หนึ่งในเครื่องยนต์ Turbofan สุดไฮเทคที่ได้รับความไว้วางใจให้ติดตั้งไว้ที่ใต้ปีกของเครื่องบินโดยสาร Airbus A380...
เครื่องยนต์ Gas Turbine ถูกคิดค้นและสร้างขึ้นเป็นเครื่องแรกของโลกในปี ค.ศ. 1930 โดยนักบินทดสอบชาวอังกฤษ Frank Whittle ซึ่งนับได้ว่ามันคือเครื่องยนต์กังหันไอพ่นเครื่องแรกที่เกิดจากมันสมองของมนุษย์ แต่มันก็ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้งานบนอากาศยานแต่อย่างใด เนื่องจาก Frank Whittle สร้างเจ้าเครื่องยนต์พลังสูงตัวนี้ด้วยขนาดที่เล็กเพื่อการทดสอบการทำงานแต่เพียงอย่างเดียว
เครื่องยนต์ชนิดนี้ต่อมาในภายหลังถูกเรียกว่า Turbo Jet Engine อีก 6 ปีต่อมาในช่วงปี ค.ศ. 1936 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Dr. Hans Von Ohain ได้สร้างเครื่องยนต์ Gas Turbine เพื่อนำไปใช้งานกับเครื่องบินทดสอบ Heinkel He178 ของกองทัพอากาศเยอรมัน ซึ่งกลายเป็นอากาศยานแบบแรกของโลกที่ติดตั้งเครื่องยนต์ Gas Turbine และทำการขึ้นบินเพื่อประเมินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ Gas Turbine รวมถึงทดสอบสมรรถนะที่มีความแตกต่างจากเครื่องยนต์แบบลูกสูบในด้านของพลังและการขับเคลื่อน
 Frank Whittle |
 Dr. Hans Von Ohain |
Heinkel He178
Gas Turbine Engine System
หลักการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine หรือ Gas Generator นั้น แตกต่างจากเครื่องยนต์ลูกสูบมาก มันให้พลังหรือแรงขับดันที่จะทำให้อากาศยานบินด้วยความสูงและความเร็วมากกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบหลายเท่า ซึ่งส่งผลไปถึงสมรรถนะในการบินทุกรูปแบบที่มีข้อดีมากกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบในเรื่องของกำลังและความเร็วที่ใช้ในการบิน แนวคิดของการออกแบบ พัฒนาและสร้างเครื่องยนต์ Gas Turbine หรือ Gas Generator นั้นเกิดขึ้นจากหลักคิดในกฎของนิวตันเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุว่า ทุกแรงกริยามีค่าเท่ากับแรงปฏิกิริยาเสมอ การทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine เกิดจากการปลดปล่อยแก๊สร้อนความเร็วสูงออกทางท่อท้ายของเครื่องยนต์หรือ Nozzle เมื่อเริ่มต้นวงจรการทำงานของเครื่ิองยนต์ Gas Turbine อากาศภายนอกจะถูกดูดเข้ามาโดยกังหันหรือ Fan อากาศที่ไหลผ่านเข้ามาจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งจะพุ่งตรงเข้าสู่เครื่องยนต์หรือ Engine Core อากาศอีกส่วนหนึ่งจะไหลผ่านรอบเครื่องยนต์ไปออกทางท่อท้าย
Turbine Compressor
วิศวกรการบินเรียกอากาศในส่วนนี้ว่า Bypass Air เพื่อสร้างแรงขับดันโดยแรงขับที่มาจาก Fan นั้นจะมีค่าทางการคำนวณคิดเป็น 75% ของแรงขับทั้งหมดที่ได้รับจากเครื่องยนต์ อากาศส่วนแรกที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์จะถูก Compressed Air บีบอัดจนมีความดัน อุณหภูมิ และความเร็วสูงขึ้นมาก อากาศที่ถูกอัดโดย Compressed Air นี้จะถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบเพื่อเข้าสู่ห้องเผาไหม้หรือ Combustor เมื่อเผาไหม้แล้วจะได้แก๊สร้อนความเร็วสูงออกมาหมุนชุด Turbine และผ่านออกไปยังท่อท้ายโดยมีชุด Mixture ซึ่งทำหน้าที่ผสม Bypass Air กับอากาศร้อน Exhaust ที่ออกมาจากเครื่องยนต์เพื่อการลดเสียงการทำงานของเครื่อง Gas Turbine เมื่อชุด Turbine หมุนชุด Compressor ซึ่งรวมถึง Fan ก็จะหมุนไปด้วยเนื่องจากชุด Turbine จะมีแกนต่อไปยัง Compressor และ Fan ด้วย ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเครื่องยนต์ถูกสตาร์ทคือ กระบวนการทำงานจะเป็นไปอย่างต่อเนื่องไปเรื่อยๆ หรือที่เรียกว่า Self Sustention จนกว่าเชื้อเพลิงจะหมดลงหรือถูกตัดการทำงานจากการยกเลิกการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์
