3. หลักการทำงานพื้นฐานของเจ็ทแพ็ค

      ส่วนประกอบสำคัญของยานบินบุคคล ที่ประกอบกันเข้าจนสามารถทำงานได้จริง สิ่งสำคัญอยู่ที่ ไอพ่น (Jet) ขนาดเล็ก หรือชุดจรวดที่ติดกับด้านหลัง ที่เรียกกันว่า “เข็มขัดจรวด (Rocket belts)” ส่วนรูปร่างจะขึ้นอยู่กับการออกแบบ และการนำไปใช้งาน  

รูปอุปกรณ์เจ็ทแพ็ค สามารถยกตัวบุคคลให้บินได้

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

วิดีโอการทำงานของเครื่องยนต์เจ็ท

      โดยทั่วไปจะมีการแบ่งยานบินบุคคล ออกเป็น 2 ประเภท นั่นก็คือ เครื่องยนต์เจ็ทแพ็คแบบระบบเปิด หรือเครื่องยนต์เจ็ท และเครื่องยนต์เจ็ทแพ็คแบบระบบปิด หรือเครื่องยนต์จรวด

      นอกจากนี้ยังมีเจ็ทแพ็คแบบใช้ใบพัด ซึ่งจะถือว่าเป็นระบบเปิด เพราะใช้เครื่องยนต์เจ็ท หรือเครื่องยนต์ลูกสูบ ต้องนำอากาศจากข้างนอกมาช่วยเผาไหม้ในเครื่องยนต์

รูปเจ็ทแพ็คใช้ใบพัด

เครื่องยนต์เจ็ทแพ็คแบบระบบเปิด

รูปยานบินบุคคลที่ใช้เครื่องยนต์เจ็ท

รูปส่วนประกอบหลักของยานบินบุคคล

      จะเหมือนกับ เครื่องบินไอพ่น (Jet plane) จะใช้อากาศจากด้านนอกเข้ามาช่วยเผาไหม้ที่ เครื่องยนต์เจ็ท (Jet engine)

รูปส่วนประกอบภายในของเครื่องยนต์เจ็ท

รูปเจ็ทแพ็ค

โดยหลักการทำงานง่าย ๆ ของไอพ่นจะมีอากาศไหลเข้าตรงทางเข้า บวกกับเชื้อเพลิง (จะใช้น้ำมันเชื้อเพลิงประเภทเดียวกันกับน้ำมันก๊าด (Kerosene) แต่คุณภาพดี และสะอาดกว่า) ผสมกับอากาศ ที่เรียกว่า “ไอดี” ไหลไปอัดตัวในห้องเผาไหม้ และมีการจุดระเบิดเกิดเป็นไอความดันสูงพุ่งออกมาทางตอนท้าย ทำให้เกิดแรงขับดันที่สูงมาก

รูปเจ็ทแพ็ค

      ออกซิเจนในอากาศมีส่วนสำคัญอย่างมากในกระบวนการเผาไหม้ ดังนั้นไอพ่นต้องมี ปริมาตรอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้ในอัตราที่คงที่

วิดีโอเจ็ทแพ็คแบบระบบเปิด

วิดีโอเจ็ทแพ็คแบบระบบเปิด ที่ใช้ใบพัด

เครื่องยนต์เจ็ทแพ็คแบบระบบปิด

รูปเจ็ทแพ็คแบบที่ใช้เครื่องยนต์จรวด

ส่วนหลักการทำงานง่าย ๆ ของจรวด(Rocket) ก็คือ มีถังเชื้อเพลิงเหลว มีถังออกซิเจน (ซึ่งอาจหมายถึงออกซิเจนเหลว หรือสารเคมีชนิดอื่น ที่ช่วยในการเผาไหม้)

รูปอุปกรณ์เจ็ทแพ็คแบบเครื่องยนต์จรวด

จรวดเชื้อเพลิงเหลว

      เชื้อเพลิงเหลวอาจใช้ ก๊าซมีเทน (Methane) กับ ออกซิเจน (Oxygen) ที่ถูกกดอัดให้เป็นของเหลว แล้วบรรจุลงไปในถังแยกกัน เมื่อเปิดวาล์วให้เกิดการผสมกันของมีเทน และออกซิเจนผสมกันเป็นไอดี และไหลไปจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ โดยไม่มีอากาศไหลเข้า เพราะมันเป็นระบบปิด การใช้งานส่วนใหญ่จะนำไปใช้ในจุดอับอากาศ เช่น ในอวกาศ ในถ้ำ ในน้ำ ฯลฯ

