ความรู้ทั่วไปเฮลิคอปเตอร์ (Helicopter General Knowledge)

นักบินเฮลิคอปเตอร์ที่ดีไม่ต้องเป็นช่าง แต่ต้องเข้าใจว่ากลไกแต่ละชิ้นทำงานอย่างไร เพราะเมื่อระบบส่งสัญญาณผิดปกติ คุณต้องอ่านออกและตัดสินใจได้ทัน

11.1 ระบบโรเตอร์หลัก (Main Rotor Systems)

โรเตอร์หลักมีสามแบบที่ออกสอบ:

• Fully articulated (ข้อต่ออิสระ): ใบแต่ละใบขยับได้สามทาง — flap (ขึ้น-ลง), lead/lag (หน้า-หลัง) และ feather (บิดมุมพิทช์) มักใช้กับเฮลิคอปเตอร์ที่มีใบ 3 ใบขึ้นไป
• Semi-rigid (กึ่งแข็ง): ใบสองใบยึดติดกันแบบ "see-saw" กระดกได้ พบในเฮลิคอปเตอร์เล็กยอดนิยม (เช่นตระกูล Robinson)
• Rigid (แข็ง): ใบยึดแน่น ไม่มีบานพับ flap/lag อาศัยความยืดหยุ่นของวัสดุแทน

11.2 จานสวอช (Swashplate) — ตัวแปลคำสั่งสู่ใบที่หมุน

หัวใจที่ส่งคำสั่งจากคันบังคับ (ที่อยู่นิ่ง) ไปยังใบโรเตอร์ (ที่หมุน) คือ จานสวอช ซึ่งมีสองชั้น:

• ชั้นล่าง อยู่กับที่ (stationary) รับคำสั่งจาก collective และ cyclic
• ชั้นบน หมุนไปกับโรเตอร์ (rotating) ส่งคำสั่งผ่าน pitch link ไปบิดมุมพิทช์ของแต่ละใบ

11.3 ระบบส่งกำลังและ Freewheeling Unit

เครื่องยนต์ส่งกำลังผ่าน กระปุกเกียร์ (transmission/gearbox) ไปหมุนทั้งโรเตอร์หลักและ tail rotor ชิ้นส่วนสำคัญที่สุดเพื่อความปลอดภัยคือ freewheeling unit (clutch แบบทางเดียว) ซึ่งจะ ปลดโรเตอร์ออกจากเครื่องยนต์โดยอัตโนมัติเมื่อเครื่องยนต์ดับหรือช้ากว่าโรเตอร์ ทำให้โรเตอร์หมุนอิสระต่อได้ — นี่คือสิ่งที่ทำให้ autorotation เป็นไปได้

11.4 Tail Rotor และทางเลือก

• Conventional tail rotor: ใบพัดเล็กที่ปลายหาง
• Fenestron: พัดลมฝังในครีบหาง ปลอดภัยและเงียบกว่า
• NOTAR (No Tail Rotor): ใช้พัดลมอัดอากาศเข้าไปในบูมหาง อากาศไหลออกทางช่องตามยาว (slots) ของบูม เกิด Coandă effect (circulation control) ทำให้ downwash จากโรเตอร์หลักที่ไหลผ่านบูมสร้างแรงด้านข้าง เสริมด้วย direct jet thruster ที่ปลายหางสำหรับบังคับการส่ายโดยตรง

11.5 การคุมรอบโรเตอร์และ Mast Bumping

รอบโรเตอร์ (Rotor RPM) ต้องอยู่ในเกณฑ์เสมอ เครื่องยนต์กังหัน (turbine) มักมี governor คุมรอบอัตโนมัติ ส่วนเครื่องลูกสูบใช้ correlator/governor ช่วย

