เครือข่ายการเรียนรู้: เฮลิคอปเตอร์ (ส่งอาจารย์)

เฮลิคอปเตอร์

เฮลิคอปเตอร์ จัดเป็น อากาศยาน ปีกหมุน (Rotor Craft) มีใบพัดขนาดใหญ่ติดตั้งเหนือลำตัว ใบพัดหมุนรอบตัวในแนวนอน ทำหน้าที่ช่วยพยุงตัวและบังคับให้บินไปตามทิศทางที่ต้องการได้ ใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนและบินขึ้นลงในแนวดิ่งได้ สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างสะดวกแม้แต่ในที่แคบก็ขึ้นลงได้อย่างสบาย

เฮลิคอปเตอร์ลำแรกของโลกพัฒนาขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2482 โดยชาวอเมริกันเชื้อสายรัสเซีย ชื่ออิกอร์ ซิคอร์สกี ( Igor Sikorsky) โดยใช้ชื่อว่า VS-300 ใช้เครื่องยนต์ 4 สูบ ประกอบด้วยเหล็กท่ออย่างหนา ไม่มีผนังลำตัวปกปิด และไม่มีเครื่องวัดใด ๆ โรเตอร์หลักประกอบด้วยใบพัดสามใบ และมีโรเตอร์ท้ายเพื่อต้านแรงหมุนที่เกิดขึ้น

จากหลักฐานอ้างอิงที่เก่าแก่ที่สุดสำหรับบันทึกของการบินในแนวดิ่งนั้นได้มาจากประเทศจีน ตั้งแต่เมื่อประมาณราว 400 ปีก่อนคริสตกาลเด็ก ๆ ชาวจีนได้เล่นกับของเล่นบินได้ทำจากไม้ไผ่ (bamboo flying toys) คอปเตอร์ไม้ไผ่จะถูกปั่นหมุนโดยการกลิ้งไถลแท่งไม้กลมที่ยึดติดอยู่กับใบพัดด้วยมือสองข้าง และในศตวรรษที่ 4 หลังคริสตกาล ได้มีหนังสือในลัทธิเต๋าชื่อ เป้าผูจื่อ (Baopuzi) (抱朴子 "Master who Embraces Simplicity" ("นายผู้ที่โอบกอดกันอย่างเรียบง่าย")) ซึ่งได้อธิบายถึงบางส่วนของความคิดที่มีอยู่เกี่ยวกับอากาศยานปีกหมุนไว้

“

มีคนถามเจ้านายเกี่ยวกับหลักการของการยึดครองซึ่งที่สูงที่เป็นอันตรายและการเดินทางเข้าไปในที่กว้างใหญ่อันว่างเปล่า เจ้านายตอบว่า "มีบางคนสร้างรถยนต์บินได้ที่ทำจากไม้จากส่วนภายในของต้นพุทราจีนใช้หนังวัว [สายรัด] ผูกติดกับใบพัดชักกลับไปกลับมาเพื่อยังให้เครื่องนั้นเป็นไปในการเคลื่อนไหวได้"

”