รูปส่วนประกอบภายในของเครื่องยนต์จรวด

จรวดได้พลังงานจากไฮโดรเจนเพอออกไซด์

      เครื่องยนต์เจ็ทแพ็คที่ใช้พลังงานจากไฮโดรเจนเพอออกไซด์ (Hydrogen peroxide: H₂O₂) จะใช้ไฮโดรเจนเพอออกไซด์ เกือบบริสุทธิ์ (90% ในจรวด) การใช้งานค่อนข้างมีเสถียรภาพ ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเพอออกไซด์ ต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยา ยกตัวอย่างเช่น เงิน (Silver: Ag)

      มันจะช่วยในการสลายตัวของไอดี จนกลายเป็น ไอดง หรือไอร้อนยวดยิ่ง (Superheat steam) และออกซิเจน ใช้เวลาน้อยกว่า 0.1 มิลลิวินาที มีปริมาตรเพิ่มขึ้นของไอขับดันถึง 5,000 เท่า สมการเคมีดูได้ด้านล่าง   

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

จะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน (Exothermic) ขึ้น กล่าวคือ มันจะปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก ประมาณ 2,500 กิโลจูล/กิโลกรัม (kJ/kg (5,800 บีทียู/ปอนด์ (BTU/lb)) จะเกิดไอขับดันอาจมีอุณหภูมิถึง 740 °C (1,360 °F) ที่ออกมาเป็นลำเจ็ทที่ปลายหัวฉีดเจ็ท เพื่อขับดันให้นักบินสามารถยกตัวบินขึ้นได้

รูปเจ็ทแพ็ค

      ท่อลำเจ็ทจะมีท่อทางขับดันอย่างน้อยสองท่อเพื่อช่วยในการขับดัน ก๊าซที่ออกมาจะมีความร้อนสูงมาก การที่เลือกใช้ไฮโดรเจนเพอออกไซด์ ข้อดีอีกอย่างก็คือลดความเสี่ยงของไฟไหม้ / การระเบิด ซึ่งจะทำอันตรายแก่นักบิน

      ข้อเสียในเวลานี้เมื่อใช้เครื่องยนต์เข็มขัดจรวด นั่นก็คือ มันมีเวลาทำงานที่จำกัด โดยลำเจ็ทของไอน้ำ และออกซิเจน สามารถให้แรงขับดันที่มากจากจรวดที่ประกอบติดด้านหลังนักบิน ที่มีขนาดเล็ก และน้ำหนักเบา แต่ลำเจ็ทจะมีความเร็วของไอพ่นออกมาค่อนข้างต่ำ และทำให้มันมีการขับดันที่ไม่ดีเท่าที่ควร ซึ่งปัจจุบันเจ็ทแพ็คสามารถทำการบิน ปกติใช้ทำการบินได้เพียง 30 วินาทีเท่านั้นเอง (เพราะมีปริมาณของเชื้อเพลิงที่จำกัดที่ประกอบเป็นถังเก็บอยู่ด้านหลังของนักบิน)

ข้อด้อยของเจ็ทแพ็คแบบระบบปิด มีดังนี้

- เวลาทำการบินสั้น ประมาณ 30 วินาที

- ราคาค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้เชื้อเพลิง ไฮโดรเจนเพอออกไซด์

- อันตรายของการบิน บินต่ำ ซึ่งไม่พอต่อระดับที่จะดีดร่มชูชีพออกมาใช้ได้ และอุปกรณ์ไม่มีความปลอดภัยพอที่จะช่วยป้องกันนักบิน ถ้าเกิดปัญหา หรืออุบัติเหตุในระหว่างทำการบิน

- ความปลอดภัยจากการเรียนรู้มัน โดยการบินจะไม่มีครูฝึกคอยบินประกบ เพราะจะต้องบินเดี่ยว

- ความยากต่อการควบคุมการบิน เพราะจะต้องบินด้วยวิธีธรรมดา ไม่มีวิธีอัตโนมัติของอุปกรณ์

จากสถานการณ์เหล่านี้ เป็นข้อจำกัดที่การใช้งานมีขอบเขตในการประยุกต์ใช้งานของเข็มขัดจรวดจะมีความน่าตื่นเต้นมากเมื่อทำการบินสาธิตต่อสาธารณะ 

วิดีโอเจ็ทแพ็ค แบบระบบปิด

วิดีโอแสดงการทดสอบเครื่องยนต์จรวด

      เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท (เจ็ทแพ็คระบบเปิด) จะใช้อากาศในชั้นบรรยากาศโลกมาช่วยในการขับดัน ส่วนในเครื่องยนต์จรวด (เจ็ทแพ็คระบบปิด) จะใช้เชื้อเพลิงที่อยู่ในถังความดันสามารถใช้ในพื้นที่ที่ไม่มีอากาศได้

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

 “นกทำรังให้ดูไม้ ข้าเลือกนายให้ดูน้ำใจ”