Governor และ Correlator

Governor คือระบบอิเล็กทรอนิกส์หรือเครื่องกลที่วัดความเร็วรอบของ rotor (Nr) อย่างต่อเนื่อง แล้วปรับอัตราการจ่ายเชื้อเพลิง (fuel flow) หรือ throttle โดยอัตโนมัติเพื่อรักษา Nr ให้คงที่ตามค่าที่กำหนด ไม่ว่านักบินจะดึงหรือปล่อย collective ก็ตาม ผลลัพธ์คือ Nr จะ "ไม่หลุด" ออกจากช่วงปลอดภัย และนักบินไม่ต้องคอยบิดหมุน throttle ด้วยมือตลอดเวลา

Correlator เป็นระบบเชิงกลที่เชื่อม collective lever เข้ากับ throttle อย่างคร่าว ๆ (coarse linkage) โดยตรง เมื่อนักบินดึง collective ขึ้น Correlator จะเพิ่ม throttle ตามสัดส่วนไปพร้อมกันทันที ช่วยลดการ droop (Nr ตก) ของ rotor ก่อนที่ Governor จะมีเวลาแก้ไข แต่ Correlator ไม่สามารถรักษา Nr ได้แม่นยำเท่า Governor จึงมักใช้ทั้งสองระบบร่วมกัน

---

Coriolis Effect และ Lead-Lag Motion

เมื่อใบโรเตอร์ flap ขึ้น (tip เคลื่อนเข้าใกล้แกนหมุน) รัศมีมวลลดลง ตาม Conservation of Angular Momentum ใบจะเร่งความเร็วรอบแกนแนวตั้ง ทำให้ใบ lead (วิ่งล้ำหน้าตำแหน่งปกติ) ในทางกลับกัน เมื่อใบ flap ลง (tip เคลื่อนออกห่างแกน) รัศมีมวลเพิ่มขึ้น ใบจะ lag (ช้าลงหลังตำแหน่งปกติ) ปรากฏการณ์นี้คือ Coriolis Effect ที่เกิดใน rotating system ของ rotor head

แรง lead-lag สะสมจนเกิด stress สูงที่โคนใบหาก rotor head ไม่มีอิสระในการเคลื่อนที่ระนาบแนวนอน ดังนั้น fully-articulated rotor head จึงมี lead-lag hinge (drag hinge) พร้อม lead-lag damper เพื่อดูดซับพลังงานและป้องกันการสั่นที่เรียกว่า ground resonance

---

Delta-3 Hinge (Pitch-Flap Coupling)

Delta-3 hinge คือการออกแบบ flapping hinge ที่ไม่ตั้งฉากกับแกน rotor อย่างแท้จริง แต่เอียงทำมุม delta-3 (δ₃) ผลลัพธ์คือเมื่อใบ flap ขึ้นหรือลง มุม pitch ของใบจะเปลี่ยนแปลงตามโดยอัตโนมัติ (pitch-flap coupling) โดยทั่วไปการ flap ขึ้นจะลด pitch ซึ่งลด lift ลงบ้าง ช่วยจำกัดการ flap มากเกินไป

ประโยชน์หลักของ Delta-3 คือ ลด blade loads ที่โคนใบในสภาวะ asymmetric flight, ลด feedback forces ที่ส่งกลับมาถึงมือนักบินผ่าน control system และช่วยให้ rotor มีเสถียรภาพมากขึ้นโดยไม่ต้องอาศัย mechanical complexity สูง Delta-3 พบบ่อยใน tail rotor และ hingeless/bearingless rotor ที่ต้องการลด control loads

---

Chip Detector

Chip detector คือแม่เหล็กถาวร (permanent magnet) ที่ติดตั้งอยู่ในจุดต่ำสุดของ transmission, gearbox, หรือ tail rotor gearbox เพื่อดักจับ metal particles (เศษโลหะ) ที่หลุดออกมาปนในน้ำมันหล่อลื่น เมื่อเศษโลหะสะสมจนครบวงจรไฟฟ้าบน chip detector จะส่งสัญญาณให้ chip warning light บนแผงหน้าปัดติดสว่าง

