ROLLS ROYCE TRENT 1000 / XWB ความมหัศจรรย์ของเครื่องยนต์อากาศยานยุคก้าวหน้า

โดย อาคม รวมสุวรรณ 10 ก.ย. 2558 10:40
ครื่องยนต์ Gas Turbine ถูกคิดค้นและสร้างขึ้นเป็นเครื่องแรกของโลกในปี ค.ศ.1930 โดยนักบินทดสอบชาวอังกฤษ Frank Whittle นับได้ว่ามันคือเครื่องยนต์กังหันไอพ่นเครื่องแรกที่เกิดจากมันสมองของมนุษย์ แต่เครื่องยนต์อากาศยานดังกล่าวก็ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้งานบนอากาศยานแต่อย่างใด เนื่องจาก Frank Whittle สร้างเจ้าเครื่องยนต์พลังสูงตัวนี้ด้วยขนาดที่เล็กเพื่อการทดสอบการทำงานแต่เพียงอย่างเดียว เครื่องยนต์ชนิดนี้ต่อมาในภายหลังถูกเรียกว่า Turbo Jet Engine อีก 6 ปีต่อมาในช่วงปี ค.ศ.1936 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Dr. Hans Von Ohain ได้สร้างเครื่องยนต์ Gas Turbine เพื่อนำไปใช้งานกับเครื่องบินทดสอบ Heinkel He178 ของกองทัพอากาศเยอรมัน ซึ่งกลายเป็นอากาศยานแบบแรกของโลกที่ติดตั้งเครื่องยนต์ Gas Turbine และทำการขึ้นบินเพื่อประเมินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ Gas Turbine รวมถึงทดสอบสมรรถนะที่มีความแตกต่างจากเครื่องยนต์แบบลูกสูบในด้านของพลังและการขับเคลื่อน หลักการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine หรือ Gas Generator นั้น แตกต่างจากเครื่องยนต์ลูกสูบมาก มันให้พลังหรือแรงขับดันที่จะทำให้อากาศยานบินด้วยความสูงและความเร็วมากกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบหลายเท่า ซึ่งส่งผลไปถึงสมรรถนะในการบินทุกรูปแบบที่มีข้อดีมากกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบในเรื่องของกำลังและความเร็วที่ใช้ในการบิน แนวคิดของการออกแบบ พัฒนาและสร้างเครื่องยนต์ Gas Turbine หรือ Gas Generator นั้น เกิดขึ้นจากหลักคิดในกฎของนิวตัน เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุว่าทุกแรงกิริยามีค่าเท่ากับแรงปฏิกิริยาเสมอ การทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine เกิดจากการปลดปล่อยแก๊สร้อนความเร็วสูงออกทางท่อท้ายของเครื่องยนต์ หรือ Nozzle เมื่อเริ่มต้นวงจรการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine อากาศภายนอกจะถูกดูดเข้ามาโดยกังหันหรือ Fan อากาศที่ไหลผ่านเข้ามาจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งจะพุ่งตรงเข้าสู่เครื่องยนต์หรือ Engine Core อากาศอีกส่วนหนึ่งจะไหลผ่านรอบเครื่องยนต์ไปออกทางท่อท้าย


วิศวกรการบินเรียกอากาศในส่วนนี้ว่า Bypass Air เพื่อสร้างแรงขับดัน โดยแรงขับที่มาจาก Fan นั้นจะมีค่าทางการคำนวณคิดเป็น 75% ของแรงขับทั้งหมดที่ได้รับจากเครื่องยนต์ อากาศส่วนแรกที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์จะถูก Compressed Air บีบอัดจนมีความดัน อุณหภูมิ และความเร็วสูงขึ้นมาก อากาศที่ถูกอัดโดย Compressed Air นี้จะถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบเพื่อเข้าสู่ห้องเผาไหม้หรือ Combustor เมื่อเผาไหม้แล้วจะได้แก๊สร้อนความเร็วสูงออกมาหมุนชุด Turbine และผ่านออกไปยังท่อท้ายโดยมีชุด Mixture ซึ่งทำหน้าที่ผสม Bypass Air กับอากาศร้อน Exhaust ที่ออกมาจากเครื่องยนต์เพื่อการลดเสียงการทำงานของเครื่อง Gas Turbine เมื่อชุด Turbine หมุน ชุด Compressor ซึ่งรวมถึง Fan ก็จะหมุนไปด้วยเนื่องจากชุด Turbine จะมีแกนต่อไปยัง Compressor และ Fan ด้วย ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเครื่องยนต์ถูกสตาร์ตคือ กระบวนการทำงานจะเป็นไปอย่างต่อเนื่องไปเรื่อยๆ หรือที่เรียกว่า Self Sustention จนกว่าเชื้อเพลิงจะหมดลงหรือถูกตัดการทำงานจากการยกเลิกการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์






