เครื่องร่อน หลักการทำงาน ประวัติ และประเภทของอากาศยานไร้เครื่องยนต์

เครื่องร่อน (Glider) คืออากาศยานปีกตรึงที่สามารถพยุงตัวอยู่ในอากาศได้ด้วยปฏิกิริยาทางพลศาสตร์ของอากาศที่กระทำต่อพื้นผิวปีก โดยการบินแบบอิสระของเครื่องร่อนจะไม่ขึ้นอยู่กับเครื่องยนต์เป็นหลัก เครื่องร่อนส่วนใหญ่ไม่มีเครื่องยนต์ติดตั้งอยู่ แต่มีอากาศยานบางประเภทที่เรียกว่า มอเตอร์ไกลเดอร์ (Motor-gliders) ซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์ขนาดเล็กเพื่อช่วยในการรักษาความสูงหรือใช้ในการทะยานขึ้นด้วยตนเอง (Self-launch) เพื่อขยายระยะเวลาในการบิน

หลักการทำงานและการใช้งาน

เครื่องร่อนใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาเพื่อรักษาหรือเพิ่มระดับความสูง โดยเฉพาะการใช้กระแสอากาศที่ไหลขึ้น (Rising air) เช่น กระแสอากาศร้อน (Thermals) หรือลมที่ปะทะกับภูเขาแล้วไหลขึ้น (Ridge lift) เครื่องร่อนมีหลากหลายรูปแบบแตกต่างกันตามโครงสร้างปีก ประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ ตำแหน่งที่นั่งของนักบิน และวัตถุประสงค์การใช้งาน

ในปัจจุบัน เครื่องร่อนถูกนำมาใช้ในกิจกรรมกีฬาทางอากาศหลายประเภท ได้แก่ การบินร่อน (Gliding), การร่อนพาราเซลหรือแฮงไกลเดอร์ (Hang gliding) และพาราไกลเดอร์ (Paragliding) นอกจากนี้ ในอดีตมีการใช้เครื่องร่อนในภารกิจทางทหารเพื่อส่งกำลังพล และในทางวิศวกรรมอวกาศ ยานอวกาศบางลำถูกออกแบบให้ร่อนลงสู่พื้นโลกในลักษณะของเครื่องร่อน

ประวัติการพัฒนา

ยุคเริ่มต้นและการทดลอง

บันทึกการบินในยุคก่อนสมัยใหม่มักยากต่อการตรวจสอบความถูกต้อง แต่มีรายงานเกี่ยวกับความพยายามในการบิน เช่น อับบาส อิบนุ ฟิรนาส (Abbas Ibn Firnas) ในศตวรรษที่ 9 ที่สเปน และพระเอลเมอร์แห่งมัลเมสเบอรี (Eilmer of Malmesbury) ในช่วงปี ค.ศ. 1000-1010 ในอังกฤษ ซึ่งทั้งคู่ใช้ปีกที่เลียนแบบขนนกและประสบอุบัติเหตุเนื่องจากขาดส่วนหางในการควบคุมทิศทาง

การพัฒนาเชิงวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 19

เซอร์ จอร์จ เคย์ลีย์ (Sir George Cayley) เป็นผู้สร้างเครื่องร่อนลำแรกๆ ที่อ้างอิงตามหลักการทางวิทยาศาสตร์ โดยสามารถทำการบินระยะสั้นๆ ได้ตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ. 1849 หลังจากนั้น ผู้บุกเบิกอย่าง ออตโต ลิเลียนทาล (Otto Lilienthal) ได้พัฒนาการบินร่อนให้ประสบความสำเร็จอย่างต่อเนื่องมากกว่า 2,000 ครั้ง และเป็นคนแรกที่ใช้กระแสอากาศไหลขึ้นเพื่อยืดระยะเวลาการบิน

พี่น้องตระกูลไรท์ (Wright Brothers) เองก็ใช้การทดสอบเครื่องร่อนหลายรุ่นเพื่อพัฒนาการควบคุมการบิน ก่อนที่จะนำไปสู่การสร้างเครื่องบินที่มีเครื่องยนต์ลำแรกของโลก

การพัฒนาในช่วงสงครามและยุคปัจจุบัน

ในช่วงระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 1 และ 2 การบินร่อนเพื่อสันทนาการเติบโตอย่างมากในเยอรมนีและสหรัฐอเมริกา เครื่องร่อนถูกพัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นจนสามารถบินข้ามประเทศได้ระยะทางหลายร้อยหรือหลายพันกิโลเมตรในวันเดียวหากสภาพอากาศเอื้ออำนวย

ในด้านการทหาร เครื่องร่อนถูกนำมาใช้ในสงครามโลกครั้งที่ 2 เพื่อส่งทหารเข้าสู่พื้นที่เป้าหมายโดยไม่ให้ศัตรูตรวจพบได้ง่ายจากเสียงเครื่องยนต์

ประเภทของเครื่องร่อนสมัยใหม่

แฮงไกลเดอร์ (Hang Gliders)

พัฒนามาจากแนวคิดปีกยืดหยุ่น (Flexible wing) ของ ฟรานซิส และ เกอร์ทรูด โรกาโล (Francis and Gertrude Rogallo) ในปี ค.ศ. 1951 ซึ่งต่อมา NASA ได้นำไปทดสอบเพื่อใช้เป็นระบบกู้คืนยานอวกาศ Gemini ก่อนจะถูกพัฒนาเป็นเครื่องร่อนแบบทะยานขึ้นด้วยเท้า (Foot-launched) ที่ใช้งานแพร่หลายในปัจจุบัน

พาราไกลเดอร์ (Paragliders)

มีพื้นฐานมาจากสิทธิบัตร Parafoil ของ โดมินา จาลเบิร์ต (Domina Jalbert) ในปี ค.ศ. 1963 ซึ่งใช้การออกแบบแบบ Ram-air (การเติมอากาศเข้าสู่ช่องเซลล์ของปีกเพื่อให้คงรูปทรง) ทำให้สามารถร่อนลงได้อย่างนุ่มนวลและควบคุมได้ดี