Turbofan GP7200 Engine Alliance LLC
GP7200 เกิดจากการพัฒนาเครื่องยนต์รุ่นใหม่ๆที่ให้แรงขับดันสูงเพื่อใช้ในเครื่องบินพาณิชย์ขนาดยักษ์ของบริษัท Airbus รุ่น A380 โดยความร่วมมือในการค้นคว้า ทดสอบและพัฒนาระหว่างสองบริษัทยักษ์ใหญ่แห่งวงการบินและการผลิตเครื่องยนต์อากาศยาน นั่นก็คือบริษัท Pratt & Whitney และบริษัท GE Aircraft Engines ซึ่งเกิดจาการรวมตัวกันของ Engine Alliance LLC บริษัทลูกที่แตกแขนงมาจาก Boeing มันเป็นเครื่องยนต์ Turbofan ที่ผลิตขึ้นใหม่หมดโดยใช้ส่วนประกอบของตัวเครื่องร่วมกันทั้งสองบริษัทซึ่งเป็นการนำเอาข้อดีของเครื่องยนต์ที่ผลิตโดย Pratt & Whitney และบริษัท GE Aircraft Engines มาร่วมกันพัฒนาเพื่อทำให้เกิดเครื่องยนต์รุ่นใหม่ที่มีคุณลักษณะเหมาะสมที่จะนำไปใช้งานในเครื่องบินโดยสาร ที่ได้ชื่อว่าใหญ่โตที่สุดในโลกอย่าง Airbus A380
 GP7200 Engine Alliance LLC |
 GP7200 Engine Alliance LLC |
จากความต้องการเครื่องยนต์ Turbofan ที่มีแรงขับดันระหว่าง 70,000 lbs หรือมากกว่านั้นเพื่อใช้เป็นเครื่องยนต์ของเครื่องบินโดยสาร Boeing 747/800 การลงมือร่วมทุนระหว่าง Pratt & Whitney และบริษัท GE Aircraft Engines จึงเกิดขึ้นโดยใช้ทุนวิจัยกว่า 1,000 ล้านเหรียญ ทั้งสองบริษัทคาดการได้อย่างแม่นยำว่า ในอนาคตเครื่องยนต์ Turbofan แบบใหม่ที่มีแรงขับดันมหาศาลนี้ จะแพร่หลายและกลายเป็นเครื่องยนต์ที่เข้าประจำการภายใต้ปีกของเครื่องบินโดยสารรุ่นใหม่ต่อไป
หนึ่งในคุณลักษณะที่โดดเด่นของเครื่องยนต์รุ่นใหม่นี้คือการมี Fan Blaed เป็นลักษณะ Swept Back ช่วยเพิ่มในเรื่องประสิทธิภาพของอากาศพลศาสตร์ ทำให้อากาศที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์มีความเป็นระเบียบ ช่วยลดกระแสลมหมุนวนบริเวณปลาย Blade ก่อนจะเข้าสู่เครื่องที่จะส่งผลให้เครื่องยนต์ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ วิศวกรของ Engine Allance ทำการทดสอบและพัฒนาวัสดุประเภทกราไฟร์ คาร์บอนคอมโพสิต ซึ่งมีน้ำหนักเบา ทนทาน มีความน่าเชื่อถือสูง การออกแบบ Fan Blade กับชุดอัดอากาศเกิดจากการใช้เทคนิค 3D Aerodynamics บนโปรแกรมการออกแบบชิ้นส่วนรุ่นก้าวหน้า เพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในการเตรียมอากาศก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้โดยใช้ระบบ Fan Module/Blade Containment และ Low Pressure Compressor โดยระบบทั้งหมดถูกพัฒนาต่อยอดมาจากเครื่องยนต์ Turbofan ที่ผลิตโดยบริษัท Pratt & Whitney