Rolls Royce Trent 1000 / XWB เกิดจากการพัฒนาเครื่องยนต์อากาศยานรุ่นใหม่ที่ให้แรงขับดันสูงเพื่อใช้ในเครื่องบินพาณิชย์ขนาดใหญ่ของบริษัท Airbus สำหรับอากาศยานโดยสารขนาดยักษ์รุ่น A380 ซึ่งสามารถติดตั้งเครื่องยนต์รุ่น Trent 1000 และเครื่องบินโดยสารรุ่นใหม่ล่าสุด A350 XWB โดยความร่วมมือในการค้นคว้า ทดสอบและพัฒนาโดยบริษัทยักษ์ใหญ่แห่งวงการบินและการผลิตเครื่องยนต์อากาศยาน นั่นก็คือบริษัท Rolls Royce เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนทวินเจ็ตเป็นเครื่องยนต์พลังสูงที่ผลิตขึ้นใหม่หมดโดยใช้ส่วนประกอบของตัวเครื่องที่ผ่านการค้นคว้าวิจัยและทดสอบบนสภาพการทำงานจริง เป็นการนำเอาข้อดีของเครื่องยนต์ที่ผลิตโดย Pratt & Whitney และบริษัท GE Aircraft Engines มาร่วมกันพัฒนาเพื่อทำให้เกิดเครื่องยนต์รุ่นใหม่ที่มีคุณลักษณะเหมาะสมกับความก้าวล้ำของอากาศยานโดยสารรุ่นใหม่ กลีบใบพัดของชุดคอมเพรสเซอร์อัดอากาศมีชายขอบหน้าเป็นรูปวงรี รวมถึงการลดระยะห่างระหว่างปลายกลีบใบพัดกับผนังของชุดเทอร์ไบน์ ซึ่งการปรับปรุงในลักษณะดังกล่าวยังสามารถทำการดัดแปลงกับเครื่องยนต์ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบันอีกด้วย สำหรับการปรับปรุงในส่วนของการระบายความร้อนในชุดเทอร์ไบน์มาใช้งาน ซึ่งสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงลงได้อีกถึงร้อยละสิบ


หลักการสำคัญในการทำงานของเครื่องยนต์ Gas Turbine คือ ระบบควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์ เนื่องจากเครื่องยนต์ชนิดนี้มีช่วงของการทำงานกว้างมากในด้านความสูงและความเร็ว รวมถึงอุณหภูมิและปัจจัยต่างๆ ที่มีค่าไม่คงที่และมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาในระหว่างทำการบิน โดยจะส่งผลต่อการทำงานของเครื่องยนต์ อัตราการจ่ายเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ จึงต้องผ่านการคำนวณและทดสอบอย่างหนัก การสั่งการด้วยสมองกลคอมพิวเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงสุดจากกล่องควบคุมของเครื่องยนต์ Trent XWB วิศวกรของ Rolls Royce ได้นำเอาเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าของเครื่องยนต์กังหันไอพ่นรุ่นใหม่ มาควบรวมเป็นระบบตรวจสอบรุ่นก้าวหน้า ช่วยเพิ่มระบบการตรวจสอบ รวมถึงการวิเคราะห์ปัญหา สามารถช่วยลดการซ่อมบำรุงและเข้าถึงปัญหาที่เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ปัญหาความล่าช้าในการบินซึ่งมักเกิดการ Delay ในระหว่างการเตรียมขึ้นทำการบินเดินทางลดลง


วิทยาการอันก้าวไกลในด้านวัสดุศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนที่นำเข้ามาประยุกต์มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแกร่งมากยิ่งขึ้น ชุดใบพัด Fan Blades และตัวครอบชุดใบพัด Fan Case ทำมาจากเส้นใยคาร์บอนและกาวอีพอกซี่เรซิน ทำให้มีน้ำหนักเบาและแข็งแรงมากยิ่งขึ้น มีการดูแลรักษาและการซ่อมบำรุงที่ง่ายทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งาน สำหรับอากาศยานโดยสารที่ติดตั้งเครื่องยนต์ Trent 1000 เช่น Boeing 787 Dream Liner Boeing 747 Advanced ชุดใบพัดมีลักษณะที่กว้างขึ้นทำจากวัสดุประกอบโดยมีชายหน้าปีกของใบพัด Leading Edge ทำมาจากไทเทเนียม ความแตกต่างที่เห็นได้อย่างชัดเจนก็คือชุดใบพัดของเครื่องยนต์ลดจำนวนลงจาก 22 ใบ เหลือ 18 ใบ การปรับปรุงลักษณะการไหลเวียนของอากาศให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ที่ลดลงยังช่วยทำให้การซ่อมบำรุงลดระยะเวลาลงไปได้จนอยู่ในเกณฑ์ที่ดีกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนรุ่นเก่า ชุดอัดอากาศหรือ Compressor สามารถอัดอากาศได้สูงถึง 23 เท่าของความดันอากาศปกติ ชุดห้องเผาไหม้แบบ Twin Annular Premixing Swirder ปรับจูนให้อากาศมีการผสมกับเชื้อเพลิงอย่างมีประสิทธิภาพ ลดความเสียหายในห้องเผาไหม้ เนื่องจากอากาศหล่อเย็นสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการสันดาปและช่วยลดมลภาวะได้มากยิ่งขึ้น


Trent 1000 พัฒนาขึ้นมาจากเครื่องยนต์รุ่นเก่า Trent 900 โดยออกแบบให้ติดตั้งกับปีกของเครื่องบินโดยสารขนาดยักษ์ Airbus A380 ชุดใบพัดที่ขึ้นรูปจากวัสดุไทเทเนียม เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนสมรรถนะสูงรุ่นนี้ออกแบบให้มีชุดแกนหมุน 3 ชุด จุดเด่นของมันก็คือระบบกำเนิดไฟฟ้าของเครื่อง 787 สามารถติดตั้งไว้กับกังหันต้นกำลังความดันระดับกลาง Intermediate Turbine ดังนั้น กังหันต้นกำลังความดันสูง High pressure Turbine จึงทำหน้าที่อย่างอิสระเพื่อส่งกำลังให้กับกังหันอัดอากาศความดันสูง High pressure Compressor เพียงอย่างเดียว การออกแบบลักษณะการทำงานของเครื่องยนต์ Rolls Royce Trent 1000 วิศวกรการบินให้ความสำคัญในความเป็นอิสระและความเสถียรของการทำงานในชุดอัดอากาศความดันสูง โดยสามารถเพิ่มเติมความเร็วรอบของเครื่องยนต์ได้มากยิ่งขึ้น เครื่องยนต์จึงมีค่าหรือตัวเลขในระหว่างการทดสอบสูงกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนรุ่นเก่า ทั้งยังมีอัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ลดลงร้อยละ 10 เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ Rolls Royce Trent 800 ใน Boeing 777 จุดเด่นอีกประการหนึ่งของเครื่องยนต์ Trent 1000 คือการออกแบบให้การทำงานสอดคล้องกับลักษณะของเครื่องบิน Boeing 787 นั่นก็คือการเพิ่มความสามารถของการตรวจสอบสภาพเครื่องยนต์ซึ่งถือเป็นเรื่องที่มีความสำคัญในลำดับต้นๆ ของการบิน รอบการทำงานของเครื่องยนต์จะถูกประเมินเพื่อที่จะทำการบำรุงรักษาชิ้นส่วนแต่ละชิ้นภายในเครื่องยนต์ ช่วยลดขั้นตอนที่ยุ่งยากในการซ่อมบำรุงตามความต้องการของผู้ออกแบบอากาศยานรุ่น 787 Dream Liner


Rolls Royce เป็นผู้ให้บริการชั้นนำระดับโลกในด้านระบบพลังงานและบริการเพื่อการใช้งานทั้งภาคพื้นดิน ท้องทะเล และทางอากาศ มีบทบาทสำคัญในภาคส่วนธุรกิจระดับโลกต่างๆ อันประกอบด้วยธุรกิจการบินพาณิชย์ การบินกลาโหม การเดินเรือ และธุรกิจด้านพลังงาน มีฐานลูกค้าที่กว้างขวางซึ่งประกอบด้วยสายการบินกว่า 300 แห่ง บริษัทและผู้ประกอบด้านอากาศยานใช้งานทั่วไป และเฮลิคอปเตอร์ กว่า 4,000 แห่ง กองกำลังทหารกว่า 160 แห่ง ลูกค้าที่ประกอบกิจการทางทะเลกว่า 4,000 ราย ซึ่งรวมถึงกองทัพเรือ 70 แห่ง และลูกค้าด้านพลังงานจากเกือบ 80 ประเทศ ในปี พ.ศ. 2555 ยอด Rolls Royce อยู่ที่ 12.2 พันล้านปอนด์ โดยเกือบครึ่งมาจากรายได้ด้านการให้บริการ บริษัทฯ แถลงยอดการสั่งซื้อ ณ วันที่ 31 ธันวาคม 2555 ที่มีมูลค่าถึง 60.1 พันล้านปอนด์ ซึ่งชี้ให้เห็นถึงทิศทางการดำเนินธุรกิจของบริษัทฯ ในอนาคต Rolls Royce ริเริ่มโครงการพัฒนาเครื่องยนต์รุ่นเทรนท์ XWB มาตั้งแต่ปี 2549 และสี่ปีหลังจากนั้น เครื่องยนต์รุ่น Trent XWB ก็ได้รับการทดสอบเป็นครั้งแรก นับแต่นั้นเป็นต้นมาเครื่องยนต์รุ่น Trent XWB ได้รับการทดสอบไปทั่วโลก รวมไปถึงการทดสอบความทนทานต่อสภาวะอากาศแปรปรวนสูงสุด เช่น สภาวะอากาศร้อนในระดับที่มากกว่า 42 องศาเซลเซียส ณ เมืองอัล อิน ประเทศสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ และอากาศหนาวจัด ที่อุณหภูมิ -23 องศาเซลเซียส ของเมืองอิคคาลูอิท ประเทศแคนาดา

------------------ ต่อ