หากเป็นการขับรถ คนขับสามารถเลี้ยวซ้ายหรือขวาได้ด้วยการหักพวงมาลัยของรถ แล้ว “นักบิน” หากต้องการจะเปลี่ยน “ทิศทางอากาศยาน” จะต้องทำอย่างไร ? “Control Surface” หรือ “แพนบังคับอากาศยาน” คือพื้นผิวของอากาศยานต่าง ๆ เช่น ปีกยก ที่ทำให้นักบินสามารถควบคุมทิศทางของเครื่องบินได้ นอกจากปีกแล้ว ยังมี Control Surface อีกมากมายบนอากาศยานซึ่งถูกใช้ในสถานการณ์ที่ต่างกันระหว่างการบิน

ภาพแสดงปีกแก้เอียงหรือ Aileron ในเครื่องบินขนาดเล็ก

Aileron หรือปีกแก้เอียง น่าจะเป็น Control Surface ที่ดูคุ้นคุยที่สุดสำหรับผู้โดยสารเครื่องบินพาณิชย์ เนื่องจากปีกแก้เอียงนั้นอยู่บริเวณปีกหลักของเครื่องบิน หลายคนอาจจะเข้าใจว่าปีกของเครื่องบินนั้นไม่สามารถขยับได้ อย่างไรก็ตาม บริเวณข้างหลังของปีกของเครื่องบินนั้นคือปีกแก้เอียงซึ่งสามารถเพิ่มหรือลดแรงยกของปีกได้เพื่อให้ปีกด้านนั้น ๆ ยกตัวสูงขึ้นหรือลงเพื่อเลี้ยว (Roll) Aileron นั้นถือเป็น Control Surface หลักสำหรับการบังคับทิศทางในแนวแกนราบ

ภาพแสดง Elevator หรือปีกยกในเครื่องบินขนาดเล็ก

Elevator หรือแพนหางขึ้นลง เป็นอีกหนึ่ง Control Surface หลักของเครื่องบินแทบทุกชนิด ใช้ในการควบคุมการเชิดหน้าขึ้นหรือการกดหน้าของเครื่องบินลง เพื่อใช้ในการปรับระดับความสูงของเครื่องบิน ถือเป็น Control Surface สำหรับการบังคับทิศทางในแดวดิ่ง

ในทางทฤษฎีและทางปฏิบัติแล้ว เครื่องบินสามารถบินได้โดยมีแค่เพียง Control Surface สองอย่างซึ่งก็คือ Aileron และ Elevator ที่เพียงพอต่อการบังคับเครื่องบินแล้ว อย่างไรก็ตามการบินด้วย Control Surface เพียงแค่สองอย่างนี้อาจก่อให้เกิดปัญหาในด้านความเสถียรของเส้นทางการบิน กล่าวคือ เมื่อเครื่องบิน “Bank” หรือเอียงเพื่อทำการเลี้ยว เครื่องอาจจะเลี้ยวแต่หัวของเครื่องบินไม่หันตามไปด้วย คล้ายกับการ “ดริฟต์” ของรถ แต่เกิดขึ้นในเครื่องบิน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “Adverse Yaw” หรือ “Side Slip” ในการบิน ซึ่งเกิดจากความแตกต่างของแรงยกและแรงเฉื่อยระหว่างปีกทั้งสองปีกที่ไม่เท่ากัน รวมถึงโมเมนตัมของเครื่องบิน

จึงต้องมี Control Surface ที่สามขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหานี้ ซึ่งก็คือ “หางเสือ” หรือ “Rudder” นั่นเอง

ภาพแสดงหางเสือของเครื่องบินขณะจอดอยู่ โดยมี Gust Lock หรือตัวป้องกันไม่ให้หางเสือถูกลมพัดแล้วเคลื่อนตัวติดตั้งไว้อยู่

หน้าที่ของหางเสือคือการบังคับเครื่องบินในแกน “Yaw” หรือการบังคับการหันของจมูกของเครื่องบิน ซึ่งมักจะถูกใช้ระหว่างการเลี้ยวของเครื่องบินเพื่อบังคับให้หัวของเครื่องบินนั้นหันไปในทางที่เครื่องบินจะเลี้ยว ทำให้เครื่องบินไม่ “ดริฟต์” หรือ “ไถล” ไปอีกข้างขณะที่กำลังเลี้ยวอยู่ ยิ่งองศาการเลี้ยวมากเท่าใด นักบินจะต้องใช้หางเสือในการบังคับให้หัวของเครื่องบินหันมากเท่านั้นเพื่อป้องกัน Adverse Yaw หรือ Dutch Roll ซึ่งเป็นปรากฏการณ์เมื่อเครื่องบินไม่สามารถควบคุมความเสถียรของทิศทางการบินได้ ในเครื่องบินพาณิชย์สมัยใหม่ การออกแรงของหางเสือจะถูกกระทำโดยอัตโนมัติผ่านระบบที่เรียกว่า “Yaw Damper” ทำให้นักบินไม่ต้องคอยกะปริมาณการใช้แรงหางเสือในการเลี้ยวเนื่องจากคอมพิวเตอร์การบินสามารถคำนวณองศาของหางเสือที่ต้องใช้ในการเลี้ยวได้อัตโนมัติ

ภาพแสดงหลักการทำงานของ Horizonstal Stabilizer ในการปรับ Trim เพื่อเพิ่มความเสถียรในการควบคุมในแนวดิ่ง

Horizontal Stabilizer นั้นเป็นปีกท้ายของเครื่องบิน ถูกใช้ในการควบคุมแกนแนวดิ่ง (แกน y) ของเครื่องบินร่วมกับ Elevator

