เทคโนโลยี Vertical Take-off and Landing หรือ VTOL เป็นเทคโนโลยีที่ทำให้เครื่องบินปีกแบบ “Fixed-wing” สามารถบินขึ้นลงในแนวดิ่งแทนการใช้ทางวิ่ง (Runway) เครื่องบิน VTOL มักจะถูกออกแบบมาให้สามารถขึ้นบินด้วยทางวิ่งตามปกติก็ได้ หรือจะขึ้นบินด้วยระบบ VTOL ก็ได้

ปัจจุบัน เครื่องบินที่สามารถทำการบินแบบ VTOL ได้มักเป็นเครื่องบินทางการทหาร เช่น เครื่องบินรบ นอกจากนี้เอง เฮลิคอปเตอร์ยังถือเป็นอากาศยาน VTOL ชนิดหนึ่งด้วย เนื่องจากเฮลิคอปเตอร์สามารถขึ้นบินได้แนวดิ่งได้

เครื่องบิน Convair XFY Pogo ซึ่งเป็นหนึ่งในเครื่องบิน VTOL ยุคแรก

ความพยายามในการพัฒนาเทคโนโลยี VTOL มีมาตั้งแต่ช่วงปี 1907 เมื่อมีการบินเฮลิคอปเตอร์ขึ้นในแนวดิ่งเป็นครั้งแรก แต่เทคโนโลยีดังกล่าวมีข้อจำกัดเป็นจำนวนมากและเต็มไปด้วยความยากลำบากในการพัฒนา สาเหตุมาจากความซับซ้อนในด้านอากาศพลศาสตร์ ต่างจากเครื่องบินแบบปีกทั่วไปที่มีโมเดลอากาศพลศาสตร์ที่ซับซ้อนน้อยกว่า

ในช่วงปี 1954 ถึงปี 1955 บริษัท Lockheed และ Convair ได้รับการว่าจ้างโดยกองทัพสหรัฐอเมริกาให้ออกแบบเครื่องบินรบแบบ VTOL ซึ่ง Lockheed ออกแบบเครื่องบิน XFV ออกมา ส่วน Convair ออกแบบ Convair XFY Pogo ออกมา แม้ทั้งสองผ่านการทดสอบแต่สัญญาจ้างก็ถูกยกเลิกในเวลาต่อมา

เครื่องบิน Bell Boeing V-22 Osprey บนเรือบรรทุกเครื่องบิน USS Nimitz

ความท้าทายของเครื่องบิน VTOL คือการหาวิธีที่เครื่องบินจะสามารถเปลี่ยนจากการบินในแนวดิ่งเป็นการบินในแนวราบได้กลางอากาศหลังการขึ้นบิน ซึ่งหากสังเกตจากดีไซน์การออกแบบของ Convair XFY Pogo แล้ว จะเห็นได้ว่าการจะบินแนวราบนั้น XFY Pogo จะต้องพุ่งขึ้นฟ้าในแนวดิ่งก่อนที่จะใช้พื้นผิวควบคุมบังคับให้เครื่องบินในแนวราบ และทำสลับกันในการลงจอด ซึ่งซับซ้อนและอันตรายต่อการใช้งานจริง

ต่อมาจึงมีการพัฒนาสิ่งที่เรียกว่า “Tiltrotor” หรือใบพัดที่สามารถปรับมุมได้ขึ้นมา หมายความว่าเครื่องบินที่ใช้ Tiltrotor สามารถบินขึ้นแบบเฮลิคอปเตอร์ได้ จากนั้นใบพัดจะสามารถปรับมุมเพื่อแปลงเป็นเครื่องยนต์และผลักเครื่องบินไปข้างหน้าได้

ตัวอย่างของเครื่องบิน Tiltrotor คือ Bell-Boeing V-22 Osprey ซึ่งถือเป็นเครื่องบิน Tiltrotor ลำแรกของโลก

ผังการออกแบบ Air Flow ของเครื่องบิน Yakolev Yak-38

ในช่วงยุคสงครามโลก เทคโนโลยี VTOL เริ่มถูกนำมาใช้ในเครื่องบินรบสมัยใหม่ ซึ่งอาศัยเทคโนโลยีขั้นสูงในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี VTOL เพราะขนาดของเครื่องบินรบที่ต้องมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ทำให้วิศวกรต้องหาวิธีในการปรับเปลี่ยน “Thrust Vector” หรือแรงผลักอากาศจากเครื่องยนต์หลักให้สามารถปรับได้ระหว่างการบินในแนวราบหรือการผลักจากข้างหลัง และสำหรับการบินแบบ VTOL ด้วยการผลักจากข้างล่าง

Yakovlev Yak-38 เป็นหนึ่งในเครื่องบินลำแรก ๆ ที่ใช้เทคโนโลยี VTOL และสามารถบินขึ้นจากเรือบรรทุกเครื่องบินได้ ซึ่งพัฒนาขึ้นมาและใช้งานในช่วงของสหภาพโซเวียต

ผังการออกแบบ Air Flow ของเครื่องบิน Lockheed Martin F-35 Lightning II รุ่น B

ปัจจุบัน ในเครื่องบินรบรุ่นที่ 5 (5th Generation Fighter) อย่าง Lockheed Martin F-35 Lightning II รุ่น B นั้นมีความสามารถในการบินขึ้นในแนวดิ่ง (VTOL) และปรับเป็นการบินแนวราบได้ ในกรณีของ F-35B นั้น เครื่องยนต์ของมันถูกออกแบบมาให้สามารถปรับทิศทางของไอพ่นได้โดยตรง และมีพัดลมเพื่อสร้างแรงพยุงในบริเวณหลังห้องนักบินเพื่อให้เครื่องบินสามารถบินขึ้นในแนวดิ่งได้โดยไม่เสียการควบคุมทิศทาง

เรียบเรียงโดย โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

รู้จัก Vertical Take-off and Landing เทคโนโลยีการบินขึ้นลงแนวดิ่ง