การที่ chip warning light ติด หมายความว่ามีชิ้นส่วนภายใน gearbox กำลัง สึกหรอผิดปกติหรือแตก และมีเศษโลหะปนในระบบน้ำมัน ซึ่งเป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าที่ร้ายแรงก่อนที่จะเกิด catastrophic gearbox failure ดังนั้น procedure ที่ถูกต้องคือ land as soon as possible (ลงจอดโดยเร็วที่สุดที่ทำได้อย่างปลอดภัย)

เพิ่มเติมให้ครอบคลุมการสอบ ECQB

เครื่องวัดและระบบเตือน (Instruments & Warning Systems)

แผงหน้าปัดเฮลิคอปเตอร์มีเครื่องวัดสำคัญที่ออกสอบ หัวใจคือ «dual-needle tachometer» ที่แสดงสองเข็มซ้อนกัน คือรอบเครื่องยนต์ (engine RPM, Ne) และรอบโรเตอร์ (rotor RPM, Nr) เมื่อบินปกติเข็มทั้งสองจะ «married» (ทาบกัน) แต่เมื่อเครื่องยนต์ดับและ freewheeling unit ปลดออก เข็มจะ «split» (แยกกัน) โดยเข็มเครื่องยนต์ตกต่ำกว่าเข็มโรเตอร์ ซึ่งเป็นสัญญาณยืนยันการเข้าสู่ autorotation นอกจากนี้ยังมี torque gauge, EGT/TOT, oil pressure และ oil temperature พร้อมแผง caution/warning lights

การวินิจฉัยการสั่นสะเทือน (Vibration Diagnosis)

ความถี่ของการสั่นบอกที่มาของปัญหาได้ การสั่นความถี่ต่ำ «1 per rev» (หนึ่งครั้งต่อรอบโรเตอร์หลัก) มักเกิดจากใบโรเตอร์หลักไม่สมดุล (out of balance) หรือ track ไม่ตรง (out of track) การสั่น «2 per rev» พบบ่อยในระบบกึ่งแข็งสองใบ (teetering) เป็นลักษณะปกติระดับหนึ่งแต่หากรุนแรงขึ้นบ่งชี้ปัญหา ส่วนการสั่นความถี่สูง «N per rev» (medium/high frequency) มักมาจาก tail rotor หรือ drive train เช่น ใบหางไม่สมดุลหรือ bearing สึก

ระบบส่งกำลังโรเตอร์หาง (Tail Rotor Drive Train)

กำลังไปยัง tail rotor ไม่ได้มาจากเครื่องยนต์โดยตรง แต่ส่งผ่าน main transmission ออกมาทาง «tail rotor drive shaft» (เพลาขับ) วิ่งไปตามบูมหาง ผ่าน «intermediate gearbox» (ถ้ามี) ที่หักมุมขึ้นครีบหาง แล้วเข้า «tail rotor gearbox» ที่ปลายหางเพื่อหมุนใบหาง การที่ tail rotor ต่อกับระบบส่งกำลังหลักทำให้มันยังหมุนได้ใน autorotation นักบินคุมแรงขับของหางผ่าน «pedals» ซึ่งเปลี่ยนมุมพิทช์ (collective pitch) ของใบหางผ่าน pitch change mechanism — pedal ไม่ได้เปลี่ยนรอบ แต่เปลี่ยนพิทช์เพื่อปรับ thrust

กลไก Ground Resonance และบทบาทของ Lead-Lag Damper

«Ground resonance» เป็นการสั่นพ้องอันตรายที่เกิดบนพื้นเมื่อใบของ fully-articulated rotor เคลื่อนไหว lead-lag ไม่สมดุล ทำให้จุดศูนย์ถ่วงของจานโรเตอร์เยื้องศูนย์ หากความถี่การแกว่งนี้ตรงกับความถี่ธรรมชาติของขาลงจอด (undercarriage/oleo) พลังงานจะสะสมขยายตัวอย่างรวดเร็วจนเฮลิคอปเตอร์พังในไม่กี่วินาที «lead-lag damper» บนหัวโรเตอร์ทำหน้าที่ดูดซับพลังงานการแกว่งนี้ ระบบกึ่งแข็ง (teetering) ไม่มี lead-lag hinge จึงไม่เกิด ground resonance หากเริ่มเกิดและรอบโรเตอร์พอ ให้เพิ่ม collective บินขึ้นจากพื้นทันที