หลักสำคัญที่สุดในการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine คือ ระบบควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์ เนื่องจากเครื่องยนต์ชนิดนี้มีช่วงของการทำงานกว้างมากในด้านความสูงและความเร็ว รวมถึงอุณหภูมิและปัจจัยต่างๆ ที่มีค่าไม่คงที่และมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาในระหว่างทำการบิน โดยจะส่งผลต่อการทำงานของเครื่องยนต์ อัตราการจ่ายเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ จึงต้องผ่านการคำนวณและทดสอบอย่างหนัก การสั่งการด้วยสมองกลคอมพิวเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงสุดจากกล่องควบคุมของเครื่องยนต์ GP7200 วิศวกรของ Engine Alliance ได้นำเอาเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าของเครื่องยนต์รุ่น GE90 และ CFM มาควบรวมเป็นระบบ Fadec III ซึ่งทำการปรับปรุง เพิ่มระบบการตรวจสอบ รวมถึงการวิเคราะห์ปัญหา สามารถช่วยลดการซ่อมบำรุงและเข้าถึงปัญหาที่เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ปัญหาความล่าช้าในการบินซึ่งมักเกิดการ Delay ในระหว่างการเตรียมขึ้นทำการบินเดินทางลดลง
 |
 GP7200 Test |
GP7200 ถูกออกแบบให้มีชุดอัดอากาศก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ถึงสองชุด ชุดแรกคือ Low Pressure Compressor จากการออกแบบของบริษัท Pratt & Whitney ซึ่งนำเอาแบบของเครื่องยนต์ของ Airbus A330 รุ่น PW400 มาปรับใช้ ส่วนชุดที่สองเป็น Hi Pressure Compressor จากการคิดค้นของ GE Aircraft Engines ในเครื่องยนต์ตระกูล GE90 โอกาสที่จะก่อให้เกิด Compressor Stall มีน้อยมากหรือไม่มีเลย ลดค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุงเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์รุ่นเก่า เนื่องจากการออกแบบชุด Hi Pressure Compressor ให้ง่ายต่อการเข้าถึงและบำรุงรักษา Compressor Blades บริเวณใต้ปีกของอากาศยาน โดยไม่ต้องถอดเครื่องยนต์ออกทั้งตัวแต่อย่างใด ในส่วนของห้องเผาไหม้นั้น วิศวกรของ Engine Alliance ได้นำเทคโนโลยีของเครื่องยนต์ CF6 CMS มาใช้งานโดยมีลักษณะเป็นวงแหวน มีห้องเผาไหม้เดี่ยว การปรับปรุงระบบต่างๆ ภายในตัวเครื่องช่วยลดค่าไอเสีย และผ่านการตรวจสอบตามมาตรฐานของ CAEP4 ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ Turbofan GP7200 ชิ้นส่วนที่มีความร้อนสูงสุดคือชุด Turbine ซึ่งถูกเป่าพ่นด้วยแก๊สร้อนจากห้องเผาไหม้ตลอดการทำงาน การออกแบบระบบ Hi Pressure Compressor จึงนำเอาเทคโนโลยีของ GE มาพัฒนาปรับใช้ โดยใช้การออกแบบระบบระบายความร้อนของ Blade ใหม่หมด มีการพ่นสารเคลือบป้องกันความร้อนเพื่อยืดอายุการใช้งานให้มีความคงทนมากกว่าปกติ
GP7200 In Airbus A380
เครื่องยนต์ Turbofan GP7200 ถูกผลิตขึ้นโดยบริษัท Engine Alliance ซึ่งเป็นบริษัทที่เกิดจากการร่วมกันของ Pratt & Whitney กับ GE Aircraft Engines ดังกล่าวนั้น ทำให้เครื่องยนต์รุ่นล่าสุดนี้มีเทคโนโลยีใหม่ล่าสุดในวงการบินในด้านการใช้งาน และกลายเป็นจุดแข็งของทั้งสองบริษัท ไม่ว่าจะเป็นข้อดีในระบบต่างๆจากเครื่องยนต์ในตระกูล GE90-115B ซึ่งประจำการอยู่ภายใต้ปีกของเครื่องบินโดยสารไฮเทคอย่าง Boeing777 เครื่องยนต์รุ่นนี้สามารถผลิตแรงขับดันมหาศาลจนขึ้นสู่ทำเนียบสถิติโลกในด้านเครื่องยนต์ Turbofan ที่มีกำลังมากที่สุดในโลกเมื่อปี ค.ศ. 2001 ด้วยแรงขับดันที่มากถึง 115,000 lbs และถูกนำไปใช้เป็นเครื่องยนต์ของ Boeing777/300ER รวมถึงการนำเอาข้อดีและสมรรถนะอันสุดยอดของเครื่อง PW400 ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ของอากาศยานพาณิชย์แบบ Airbus A330 มาพัฒนาปรับใช้ หลังจากผ่านการทดสอบอย่างหนักเพื่อความน่าเชื่อถือในตัวเครื่องยนต์ด้วยมาตรฐานที่สูงกว่าการทดสอบของ ETOPS ที่ใช้ในการทดสอบเครื่องบินสองเครื่องยนต์และผ่านการรับรองความปลอดภัยจากสมาพันธ์การบินนานาชาติหรือ FAA เมื่อวันที่ 4 มกราคม 2005 หลังจากนั้นมันจึงถูกติดตั้งที่บริเวณใต้ปีกของเครื่องบินโดยสาร Airbus A380 เพื่อใช้เป็นเครื่องยนต์อีกรุ่นของเจ้ายักษ์ใหญ่บนท้องฟ้า
