การวิเคราะห์ข้อมูลของรูปร่างอากาศยานรุ่นใหม่ผ่านการประมวลผลของไหลทางคอมพิวเตอร์ไม่สามารถทดแทนการทดสอบต้นแบบอากาศยานภายในอุโมงค์ลมได้ เพราะมีหลายปัจจัยที่เข้ามาเกี่ยวข้อง ทาง NASA จึงได้พัฒนาสูตรสีที่ทาเคลือบลงไปบนต้นแบบอากาศยานที่เมื่อความดันบนพื้นผิวเปลี่ยนตัวสีจะเปลี่ยนไป ซึ่งพัฒนามาตั้งแต่ก่อนยุค 2000 แล้ว และในตอนนี้ทาง NASA ได้ออกมากล่าวถึงสีทารุ่นใหม่ที่จะไวต่อการเปลี่ยนความดันได้ดีกว่าเดิม

ภาพถ่ายผู้ปฏิบัติงานกำลังพ่นเคลือบสี uPSP บนตัวต้นแบบที่จะนำไปใช้ในอุโมงค์ลม ภาพจาก NASA

Pressure Sensitive Paint (PSP) หรือสีที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความดัน เป็นเทคโนโลยีที่ NASA พัฒนามาตั้งแต่ทศวรรษที่ 1990 และถูกใช้งานมาต่อเนื่องหลายทศวรรษแล้ว

แม้ว่าเราจะมีเทคโนโลยีที่ใช้ช่วยในการวัดค่าความดันที่เปลี่ยนแปลงไปบริเวณผิวเครื่องอากาศยานมากมายไม่ว่าจะเป็นท่อปิโตต์ (Pitot Tube) หรือ เซนเซอร์วัดความดันที่กระทำกับผิวของต้นแบบอากาศยานโดยตรง หรือแม้แต่การใช้คอมพิวเตอร์ในการประมวลผลการไหลแบบสามมิติที่สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของความดันได้ในระดับพิเซลต่อพิเซลแต่มันไม่มีทางที่จะให้ภาพรวมและประสิทธิภาพในการสังเกตการเปลี่ยนแปลงเทียบเท่ากับการใช้สีทาพื้นผิวได้เลย เนื่องจากไม่ต้องมีการติดตั้งเครื่องมือที่ยุ่งยาก เพียงแค่ทาสีและติดตั้งหลอดไฟพิเศษก็สามารถใช้งานในอุโมงค์ลมได้ในทันที

ภาพถ่ายต้นแบบอากาศยาน SWiFT อากาศยานที่ปรับองศาปะทะของปีกได้ ที่ถูกเคลือบด้วยสี uPSP ภายในอุโมงค์ลม ภาพจาก NASA

การใช้สีทานี้ทำให้การทดสอบอากาศยานต้นแบบในอุโมงค์ลมง่ายขึ้นมาก แต่ถึงกระนั้นข้อเสียหนึ่งที่สีทามาตรฐานของ NASA ที่ใช้งานมาหลายทศวรรษนี้ก็คือ มันต้องรอเวลาในการประมวลผลข้อมูลรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติสีที่ยาวนาน รวมแล้วกินเวลาหลายวันหรือไปจนถึงหลายสัปดาห์ ซึ่งหากนักวิจัยพบว่าข้อมูลที่ได้มาจากอุโมงค์ลมไม่ตรงตามความตั้งใจหรือไม่เพียงพอ ก็ต้องนำไปทดสอบกับอุโมงค์ลมใหม่ ซึ่งต่อรอเข้าคิวรับการทดสอบไปอีกหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน

NASA ได้เล็งเห็นถึงความต้องการใช้งานและข้อเรียกร้องจากนักวิจัยในการใช้สีทาคุณสมบัติพิเศษนี้ พัฒนาสีทาเคลือบรุ่นใหม่ที่มีชื่อว่า Unsteady Pressures Sensitive Paint (uPSP) ที่มีคุณสมบัติไวต่อความดันมากกว่าเดิม 20,000 เท่า และให้ความละเอียดของข้อมูลเมื่อมองจากกล้องถ่ายภาพ 1,000 เท่า คุณสมบัติดังกล่าวส่งผลให้นักวิจัยที่ทำงานร่วมกับ uPSP วิเคราะห์ข้อมูลและเตรียมทำการทดลองใหม่ได้ภายในเวลาไม่ถึง 20 นาที จากที่ปกติอาจจะต้องรอเวลาทำการทดลองใหม่เป็นเดือน ๆ

ภาพถ่ายของแบบจำลองส่วนหัวของจรวด SLS ที่ถูกพ่นสี PSP เพื่อใช้ในการทดลองการแหวกอากาศในอุโมงค์ลม ภาพจาก NASA

สี PSP และ uPSP จะนำไปทาเคลือบลงบนต้นแบบของอากาศยานในอุโมงค์ลม โดยอาศัยแสงความถี่ย่านพิเศษฉายไปที่ตัวอากาศยาน เมื่อความดันเปลี่ยนไปบนพื้นผิว สีที่ทาจะสะท้อนแสงในความยาวคลื่นที่เปลี่ยนไป ทำให้สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของความดัน รวมถึงคำนวณความเร็วของลมและความเครียดเฉือนได้โดยไม่ต้องเจาะรูหรือติดตั้งระบบอะไรที่จะรบกวนการไหลของกระแสอากาศในอุโมงค์ลมเลย ทำให้สามารถมองเห็นการสั่นของตัววัสดุจากการออกแบบได้จริง ซึ่งคอมพิวเตอร์หรือวิธีอื่น ๆ ไม่สามารถให้ได้

ทางศูนย์วิจัยเอมส์ของนาซา (NASA Ames Research Center) กล่าวว่าสี uPSP นี้เป็นสมบัติของชาติที่จะเปิดโอกาสให้ใช้งานและวิจัยร่วมกับนักวิจัยทั่วสหรัฐฯ ได้จะถูกใช้งานอยู่ที่ อุโมงค์ลมขนาด 11 ฟุตในชุดอุโมงค์ลม Unitary Plan Facility ของ NASA ตัวอย่างของ uPSP ได้มีการทดสอบใช้งานมาตั้งแต่ปี 2019 โดยได้ใช้กับการทดสอบของอุปกรณ์ล้ำยุคที่สำคัญ เช่น ต้นแบบ Launch Escape System ของจรวด SLS และต้นแบบอากาศยาน The Swept Wing Flow Test (SWiFT)

ในอนาคตเทคโนโลยีสีนี้จะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้นในการวิจัยอากาศยานในอุโมงค์ลม ซึ่งมันจะช่วยลดต้นทุน ค่าใช้จ่าย และเวลาของนักวิจัยได้อีกมาก

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

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

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

NASA กับสีทดสอบอุโมงค์ลมปรับเปลี่ยนตามความดันรุ่นใหม่