จวบจนเวลาผ่านไปก็ยังไม่มีอะไรเกิดขึ้นจนกระทั่งถึงยุคต้นปี 1480 เมื่อเลโอนาร์โด ดาวินชีได้ทำการออกแบบเครื่องกลที่สามารถอธิบายได้ว่าเป็น "สกรูอากาศ" (aerial screw), นับได้ว่าเป็นบันทึกหลักฐานแรกของความก้าวหน้าในเรื่องราวของการบินในแนวตั้ง จากบันทึกของเขาบอกไว้ว่าเขาได้สร้างแบบจำลองการบินขนาดเล็กขึ้น แต่ก็ไม่มีข้อบ่งชี้ใด ๆ สำหรับข้อกำหนดในการที่จะทำให้มีการที่จะหยุดตัวโรเตอร์ (ใบพัดหลักของเฮลิคอปเตอร์) จากการทำให้ตัวยานนั้นหมุนไปได้(ซึ่งเฮลิคอปเตอร์ในยุคปัจจุบันนี้นั้นทำได้แล้วคือ เพิ่มใบพัดส่วนหางสำหรับผลักดันต่อต้านผลของแรงบิดอันเนื่องมาจากแรงปฏิกิริยาที่เกิดจากการหมุนย้อนกลับอันเนื่องมาจากการหมุนของใบพัดโรเตอร์เข้าไป) เป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่เพิ่มขึ้นและกลายเป็นที่ยอมรับมากขึ้น มนุษย์ก็ยังคงเฝ้าติดตามแนวความคิดใหม่ ๆ ในเรื่องของการบินในแนวตั้งอยู่ตลอดมา หลาย ๆ แบบจำลองและเครื่องกลไกเหล่านี้ในระยะเวลาภายหลังต่อ ๆ มาดูจะคล้ายคลึงอย่างใกล้ชิดมากกับเครื่องบินที่ทำจากไม้ไผ่ที่บินด้วยปีกหมุนที่อยู่ด้านบน, มากกว่าสกรูอากาศของดาวินชี

ในเดือนกรกฎาคมปี ค.ศ. 1754 มิคาอิล ลามานาซูฟ (Mikhail Lomonosov) ได้จัดแสดงสาธิตให้เห็นถึงโรเตอร์ตีคู่ขนาดเล็กแก่สถาบันการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย มันถูกขับเคลื่อนโดยสปริงและเขายังได้แนะนำให้เป็นวิธีการที่จะใช้สำหรับยกเคลื่อนย้ายอุปกรณ์เครื่องมือทางอุตุนิยมวิทยาอีกด้วย ในปี 1783 คิสชองก์ เดอ ลัวนัวว์ (Christian de Launoy) และช่างเครื่องของเขาชื่อ เบียเวนู (Bienvenu) ได้สร้างแบบจำลองใบพัดคู่ที่หมุนสวนทางกันขึ้นมา, โดยใช้การบินด้วยขนไก่งวงเป็นใบพัดโรเตอร์, และในปี 1784, เขาได้จัดแสดงสาธิตให้แก่สถาบันการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งฝรั่งเศส (French Academy of Sciences) เซอร์ จอร์จ เคย์ลี (Sir George Cayley) ได้รับอิทธิพลจากความหลงใหลในวัยเด็กกับสุดยอดในด้านการบินของชาวจีน, เขาเติบโตขึ้นมาเพื่อพัฒนาโมเดลของสิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากขนนกคล้ายกับสิ่งประดิษฐ์ของลัวนัวว์ และเบียเวนู แต่มันถูกขับเคลื่อนด้วยหนังยาง ในตอนท้ายของศตวรรษ, เขามีความก้าวหน้าในการใช้แผ่นดีบุกสำหรับใช้ทำใบพัดโรเตอร์และสปริงสำหรับการใช้เป็นแหล่งพลังงาน งานเขียนของเขาเกี่ยวกับการทดลองและแบบจำลองของเขาได้กลายเป็นสิ่งที่มีอิทธิพลต่อผู้บุกเบิกด้านการบินในอนาคต ^[7] หลังจากนั้นต่อมา อัลฟองส์ พนูลด์ (Alphonse Pénaud) ก็ได้พัฒนาของเล่นเฮลิคอปเตอร์ที่มีใบพัดโรเตอร์คู่ที่มีแกนอันเดียวกันในปี ค.ศ. 1870, โดยขับเคลื่อนด้วยหนังยาง หนึ่งในของเล่นเหล่านี้นั้นได้รับมอบเพื่อเป็นของขวัญจากพ่อของเขาเพื่อที่จะสร้างแรงบันดาลใจให้กับเขาเหมือนดังเช่นพี่น้องไรต์ (Wright brothers) ในการที่จะไล่ตามความฝันของการบินให้จงได้

