อัตราส่วนความยาวของความยาวของปีก (Span) ต่อความกว้างของปีก (Chord) หรือที่เรียกว่า “Aspect Ratio” ในด้านอากาศพลศาสตร์ เป็นหนึ่งในปัจจัยการออกแบบเครื่องบินที่สำคัญ มีผลทั้งต่ออัตราส่วนของแรงยกต่อแรงต้านอากาศ (lift-to-drag ratio) และส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง ประสิทธิภาพในการร่อน และอื่น ๆ

ค่า Aspect Ratio ของปีกนั้นขึ้นอยู่กับความยาวและความกว้างของปีก

Aspect Ratio (AR) ของปีกสามารถคำนวณได้โดยการนำความยาวของปีกรวม (Wingspan) มาหารด้วยค่า Standard Mean Chord (SMC) หรือค่ามาตรฐานความกว้างปีก ซึ่งเป็นค่าจากการประมาณพื้นที่ของปีกเนื่องจากปีกนั้นอาจมีความกว้างที่ไม่เท่ากันในแต่ละจุด โดยที่ปีกของเครื่องบินขนาดใหญ่อาจจะมีความกว้างบริเวณฐานของปีกสูง แต่แคบในช่วงปลายของปีก

เครื่องร่อนซึ่งมี Aspect Ratio ของปีกอยู่ที่ 51.33 ซึ่งถือว่าสูงมาก

สามารถอธิบายให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นว่า ยิ่งแคบและยิ่งยาวเท่าใด ค่า AR ก็จะสูงขึ้น และค่าอัตราส่วนของแรงยกต่อแรงต้านอากาศ (lift-to-drag ratio) ก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย หมายความว่ายิ่งปีกยาวและแคบมากเท่าใด แรงยกที่สร้างได้จากปีกก็จะมากขึ้นตามไปด้วย

สังเกตว่าเครื่องร่อน (Glider) มักจะมีปีกที่แคบแต่ยาวมาก ๆ หากคำนวณออกมา ค่า AR มักจะสูงมาก ๆ (สูงว่า 30) เป็นเพราะเครื่องร่อนถูกออกแบบมาให้ร่อนได้นานด้วยอัตราส่วนแรงยกต่อแรงต้านอากาศที่สูง เครื่องร่อนจึงอยู่ในอากาศได้นานและร่อนไปได้ไกลกว่าเครื่องบินที่มีปีกสั้น

เครื่องบิน Dash-8 ซึ่งมี Aspect Ratio ของปีกอยู่ที่ประมาณ 12.8

ถึงจุดนี้ หลายคนอาจจะคิดว่าแล้วทำไมเครื่องบินทุกลำไม่ถูกออกแบบมาให้มีปีกยาว ๆ แต่แคบ จะได้มีแรงยกมากขึ้น บินได้ไกลขึ้น และประหยัดเชื้อเพลิงขึ้น อย่างไรก็ตาม ปีกที่มี AR สูงก็ตามมาด้วยข้อเสียอื่น ๆ ที่ต้องแลกมาเช่นกัน

ปีกที่มี AR สูงมักจะมีขนาดเล็กทำให้มีโครงสร้างที่บางกว่าปีกที่มี AR ต่ำ จึงรับแรงโค้งงอ (Bending Stress) ได้น้อยกว่า ทำให้ปีก AR สูงไม่เหมาะกับการใช้งานในเครื่องบินขนาดใหญ่ที่มักมีน้ำหนักมากและทำให้ปีกต้องรับแรงโค้งงอมากตามไปด้วย เพราะเมื่อปีกงอ มันอาจไปรบกวนกระแสอากาศของปีกทำให้ประสิทธิภาพของผิวควบคุม (Control Surface) ลดลง หรือปีกอาจเสียหายได้ง่าย

นอกจากนี้เอง ปีกที่มี AR สูงนั้นจะเลี้ยวได้ยากกว่าปีกที่มี AR ต่ำ เนื่องจากแรงเฉื่อยที่เกิดขึ้นจากโมเมนตัมของปีก แต่ขณะเดียวกันก็เลี้ยวได้เร็วกว่าปีก AR ต่ำ เพียงแต่การควบคุมจะตอบสนองช้ากว่าระหว่างการเริ่มเลี้ยว

เครื่องบิน Concorde ซึ่งมี Aspect Ration ของปีกเพียงแค่ 1.55 เท่านั้น

การทำปีกให้มี AR สูงขึ้นนั้นต้องแลกมาด้วยการไม่ติดตั้งอุปกรณ์หรือระบบใด ๆ ในปีก เช่น ถังเชื้อเพลิง ล้อลงจอด และระบบเซนเซอร์อื่น ๆ เพื่อลดขนาดของปีกให้บางลง ทำให้อาจจะไม่เหมาะกับเครื่องบินขนาดใหญ่ที่จำเป็นต้องมีพื้นที่สำหรับติดตั้งถังเชื้อเพลิงในปีก ระบบล้อลงจอดบริเวณปีก หรือแม้แต่เครื่องยนต์

นอกจากนี้เอง ปีกที่มี AR สูงนั้นใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ในการจอด ทำให้ไม่เหมาะกับเครื่องบินพาณิชย์ที่อาจจะต้องจอดในท่าอากาศยานหรือในโรงเก็บเครื่องบินซึ่งมีพื้นที่จำกัด เครื่องบินขนาดใหญ่ในปัจจุบันจึงเป็นการออกแบบให้ค่า AR ของปีกมีความพอดี ไม่สั้นและยาวเกินไป

เรียบเรียงโดย โชตทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

Aspect Ratio อัตราส่วนของปีกเครื่องบิน มีความสำคัญอย่างไร