Droop Stops และตัวจำกัดการกระดกใบ (Flap Restraint)

«Droop stops» คือตัวหยุดเชิงกลที่ป้องกันไม่ให้ใบโรเตอร์กระดกลง (flap down) มากเกินไปเมื่อรอบโรเตอร์ต่ำหรือหยุด เช่น ตอนสตาร์ท ดับเครื่อง หรือลมกระโชก หากไม่มี droop stop ใบที่อ่อนตัวลงอาจตกต่ำจน «boom strike» (ใบฟาดบูมหางหรือลำตัว) เมื่อรอบโรเตอร์เพิ่มขึ้น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ (centrifugal force) จะทำให้ใบตึงและ droop stop ปลดออกเอง คู่กันคือ «flap (anti-flap) restraints» ที่จำกัดการกระดกขึ้นในรอบต่ำ การตรวจ droop stops เป็นรายการ pre-flight ที่ออกสอบ

ขีดจำกัด Torque และอุณหภูมิน้ำมันของระบบส่งกำลัง

«transmission torque limit» อาจต่ำกว่ากำลังที่เครื่องยนต์ผลิตได้ โดยเฉพาะในวันอากาศเย็นความดันสูงที่เครื่องยนต์แรง torque gauge (มักอ่านเป็น %) จึงเป็นตัวจำกัดกำลังที่นักบินต้องเฝ้า ห้ามดึง collective จน torque เกินขีดแม้เครื่องยนต์จะยังมีกำลังเหลือ เพราะจะทำลายเฟืองและเพลา «transmission oil temperature/pressure» บ่งชี้สุขภาพของกระปุกเกียร์ อุณหภูมิสูงผิดปกติหรือความดันตกหมายถึงการหล่อลื่นล้มเหลวและความร้อนสะสม ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบส่งกำลัง

11.6 ระบบไฮดรอลิกและพื้นบังคับกำลัง (Hydraulic / Powered Flight Controls)

ในเฮลิคอปเตอร์ขนาดกลางขึ้นไป แรงสะท้อนกลับ (feedback / control loads) จากใบโรเตอร์ที่รับโหลดอากาศพลศาสตร์มหาศาลมีมากเกินกว่าที่นักบินจะฝืนได้ด้วยกล้ามเนื้อ ดังนั้นจึงต้องมี ระบบไฮดรอลิก (hydraulic system) มาช่วยขยายแรง คล้าย power steering ในรถ

หัวใจของระบบคือ servo actuator (hydraulic servo) ที่คั่นอยู่ระหว่างคันบังคับกับจานสวอช เมื่อนักบินขยับ cyclic/collective เพียงเบา ๆ วาล์วในเซอร์โวจะปล่อยน้ำมันไฮดรอลิกแรงดันสูง (มักราว 1,000–3,000 psi จากปั๊มที่ขับด้วย transmission) ไปดันลูกสูบที่ทำหน้าที่ขยับจานสวอชจริง นักบินจึงออกแรงน้อยมาก

เมื่อไฮดรอลิกขัดข้อง (hydraulic failure): อาการที่นักบินจะรู้สึกคือ คันบังคับหนักขึ้นทันที และอาจมี feedback / สั่นย้อนกลับ (control feedback, stiff/heavy controls) เข้ามือ บางเครื่องออกแบบให้บินต่อได้ในโหมด manual reversion (บังคับด้วยแรงคนล้วน) แต่ต้องลดความเร็วและลดโหลด เพราะแรงที่ต้องใช้สูงมากและเครื่องไวต่อการกระตุก ขั้นตอนแก้ไขตาม RFM มักให้ ลดความเร็ว ลงจอดโดยเร็ว และหลีกเลี่ยงการบังคับรุนแรง บางเครื่องมีระบบไฮดรอลิกสองชุด (dual system) เพื่อสำรอง