ในปี ค.ศ. 1861 คำว่า "เฮลิคอปเตอร์" ได้รับการบัญญัติชื่อเรียกโดย กุสตาฟ เดอ พอนดัน ดามาโคร์ท (Gustave de Ponton d'Amécourt), นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสที่ได้จัดการแสดงสาธิตเล็ก ๆ ให้เห็นถึงแบบจำลองที่ขับเคลื่อนด้วยพลังไอน้ำ ในขณะที่มีการเฉลิมฉลองกับการมีการประยุกต์ใช้งานนวัตกรรมใหม่ ๆ, คือ โลหะอะลูมิเนียม, แบบจำลองต่าง ๆ ที่ประดิษฐ์สร้างกันขึ้นมาก็ไม่เคยสามารถบินยกตัวมันเองขึ้นจากพื้นได้เลย ดามาโคร์ทนั้นได้มีส่วนร่วมทางด้านเกี่ยวกับภาษาศาสตร์ในการที่จะมีชีวิตอยู่ดูผลงานเพื่อให้คำอธิบายเกี่ยวกับเรื่องของการบินในแนวตั้งที่เขาคิดวาดภาพจินตนาการเอาไว้ในท้ายที่สุด พลังไอน้ำนั้นก็ได้รับความนิยมกับนักประดิษฐ์คนอื่น ๆ ด้วยเช่นกัน ในปี ค.ศ. 1878 อากาศยานแบบไร้คนขับได้ถูกสร้างขึ้นโดยนักประดิษฐ์ชาวอิตาเลียนชื่อ เอนริโก ฟอร์ลานินี่ (Enrico Forlanini) โดยใช้กำลังที่ถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องจักรไอน้ำ, เป็นการบินครั้งแรกที่เครื่องสามารถทะยานลอยตัวขึ้นไปที่ระดับความสูง 12 เมตร (40 ฟุต), ซึ่งมันได้ทำการบินร่อน (hovered) อยู่นานเป็นเวลาประมาณ 20 วินาทีหลังจากที่ได้พยายามทำการบินขึ้นไปในแนวดิ่ง นักประดิษฐ์ชื่อ เอ็มมานูเอล ดีย์เอด (Emmanuel Dieuaide) ได้ทำการออกแบบเฮลิคอปเตอร์ใช้กำลังจากเครื่องจักรไอน้ำโดยการออกแบบที่โดดเด่นโดยใช้ใบพัดโรเตอร์หมุนทวนเข็มนาฬิกาขับเคลื่อนด้วยพลังไอน้ำโดยใช้กำลังไอน้ำที่ขับเคลื่อนผ่านมาทางท่อที่ต่อมาจากหม้อไอน้ำที่ติดตั้งอยู่บนพื้นดิน ในปี ค.ศ. 1887 นักประดิษฐ์ชาวกรุงปารีส, กุสตาฟ ทรูย์เว (Gustave Trouvé) ได้ออกแบบสร้างและทำการบินเฮลิคอปเตอร์แบบที่ใช้สายไฟฟ้าเป็นสายยึดโยงไว้เวลาขณะที่กำลังทำการบิน (tethered electric model helicopter)

เดือนกรกฎาคม ปี 1901 นักประดิษฐ์ชื่อ แฮร์มันน์ เกนสวินด์ท (Hermann Ganswindt) ได้แสดงให้เห็นบินถึงเที่ยวบินแรกของเฮลิคอปเตอร์ของเขาที่เกิดขึ้นในกรุงเบอร์ลิน-โชนเบอร์ก (Berlin-Schöneberg), ซึ่งอาจเป็นครั้งแรกที่ใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนป็นเที่ยวบินแรกที่บรรทุกมนุษย์ไปด้วย

ในปี 1885 โทมัส เอดิสันได้รับเงิน 1,000 เหรียญ จาก เจมส์ กอร์ดอน เบนเน็ตต์ จูเนียร์ (James Gordon Bennett, Jr) เพื่อจะดำเนินการทดลองการพัฒนาการบิน เอดิสันสร้างเฮลิคอปเตอร์ขึ้นและใช้กระดาษสำหรับพิมพ์ราคาหุ้นเพื่อที่จะสร้างดินสำลี (guncotton), อีกด้วยซึ่งเขาพยายามที่จะใช้พลังงานจากเครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นตัวขับเคลื่อน เฮลิคอปเตอร์ได้รับความเสียหายจากการระเบิดและหนึ่งในคนงานของเขาถูกไฟคลอกย่างสดอย่างรุนแรงทั้งเป็น เอดิสันรายงานว่ามันจะต้องใช้เครื่องยนต์ที่มีกำลังในอัตราส่วน 3-4 ปอนด์ต่อแรงม้าเพื่อที่จะประสบความสำเร็จ, บนพื้นฐานของการทดลองของเขา ยาน บาฮิลิล (Ján Bahýľ), นักประดิษฐ์ชาวสโลวัก (Slovak), ได้ดัดแปลงเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อเป็นต้นกำลังของเฮลิคอปเตอร์ต้นแบบของเขาที่สามารถบรรลุความสูงไปได้ถึง 0.5 เมตร (1.6 ฟุต) ในปี 1901 วันที่ 5 พฤษภาคม ปี 1905 เฮลิคอปเตอร์ของเขาไปถึงในระดับความสูงสี่เมตร (13 ฟุต) และบินมาเป็นระยะทางกว่า 1,500 เมตร (4,900 ฟุต) ในปี 1908, เอดิสันได้จดสิทธิบัตรการออกแบบของตัวเองสำหรับเฮลิคอปเตอร์ที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์เบนซิน (gasoline engine) ที่ประกอบไปด้วยว่าวกล่อง (box kite) ที่ยึดติดอยู่กับเสากระโดงโดยสายเคเบิลของใบพัดโรเตอร์ แต่มันก็ไม่เคยบินขึ้นได้เลย

การบินครั้งแรก

ในปี ค.ศ.1961 สองพี่น้องชาวฝรั่งเศส แจ๊ค (Jacques) และ หลุยส์ บรูเกต์ (Louis Breguet) เริ่มการทดลองสำหรับเฮลิคอปเตอร์ ในปี ค.ศ. 1907 การทดลองเหล่านั้นปรากฏเป็นไจโรเพลน 1 ซึ่งจากลักษณะภายนอกเป็นไปได้ว่าเป็นต้นแบบของเครื่องบินสี่ใบพัด (quadcopter) ระหว่าง 14 สิงหาคม และ 29 กันยายน ค.ศ. 1907 ไจโรเพลน 1 พร้อมนักบิน สามารถบินขึ้นได้ประมาณ 2 ฟุต (0.6 เมตร) เป็นเวลาหนึ่งนาที ไจโรเพลน 1 ไม่มีเสถียรภาพ จนต้องมีคนช่วยจับในแต่ละมุมของตัวเครื่อง อย่างไรก็ดีไจโรเพลน 1 ถือเป็นการบินครั้งแรกของเฮลิคอปเตอร์โดยนักบิน แต่ไม่ใช่เป็นการบินโดยอิสระ กล่าวคือ ยังต้องมีการช่วยพยุง

ในปีเดียวกัน นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส พอล กอนู (Paul Cornu) ออกแบบและสร้าง กอนู เฮลิคอปเตอร์ ใช้ใบพัดสองชิ้นหมุนสลับทิศกัน ยาว 20 ฟุต (6 เมตร) ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ยี่ห้ออันโตเนต (Antonette) 24 แรงม้า (18 กิโลวัตต์) และ ได้ทดลองนำเครื่องขึ้นในวันที่ 13 พฤษศจิกายน ค.ศ.1907 โดยเครื่องสามารถบินได้สูง 1 ฟุต (0.3 เมตร) และ ลอยอยู่กลางอากาศได้ 20 วินาที แม้ว่าสถิติการบินเที่ยวนี้จะไม่ได้ดีกว่าไจโรเพลน 1 แต่ถือเป็นการบินเที่ยวแรกโดยนักบิน โดยไม่มีการช่วยพยุง กอนู เฮลิคอปเตอร์ ได้บินอีกและบินได้สูง 6.5 ฟุต (2 เมตร) แต่พบว่าไม่มีเสถียรภาพ และไม่ได้ถูกพัฒนาต่อในที่สุด

ออโต้ไจโร

การบินด้วยปีกโรเตอร์ในช่วงยุคแรก ๆ ได้ประสบกับความล้มเหลวเป็นส่วนใหญ่อันเนื่องมาจากความเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบหมุนที่เกิดจากความไม่สมดุลที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อได้มีความพยายามในการบินทะยานขึ้นไปของตัวอากาศยานนั้นเนื่องมาจากการสูญเสียความสมมาตร (dissymmetry) ของการยกตัวเองขึ้นในระหว่างใบพัดโรเตอร์ด้านที่กำลังเคลื่อนที่หมุนมาข้างหน้าและใบพัดโรเตอร์ด้านที่กำลังหมุนเคลื่อนที่ถอยหลังออกไป ความยากลำบากที่สำคัญอันนี้ได้รับการแก้ไขโดยการประดิษฐ์แผ่นปีกใบพัดที่มีลักษณะแบบบานพับที่สามารถขยับกระพือปีกเผยิบผยาบขึ้นลงได้เมื่อเวลาเจอแรงลมต้านทาน (flapping hinge)ของนักประดิษฐ์ที่ชื่อ ฮวน เดอ ลา เซียร์วา (Juan de la Cierva)

กำเนิดอุตสาหกรรม

ฮายน์ริช โฟคเกอ (Heinrich Focke) จากบริษัทโฟคเกอ วูฟ (Focke-Wulf) ได้รับอนุญาตให้ผลิต เซียวา ซี 30 (Cierva C.30) ออโตไจโรในปี 1933 โฟคเกอออกแบบเฮลิคอปเตอร์สองใบพัดเครื่องแรก โฟคเกอวูฟ 61 โดยบินเป็นครั้งแรกในวันที่ 26 มิถุนายน ค.ศ.1936 เครื่อง FW61 ทำลายสถิติโลกในปี 1937 โดยสามารถทำสถิติการบินที่ออโตไจโรเคยทำได้

ในช่วงสงความโลกครั้งที่สอง นาซีเยอรมัน ใช้เฮลิคอปเตอร์เป็นจำนวนน้อย โดยใช้เฉพาะการสังเกตการณ์ ขนส่ง และอพยพผู้ป่วยฉุกเฉิน

การใช้งาน

เนื่องจากลักษณะการดำเนินงานของเฮลิคอปเตอร์นั้น ขึ้นอยู่กับความสามารถในการทะยานตัวขึ้นและการร่อนลงจอดในแนวตั้งได้ของมันนั่นเอง,และจะสามารทำการบินโฉบร่อนตัวเองอยู่นิ่ง ๆ กลางอากาศได้สำหรับในช่วงระยะเวลาหนึ่งเช่นเดียวกับคุณสมบัติด้านการจัดการควบคุมการบินของตัวมันเองได้อย่างง่ายดายภายใต้สภาวะอากาศที่มีอัตราเร็วลมที่ต่ำ ๆ ใกล้พื้นดิน ซึ่งเฮลิคอปเตอร์จะได้รับการเลือกสรรที่จะใช้ดำเนินงานภาระกิจต่าง ๆ เป็นอันดับต้น ๆ โดยที่ก่อนหน้านี้จะใช้ไม่ได้กับเครื่องบินแบบอื่น ๆ หรืออาจเป็นเพราะระยะเวลาการบินปฏิบัติภารกิจของเครื่องบินแบบอื่น ๆ ที่มากเกินความจำเป็นเกินไป หรือ การบินที่คร่ำเคร่งตรากตรำมากเกินไปของเครื่องบินแบบอื่น ๆ กับการที่จะสามารถปฏิบัติภารกิจให้ประสบความสำเร็จลุล่วงลงไป ณ เบื้องบนภาคพื้นดิน