GP7200 In Airbus A340/600-Airbus A380
GP7200 เป็นเครื่องยนต์ที่มีความทันสมัยมากที่สุดแล้วในยุคนี้สำหรับการใช้งานในกิจการบินของพลเรือนในรูปแบบพาณิชย์ มันถูกพัฒนาจนได้รับความเชื่อถือในระดับสูงสุด เป็นเครื่องยนต์ที่เครื่องบินโดยสารและเครื่องบินลำเลียงทางทหารหลากหลายแบบต่างจับตามองด้วยความต้องการนำมาใช้งานจากคุณสมบัติดีเยี่ยมหลายประการ ส่วนเครื่องยนต์ของ Rolls Royce ในตระกูล Trent 900 ที่มีประจำการอยู่ใต้ปีกของ A380 นั้นก็มีประสิทธิภาพไม่แตกต่างจาก GP7200 มากนัก มันมีความใกล้เคียงกันมากทั้งด้านสมรรถนะ ขนาดและน้ำหนัก รวมถึงการสร้างแรงขับดันที่ทำออกมาได้เท่าๆ กัน เนื่องจากบริษัทผลิตเครื่องยนต์ของอากาศยานอย่าง Rolls Royce ก็มีความเชี่ยวชาญและประสบการณ์อันยาวนานในการคิดค้น ออกแบบและผลิตเครื่องยนต์ของอากาศยานมานานเกือบ 100 ปีแล้ว เครื่องยนต์ GP7200 และ Trent 900 ในปัจจุบันนี้ได้กลายมาเป็นทางเลือกใหม่ให้กับวงการบินพาณิชย์ในการเลือกใช้เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพและสมรรถนะโดยรวมโดดเด่นกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแบบอื่นๆ นับรวมแล้วมันมียอดสั่งซื้อเพื่อนำไปใช้งานถึง 230 ลำจากสายการบินชั้นนำทั่วโลก.
Engine Alliance GP7200 Specifications
เครื่องยนต์................................Engline Allance GP7200
การติดตั้ง.................................4 จุดยึดใต้ปีก วางตามยาว
แบบ..........................................High-Bypass Turbofan
แรงขับตอนบินขึ้น.....................70,000 ปอนด์ (311kn)
แรงขับตอนบินระดับ.................12,633 ปอนด์ (56kn)
กำลังต่อน้ำหนัก........................258.9 ปอนด์/ตัน บินขึ้นแบบเครื่องเปล่า
ความดัง....................................125.6 เดซิเบล
อัตราส่วนกำลังอัด.....................43.9
Bypass Ratio (Cruise).............8.7
ความยาวของเครื่องยนต์.............4,750 m.m. (Engline Allance GP7200)
เส้นผ่าศูนย์กลางเครื่องยนต์........3,160 m.m.
น้ำหนักเครื่องยนต์.....................6712 กิโลกรัม (Engline Allance GP7200)
อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง
ความจุถังเชื้อเพลิง...................310,000 ลิตร
ปริมาตรเชื้อเพลิงต่อคน.............34.3 กิโลเมตร/ลิตร (ผู้โดยสารเต็มลำ)
การปล่อยมลภาวะ....................คาร์บอนไดออกไซค์ 75กรัมต่อกิโลเมตร
Nox..........................................51.6g/kn
Hc............................................5.4g/kn
Co............................................44.9g/kn
พิสัยบิน
ผู้โดยสารเต็มลำ......................15,198 กิโลเมตร (8200 น็อตติเคิลไมล์)
บรรทุกสูงสุด...........................10,460 กิโลเมตร
บินแบบเครื่องเปล่า.................18,507 กิโลเมตร
เอกสารอ้างอิงประกอบการเขียน
The Aerospace Magazine
https://aerospacemag.com/home/index.asp
arcom roumsuwan
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th