“อากาศยาน” ป้องกันการก่อตัวของ “น้ำแข็ง” ในขณะที่บินอยู่ได้อย่างไร ?

ที่เพดานบินทั่วไปของเครื่องบินพาณิชย์ขนาดใหญ่นั้น อุณหภูมิภายนอกอาจต่ำกว่า -40 องศาเซลเซียส ซึ่งเกินจุดเยือกแข็งของน้ำไปอย่างมาก ไอน้ำหรือความชื้นที่อาจสะสมอยู่บนพื้นผิวของเครื่องบิน เช่น ปีก ใบพัด เครื่องยนต์ และระบบท่ออากาศ อาจทำให้เกิดการก่อตัวของน้ำแข็งได้ ซึ่งเป็นอันตรายต่ออากาศยานเป็นอย่างมาก การก่อตัวของน้ำแข็งที่บริเวณใบพัดหรือเครื่องยนต์อาจทำให้เครื่องยนต์เสียหายได้ การก่อตัวของน้ำแข็งบนปีกเครื่องบินนั้นอาจทำให้ปีกสูญเสียแรงยกได้

ดังนั้นเครื่องบินที่มีความสามารถในการบินที่เพดานบินระดับนี้จะต้องมีระบบที่เรียกว่า “Anti-icing” เพื่อป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งบนเครื่องบิน

การก่อตัวของน้ำแข็งในจุดสำคัญของเครื่องบินนั้นเป็นสาเหตุให้เกิดอุบัติเหตุทางการบินมาแล้วหลายครั้ง เช่น การอุดตันของท่อเชื้อเพลิงโดยน้ำแข็ง การที่น้ำแข็งถูกดูดเข้าไปในเครื่องยนต์อย่างรุนแรงจนทำให้ใบพัดของเครื่องยนต์เสียหาย และการก่อตัวของน้ำแข็งบนปีกของเครื่องบิน เป็นเหตุให้เครื่องบินสูญเสียแรงยก

ดังนั้นแต่ละระบบของเครื่องบินจะต้องมีวิธีในการป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งเป็นของตัวเอง แม้แต่หน้าต่างห้องนักบินที่ก็มีระบบทำความร้อนเพื่อป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งเช่นกัน

Pneumatic Boot หรือส่วนที่พองตัวได้ของปีก มักจะถูกติดตั้งไว้ที่ “Leading Edge” หรือบริเวณข้างหน้าของปีกซึ่งเป็นพื้นที่ที่น้ำแข็งมักจะก่อตัว หลักการทำงานของ Pneumatic Boot คือการพองตัวด้วยลมผ่านระบบปั๊มลม เพื่อขยายส่วนหน้าของปีก และทำให้น้ำแข็งที่เกาะอยู่บนปีกนั้นหลุดออกไป

Pneumatic Boot นั้นเหมาะกับเครื่องบินขนาดเล็กที่มีความเร็วต่ำ เช่น เครื่องบิน Turboprop และไม่นิยมใช้ในเครื่องบินเจ็ตสมัยใหม่

เครื่องบินบางชนิดใช้ระบบละลายน้ำแข็งภายในด้วยการหมุนเวียนสารต้านการแข็งตัว เช่นเอทิลีนไกลคอล (Ethylene Glycol) หรือไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์(Isopropyl Alcohol) ด้วยปั๊มภายในระบบปีกหรือระบบใบพัด ซึ่งจะอาศัยรูขนาดเล็กเพื่อให้สารต้านการแข็งตัวภายในระบบหมุนเวียนนั้นสามารถซึมออกมาเคลือบพื้นผิวเพื่อคอยป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งในจุดต่าง ๆ เช่น ปีก ใบพัดของเครื่องบิน และเครื่องยนต์

ระบบนี้มักใช้ในเครื่องบินเจ็ตส่วนตัวในอดีต อย่างไรก็ตามระบบนี้มีความซับซ้อนในการดูและรักษารวมถึงขั้นตอนที่ยุ่งยากขึ้น เช่น ต้องเติมสารต้านการแข็งตัวอยู่เรื่อย ๆ

ในเครื่องบินสมัยใหม่นั้น การละลายและป้องกันการแข็งตัวของน้ำแข็งนั้นทำได้ด้วยการใช้อากาศร้อนหรือ “Bleed Air” จากเครื่องยนต์ มาหมุนเวียนภายในระบบปีกของเครื่องบิน ในบางพื้นที่ของปีกจะมีรูให้ Bleed Air สามารถรั่วออกมาเพื่อรักษาอุณหภูมิของปีกไว้ไม่ให้เกิดการก่อตัวของน้ำแข็งขึ้นได้

ข้อเสียของการใช้ Bleed Air คือพลังงานบางส่วนในการขับเคลื่อนนั้นจะต้องถูกนำมาใช้ในการรักษาอุณหภูมิของพื้นผิวอากาศยานแทน

ในเครื่องบิน Next Generation อย่าง Boeing 787 Dreamliner นั้น ใช้ระบบ Electro-thermal ในการป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็ง ภายในโครงสร้างปีกของเครื่องบินนั้นจะถูกฝังคอยล์ร้อนสำหรับการสร้างความร้อนไว้เพื่อรักษาอุณหภูมิของพื้นผิวเครื่องบิน

อย่างไรก็ตาม มีรายงานว่าการใช้ระบบ Electro-thermal ซึ่งอาศัยคอยล์ในการสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อสร้างความร้อนนั้นอาจทำให้เข็มทิศเบนได้

เรียบเรียงโดย : โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech