ทำไมเครื่องบินถึงเก็บน้ำมันไว้ที่ปีก?

​การเก็บน้ำมันเชื้อเพลิงไว้ที่ปีกเครื่องบินนั้นเป็นความตั้งใจในการออกแบบ ไม่ใช่เรื่องของความจำเป็น และถือเป็นหนึ่งในการตัดสินใจด้านโครงสร้างที่ชาญฉลาดที่สุดในวงการการบิน

​บนเครื่องบินโดยสารสมัยใหม่ ตัวปีกเองจะถูกออกแบบให้เป็นถังน้ำมันในตัว (Integral Fuel Tanks) ที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนา

แนวคิดนี้เป็นเรื่องของหลักฟิสิกส์บวกกับ ประสิทธิภาพด้านน้ำหนัก และความทนทานของโครงสร้าง มากกว่าเรื่องความสะดวกสบาย การใช้โครงสร้างปีกเป็นถังน้ำมันช่วยตัดความจำเป็นในการติดตั้งถังบรรจุแยกต่างหากที่มีน้ำหนักมากออกไป ซึ่งช่วยประหยัดน้ำมันได้หลายพันกิโลกรัมตั้งแต่เครื่องบินยังไม่ทันออกจากทางขับด้วยซ้ำ

​ประโยชน์ด้านโครงสร้างนั้นยิ่งมีความสำคัญมากกว่า ในขณะบิน แรงยกทางพลศาสตร์จะดัดปีกให้งอขึ้นด้านบน น้ำหนักของน้ำมันที่อยู่ภายในปีกจะสร้างแรงกดลงด้านล่างเพื่อต้านทานแรงดัดนี้ ผลที่ได้คือการลดแรงเครียด (Stress) บริเวณโคนปีก ลดภาระจากความล้าของโลหะ (Fatigue loads) และช่วยยืดอายุการใช้งานของโครงสร้างเครื่องบินให้ยาวนานขึ้นอย่างมาก พูดง่ายๆ คือ น้ำมันในปีกทำหน้าที่เป็น "น้ำหนักถ่วงสมดุล" ในตัวนั่นเอง

​ในทางกลับกัน หากเก็บน้ำมันไว้ในลำตัวเครื่องบินเป็นหลัก จะส่งผลตรงกันข้าม คือมันจะไปเพิ่มแรงดัดที่ปีก ทำให้ต้องออกแบบโครงสร้างปีกให้หนาและหนักขึ้น อีกทั้งยังทำให้การจัดการจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity) ยุ่งยากขึ้น และต้องเพิ่มระบบท่อส่งน้ำมันรวมถึงน้ำหนักส่วนเกินอื่นๆ  รถยนต์ใช้ถังน้ำมันแยกเพราะทำงานบนพื้นดิน แต่เครื่องบินวางน้ำมันไว้ในจุดที่ช่วยส่งเสริมประสิทธิภาพของโครงสร้างขณะบินอย่างเต็มที่

​ด้วยเหตุนี้ ทั้ง แอร์บัส และ โบอิง รวมทั้งผู้ผลิตอากาศยานอื่นๆ ต่างก็ใช้ถังน้ำมันในปีกเป็นหลัก ส่วนถังน้ำมันกลางลำตัว (Centre tanks) จะถูกนำมาใช้ก็ต่อเมื่อต้องการระยะการบินที่ไกลขึ้นเท่านั้น โดยจะมีการจัดลำดับการใช้เชื้อเพลิงอย่างระมัดระวัง เพื่อจัดการภาระน้ำหนักของปีกในแต่ละช่วงของการบิน แม้สถาปัตยกรรมการออกแบบจะต่างกัน แต่ใช้หลักวิศวกรรมเดียวกัน

​เครื่องบินไม่ได้เก็บน้ำมันไว้ที่ปีกเพราะไม่มีที่อื่นจะให้ใส่ แต่ทำเพราะมันช่วยให้เครื่องบินทั้งลำเบาขึ้น แข็งแรงขึ้น และปลอดภัยยิ่งขึ้น

การจัดลำดับการใช้เชื้อเพลิง

     Fuel Sequencing

เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและต้องได้รับการตั้งโปรแกรมไว้อย่างแม่นยำ เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องบินจะมี "น้ำหนักถ่วง" ที่ปีกนานที่สุด และมี "จุดศูนย์ถ่วง" (Center of Gravity) ที่เหมาะสมตลอดการเดินทาง

และ​นี่คือขั้นตอนและหลักการสำคัญที่นักบินและระบบคอมพิวเตอร์บนเครื่องใช้จัดการ

1. ลำดับการใช้

          "ในออกนอก" (Center to Wing)

​โดยปกติแล้ว เครื่องบินจะถูกออกแบบมาให้ใช้เชื้อเพลิงจาก ถังกลาง (Center Tank) ให้หมดก่อน แล้วจึงค่อยเริ่มใช้จาก ถังที่ปีก (Main/Wing Tanks)

​เหตุผล

น้ำมันในปีกมีค่าดั่งทองในเชิงวิศวกรรม เพราะมันช่วยถ่วงปีกไม่ให้งอขึ้น (Bending relief) ดังนั้นเราจึงต้องการเก็บมันไว้ให้นานที่สุดเท่าที่จะทำได้

​ข้อยกเว้น

ในช่วงการบินขึ้น (Takeoff) บางครั้งระบบจะสลับมาใช้จากถังปีกชั่วคราวเพื่อความปลอดภัยในกรณีที่ปั๊มถังกลางขัดข้อง

️​2. การรักษาความสมดุลซ้าย-ขวา        

         Lateral Balance

​ระบบคอมพิวเตอร์จะตรวจสอบเสมอว่าน้ำมันในปีกซ้ายและปีกขวาต้องมีปริมาณใกล้เคียงกัน (ส่วนใหญ่ต้องต่างกันไม่เกินไม่กี่ร้อยกิโลกรัม)

​แล้วถ้าไม่สมดุล ?

เครื่องบินจะเอียงไปข้างหนึ่ง ทำให้นักบินต้องฝืนบังคับรื้อ (Trim) ซึ่งจะสร้างแรงต้านอากาศ (Drag) และทำให้สิ้นเปลืองน้ำมัน

มากขึ้น

​การแก้ไข

หากน้ำมันสองฝั่งไม่เท่ากัน นักบินจะเปิดวาล์ว "Crossfeed" เพื่อให้เครื่องยนต์ทั้งสองฝั่งดูดน้ำมันจากถังที่หนักกว่าเพียงฝั่งเดียวจนกระทั่งน้ำมันกลับมาสมดุล

​3. การจัดการจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity - CG)

​ในเครื่องบินรุ่นใหม่ๆ เช่น แอร์บัส A350 หรือ A380 และเครื่องบินพิสัยไกลจะมีถังน้ำมันที่ส่วนหางเรียกว่า Trim Tank

​ขณะบิน

เมื่อน้ำมันในถังหลักถูกใช้ไป จุดศูนย์ถ่วงของเครื่องจะขยับ ระบบจะปั๊มน้ำมันไปมาระหว่างถังที่หางและถังที่ปีกเพื่อรักษาจุด CG ให้เหมาะสมที่สุด

​ประโยชน์

การมี CG ที่เป๊ะจะช่วยลดแรงกดที่แพนหางดิ่ง ทำให้เครื่องบิน "ร่อน" ได้ลื่นขึ้นและประหยัดน้ำมันได้มหาศาล

​4. การจัดการความร้อน (Fuel as a Coolant)

​น้ำมันเชื้อเพลิงไม่ได้มีไว้เผาไหม้อย่างเดียว แต่มันทำหน้าที่เป็น "สารหล่อเย็น" ให้กับระบบน้ำมันไฮดรอลิกด้วย

​น้ำมันไฮดรอลิกที่ร้อนจัดจะวิ่งผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchanger) โดยใช้น้ำมันในปีกช่วยระบายความร้อน ดังนั้นระบบต้องคำนวณว่าต้องเหลือน้ำมันในปีกไว้อย่างน้อยเท่าไหร่เพื่อให้ระบบไฮดรอลิกไม่ Overheat

​

สรุปสั้นๆ ให้เห็นภาพ

​ลองจินตนาการว่าคุณกำลังถือคานไม้หนักๆ ไว้บนไหล่ การมีถังน้ำมันหนักๆ อยู่ที่ปลายคาน (ปีก) จะช่วยกดคานให้ราบเรียบ แต่ถ้าคุณเอาถังนั้นมาแขวนไว้ที่คอคุณ (ลำตัวเครื่อง) คานก็จะงอจนแทบจะหักใส่หัวคุณนั่นเอง