลำตัวแคบที่ออกมาในช่วงทศวรรษที่ 1960 ซึ่งเครื่องยนต์ของเครื่องบินในเวลานั้นใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กตระกูล Pratt & Whitney JT8D โดยเรียกเครื่องยนต์ประเภทนี้ว่า Low Bypass Turbofan ซึ่งมันถูกติดตั้งในเครื่องบิน Boeing 737 เจเนอเรชันแรกในรุ่น Boeing 737-100 และ Boeing 737-200 ต่อมาในช่วงทศวรรษที่ 1980 ภายหลังจากวิกฤติราคาน้ำมันพุ่งสูง Boeing ได้ออกผลิตภัณฑ์ในกลุ่มของเครื่องบินตระกูล Boeing 737 มาใหม่ในชื่อเจเนอเรชัน Boeing 737 Classic เครื่องบิน Boeing 737 ในยุคนี้ได้มีการพัฒนาและเปลี่ยนมาใช้เครื่องยนต์ที่มีขนาดที่ใหญ่ขึ้นในตระกูล CFM56 ที่เป็นเครื่องยนต์ประเภท High Bypass Turbofan ในเครื่องบินเจเนอเรชัน Classic นี้ยังมีขนาดของลำตัวเครื่องบินที่เล็กและใกล้เคียงกับเครื่องบินในรุ่นก่อนหน้าอย่าง Boeing 737-100 และ Boeing 737-200 และเราสามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนได้มากที่สุดในเครื่องบินรุ่น Boeing 737 MAX ที่มีการเปลี่ยนมาใช้เครื่องยนต์ที่มีขนาดที่ใหญ่ขึ้นมากอย่างเครื่องยนต์ตระกูล LEAP-1B ที่มีขนาดที่ใหญ่ที่สุดในเครื่องบินตระกูล Boeing 737 ใหญ่ถึงขั้นที่ว่าการออกแบบต้องยกเครื่องยนต์ให้สูงขึ้นจากการติดตั้งในเครื่องบินเจเนอเรชันเดิมเพื่อให้สามารถติดตั้งเครื่องยนต์ชนิดนี้เข้าไปที่ใต้ปีกได้
ภาพถ่ายเครื่องบิน Boeing 737 MAX 8 ที่สามารถเห็นขนาดของเครื่องยนต์ที่ใหญ่มากเป็นพิเศษ ภาพจาก pjs2005
สาเหตุที่เครื่องยนต์เครื่องบินในปัจจุบันมีขนาดใหญ่ขึ้นมากเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ในอดีต เป็นผลมาจากความต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน เพิ่มระยะทางในการดำเนินการ และความประหยัดในการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง เครื่องยนต์ที่มีขนาดที่ใหญ่มีแนวโน้มที่จะมีอัตราการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และสามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้นต่อหน่วยการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง นั้นหมายถึงการลดการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงและลดต้นทุนในการดำเนินงานของสายการบิน แต่พัฒนาเพียงแค่ขนาดของเครื่องยนต์ไม่ได้ทำให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพการทำงานและประหยัดน้ำมันขึ้นเพียงอย่างเดียว ต้องมีการเปลี่ยนรูปแบบการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนด้วยจากประเภท Low Bypass เป็นเครื่องยนต์แบบ High Bypass
ภาพถ่ายเครื่องยนต์ Pratt & Whitney JT8D เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนรุ่นเก่าที่ถูกติดตั้งบนเครื่องบิน Boeing 727-100 LAS Cargo ในเที่ยวบิน HK-1271 ภาพถ่ายโดย Pablo Andrés Ortega Chávez
เครื่องยนต์แบบ High Bypass คือเครื่องยนต์ที่มีสัดส่วนของอากาศที่ไม่ได้ผ่านห้องเผาไหม้มากกว่าอากาศที่ผ่านห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ อากาศที่ไม่ได้ผ่านห้องเผาไหม้จะมีประโยชน์ในการบินในความเร็วต่ำจากการสร้างแรงผลักและระบายความร้อนจากห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ ทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ทำงานได้ดีขึ้น
เครื่องบินพาณิชย์นั้นเป็นเครื่องบินที่บินในความเร็วที่ต่ำกว่าเสียงอยู่แล้ว (Subsonic) นั่นทำให้ประโยชน์ของการใช้เครื่องยนต์แบบ High Bypass แสดงออกมาได้อย่างชัดเจน คือการที่เครื่องยนต์ประหยัดน้ำมันมากขึ้นกว่าเครื่องยนต์รุ่นเก่าที่เป็นเทคโนโลยีแบบ Low Bypass อีกทั้งยังทำให้ห้องโดยสารเงียบกว่าเดิมอีกด้วย
ภาพเครื่องยนต์ CFM International LEAP บนเครื่องบิน Boeing 737 MAX ภาพถ่ายจาก Clemens Vasters
แต่ก็ใช่ว่าเครื่องยนต์แบบ High Bypass จะมีแต่ข้อดีเพียงอย่างเดียว เพราะเมื่อเครื่องยนต์ใหญ่ขึ้นหมายถึงเครื่องยนต์จะมีพื้นที่หน้าตัดต้านลมที่มากขึ้นด้วย เครื่องบินที่ติดตั้งเครื่องยนต์แบบ Low Bypass จะสามารถทำความเร็วสูงสุดได้มากกว่าเครื่องบินที่ติดตั้งเครื่องยนต์สมัยใหม่ที่เป็นประเภท High Bypass เช่นในเครื่องบิน Boeing 707 ที่ใช้เครื่องยนต์ Pratt & Whitney JT8D สามารถทำความเร็วสูงสุดได้มากถึง Mach 0.89 หรือ 965 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เมื่อเทียบกับเครื่องบินรุ่นใหม่อย่าง Boeing 737 MAX ที่ติดตั้งเครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูงขนาดใหญ่เข้าไปจะสามารถทำความเร็วได้เพียง Mach 0.79 หรือ 839 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ภาพถ่ายเครื่องบิน Boeing 737-200 ของสายการบิน South Africa Airline ภาพถ่ายโดย Montague Smith
ดังนั้นสาเหตุที่เครื่องบินในปัจจุบันมีเครื่องยนต์ที่มีขนาดที่ใหญ่ขึ้นทั้งหมดก็เป็นเพราะว่าทางผู้ผลิตและสายการบินต้องการเครื่องบินที่มีประสิทธิภาพในการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่สูงขึ้นกว่าแต่ก่อน เพื่อให้ต้นทุนในการดำเนินการของสายการบินในแต่ละเที่ยวบินลดลง ผู้ผลิตเครื่องบินจึงเลือกเปลี่ยนเครื่องยนต์ของเครื่องบินเป็นเครื่องยนต์ประเภท High Bypass Turbofan เพื่อให้เครื่องยนต์ของเครื่องบินมีประสิทธิภาพในการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่สูงขึ้น และยิ่งเครื่องยนต์มีขนาดที่ใหญ่ขึ้น อัตราการ Bypass ที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพการประหยัดน้ำมันของเครื่องบินก็จะมากยิ่งขึ้น นั้นทำให้เป็นสาเหตุว่าทำไมเครื่องยนต์ของเครื่องบินที่เราเห็นในปัจจุบันจึงมีขนาดที่ใหญ่กว่าเครื่องยนต์ของเครื่องบินในอดีต
เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์
🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