Horizontal Stabilizer ถูกใช้ในสิ่งที่เรียกว่า “Trim Control” เพื่อคอยปรับให้แรงยกของเครื่องบินนั้นสมดุลตลอดเวลา กล่าวคือ หากนักบินไม่ได้บังคับเครื่องบินอยู่แต่ปล่อยแท่นควบคุมไป เครื่องบินก็จะบินที่องศาการเชิดหน้าเท่าเดิมเสมอ หากเครื่องบินกำลังบินโดยที่ไม่ได้เชิดหน้าหรือดิ่งลงอยู่ เครื่องบินจะไม่เปลี่ยนองศานี้

หากไม่มี Trim Control นักบินจะต้องคอยดึงแท่นควบคุมเพื่อเชิดหน้าของเครื่องบินขึ้นอยู่ตลอดเวลาหากจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินนั้นอยู่ที่ข้างหน้า หรือหากจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินอยู่ที่ข้างหลัง นักบินก็จะต้องคอยกดแท่นควบคุมลงเพื่อไม่ให้เครื่องบินเชิดหน้าขึ้นอยู่ตลอดเวลา

ภาพแสดงส่วนประกอบต่าง ๆ ของหางของเครื่องบิน

Vertical Stabilizer นั้นเป็นปีกท้ายของเครื่องบินอีกชิ้น ใช้ในการให้ความเสถียรแนวแกนราบ (แกน x) ร่วมกับ Rudder หรือหางเสือ อย่างไรก็ตาม Vertical Stabilizer ไม่นับเป็น Control Surface ต่างจากหางเสือที่ถือเป็น Control Surface

Vertical Stabilizer บนเครื่องบินหลายลำนั้นมักจะไม่สามารถขยับได้ ต่างจาก Horizontal Stabilizer ที่สามารถขยับได้ หน้าที่ของ Vertical Stabilizer คือเพิ่มความเสถียรในแกน Yaw ของเครื่องบินร่วมกับหางเสือ

เครื่องบินแทบทุกเครื่องถูกออกแบบมาให้บินโดยที่ต้องมี Vertical Stabilizer ร่วมกับหางเสือในการเพิ่มความเสถียรในแกน Yaw มิเช่นนั้นแล้ว เครื่องบินอาจบินเกิน “Flight Envelope” หรือขีดจำกัดการควบคุมของเครื่องบินจนตกได้ ยกตัวอย่างเช่น American Airlines เที่ยวบินที่ 587 ซึ่งสูญเสีย Vertical Stabilizer และหางเสือทั้งแผงจากการใช้งานหางเสือเกิดขีดจำกัด ทำให้เครื่องเริ่มส่ายซ้ายและขวาจากการสูญเสีย Yaw Stability จนเครื่องหมุนในแนวราบ (Flat Spin) สูญเสียแรงยก และตกในที่สุด

ภายใต้เครื่องบิน Boeing 747 แสดงให้เห็นถึง Flaps หรือปีกสร้างแรงยกที่ยื่นออกมาเพื่อเพิ่มแรงยกให้แก่เครื่องบินขณะกำลังบินขึ้นหรือลงจอด

Flaps หรือปีกสร้างแรงยก เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า “Trailing Edge” เป็นส่วนด้านหลังของปีกหลักของเครื่องบินที่สามารถยื่นออกมาได้เพื่อเพิ่มแรงยกให้แก่เครื่องบิน แต่ขณะเดียวกันก็สร้างแรงต้านอากาศ (Aerodynamic Drag) มากขึ้น ทำให้เครื่องบินบินได้ช้าลงโดยไม่สูญเสียแรงยกของปีกไป (Aerodynamic Stall) มักใช้ระหว่างการขึ้นบินและการลงจอด เมื่อเครื่องบินต้องบินที่ความเร็วต่ำ

ภาพของเครื่องบินขณะกำลังลงจอด แสดงให้เห็นถึงส่วนของปีกข้างหน้าซึ่งคือ Slats หรือ Leading Edge เพื่อใช้ในการเพิ่มแรงยกให้แก่ปีก

Slats เป็นปีกสร้างแรงยกอีกชนิดหนึ่งคล้ายกับ Flaps แต่อยู่ข้างหน้า เรียกอีกชื่อว่า “Leading Edge” ทำหน้าที่เดียวกับ Flaps คือการเพิ่มแรงยกให้กับปีก เพื่อให้เครื่องบินสามารถบินที่ความเร็วต่ำได้โดยที่ปีกไม่เสียแรงยก ทั้ง Slats และ Flaps จะไม่ถูกใช้งานระหว่างการบินที่ความเร็วสูงเนื่องจากการกาง Slats และ Flaps ทำให้เกิดแรงต้านอากาศมากขึ้น ซึ่งจะทำให้เครื่องบินไม่สามารถทำความเร็วได้

ภาพแสดง Spoilers หรือ Airbrake ของเครื่องบินเมื่อกางออกสุด เพื่อใช้ในการลดความเร็วของเครื่องบิน

Spoiler หรือ Airbrake นั้นคือแผ่นปีกอีกชุดหนึ่งที่จะอยู่เหนือปีกหลัก จะถูกกางออกเมื่อนักบินต้องการลดความเร็วของเครื่องบิน เช่น ระหว่างการลงจอด หรือเมื่อเครื่องบินแตะพื้นหลังการลงจอด เพื่อลดความเร็วของเครื่องบิน Spoiler จะลดความเร็วของเครื่องบินได้ด้วยการสร้างแรงต้านอากาศ

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 Control Surface ของอากาศยาน นักบินควบคุมอากาศยานได้อย่างไร