11.7 ระบบเชื้อเพลิงและไฟฟ้า (Fuel & Electrical Systems)

ระบบเชื้อเพลิง (fuel system): เชื้อเพลิงเก็บใน ถังเชื้อเพลิง (fuel tanks) ที่มักวางต่ำใต้/หลังห้องโดยสารเพื่อคุมจุดศูนย์ถ่วง เครื่องลูกสูบใช้ AVGAS (เช่น 100LL, สีฟ้า) ส่วนเครื่องกังหัน (turboshaft) ใช้ Jet A-1 (น้ำมันก๊าด) เด็ดขาดว่าห้ามเติมผิดชนิด การจัดการเชื้อเพลิง (fuel management) รวมถึงการเลือกถัง (tank selector) การใช้ boost pump (ปั๊มไฟฟ้าดันเชื้อเพลิง) เพื่อป้องกัน vapour lock และจ่ายแรงดันให้เครื่องยนต์ และการระบายน้ำ/ตะกอน (fuel drain/sump) ก่อนบินทุกครั้ง ต้องเฝ้า fuel quantity และ fuel pressure เสมอ

ระบบไฟฟ้า (electrical system): หัวใจคือ แบตเตอรี่ (battery) สำหรับสตาร์ทและสำรองไฟ และ เครื่องกำเนิดไฟ ที่ขับด้วยเครื่องยนต์ ได้แก่ generator (ไฟตรง DC) หรือ alternator (กำเนิดไฟสลับ AC แล้วเรียงกระแสเป็น DC) ทำหน้าที่จ่ายไฟให้ระบบทั้งหมดและชาร์จแบตขณะบิน ระบบมี bus bar กระจายไฟ มี ammeter/voltmeter ให้เฝ้า และมี circuit breaker ป้องกันไฟเกิน

11.8 เครื่องยนต์และคลัตช์ (Engine Types & Clutch)

เฮลิคอปเตอร์ใช้เครื่องยนต์สองตระกูลหลัก:

• เครื่องลูกสูบ (piston): ราคาถูก ใช้ AVGAS เหมาะกับเครื่องฝึกเล็ก แต่กำลังต่อน้ำหนักต่ำกว่า และกำลังตกแรงเมื่อ density altitude สูง
• เครื่องกังหันแบบ turboshaft: เปลี่ยนพลังงานก๊าซร้อนเป็นกำลังหมุนเพลาส่งให้โรเตอร์ผ่าน free/power turbine กำลังต่อน้ำหนักสูง น้ำหนักเบา ทนความสูงดีกว่า แต่ราคาแพงและกินเชื้อเพลิงมากที่กำลังต่ำ มักมี governor คุมรอบอัตโนมัติ

คลัตช์สำหรับ engagement (เฉพาะเครื่องลูกสูบ): เครื่องลูกสูบสตาร์ทแล้วต้องเดินเบาอุ่นเครื่องก่อน จึงต้องมี คลัตช์ (clutch) เพื่อค่อย ๆ ต่อกำลังเข้าโรเตอร์ที่ยังหยุดนิ่ง (rotor engagement) เครื่องตระกูล Robinson ใช้ belt drive (สายพาน) — มอเตอร์ไฟฟ้าดึงพูลเลย์ให้สายพานตึงขึ้นทีละน้อย ค่อย ๆ ส่งกำลังจนรอบโรเตอร์ไล่ทันเครื่องยนต์ จากนั้นกำลังจะส่งผ่าน sprag clutch / freewheeling unit (one-way clutch) ที่ฝังในระบบส่งกำลัง

สรุปท้ายบท

เนื้อหาหลักคือชนิดของระบบโรเตอร์ (articulated/semi-rigid/rigid) จานสวอชที่แปลคำสั่งสู่ใบที่หมุน ระบบส่งกำลังและ freewheeling unit ที่ทำให้ autorotation เป็นไปได้ ชนิดของ tail rotor และการคุมรอบโรเตอร์ พร้อมอันตราย mast bumping ในระบบกึ่งแข็ง