ในช่วงเดือนพฤษภาคม 2025 ข่าว เครื่อง J10C ของปากีสถานยิง Dassault “Rafale” ของอินเดียตก ที่รายงานไว้ใน The Indian Aircraft Pakistan Says It Shot Down นั้นเป็นข่าวที่สร้างความฮือฮาให้กับวงการข่าวสงครามสมัยใหม่ และกลับมาสนใจเทคโนโลยีเครื่องบินขับไล่โจมตีที่นาน ๆ ทีจะได้เห็นการยิงกันตกจริง ๆ ซักครั้ง
J10 เป็นตระกูลเครื่องบินที่จีนนั้นภาคภูมิใจ มันแฝงไปด้วยวิศวกรรมที่สะท้อนออกมาผ่านงานออกแบบ อย่างเช่นเมื่อเรามองเข้าไปในช่องอากาศ Air Intake ของเครื่อง J10C ของปากีสถาน เราจะพบว่าช่องอากาศของเครื่องนั้นราบเรียบไปกับตัวเครื่องบิน แตกต่างจากเครื่องบินลำอื่น ๆ อย่าง Dassault Rafale หรือเครื่องบินรบแทบทุกลำบนโลกใบนี้ แล้วเจ้าลักษณะพิเศษนี้กลับไปตรงกับเครื่องบินรบล้ำสมัยอย่าง F35 อีก ลักษณะพิเศษที่ไม่มีการเว้นช่อง Air Intake ดันเป็นสิ่งที่พิเศษอย่างไร แล้วทำไมเครื่องบินลำอื่น ๆ ถึงไม่ทำสิ่งนี้กันตั้งแต่แรก หาคำตอบได้ในบทความนี้
หากเราเปรียบเทียบเครื่องบิน J10 ในสองรุ่นย่อย ด้านบนนี้คือ ภาพของเครื่องบิน J10B ของจีนส่วนด้านล่างคือภาพเครื่องบิน J10A ของทีม August 1st ทีมบินผาดโผนจากจีน ซึ่งจะเห็นว่าท่อ Air intake ของเครื่อง J10A มีลักษณะของครีบที่ยื่นออกมาจากตัวเครื่องไม่ได้ราบเรียบไปกับตัวเครื่องเหมือนกับเครื่อง J10B ในปี 2021
ทุกอย่างที่เราเห็นว่าแตกต่างกัน แน่นอนว่ามันมาจากกระบวนการคิดและวิศวกรรมที่ต้องการทำให้เครื่องบินรบเหล่านี้รีดเค้นเอาประสิทธิภาพทั้งหมดที่มีออกมา ดังนั้นแค่หน้าตาของ Intake ที่แตกต่างกันก็บอกอะไรเราได้เยอะมาก บทความนี้เราจะมาลองทำความเข้าใจกัน
Diverter Air Intake คืออะไร
จากภาพด้านล่างคือเครื่องบิน Lockheed F-104 Starfighter เครื่องบินเจ็ทความเร็วเหนือเสียงลำแรก ๆ ของโลก เมื่อเราสังเกตไปที่ตัว Air intake ของเครื่อง เราจะพบว่ามันก็มีการแยกช่อง Air intake กับลำตัวเครื่องมาตั้งแต่ยุคสมัยนั้นแล้ว จริง ๆ แล้วเครื่องบินเจ็ทสามารถมีดีไซน์การวางเครื่องยนต์และท่ออากาศแบบเครื่องบิน F-86F saber หรือ Mig-15 ได้ และมันเป็นการออกแบบเครื่องบินที่เรียบง่ายกว่าคือ ช่อง Air intake อยู่ด้านหน้าเครื่อง ทำหน้าที่ดูดอากาศขณะที่เครื่้องบินบินผ่านอากาศ แต่ปัญหาที่ตามมาคือรูปร่างของเครื่องบินจะกลายสภาพเป็นเหมือนกับก้อนอิฐที่ต้านอากาศ ทำให้ทำความเร็วสูงมากไม่ได้ (Transonic) กับเราจะทำการติดตั้งอุปกรณ์ติดตามอย่าง RADAR ที่ส่วนของหัวเครื่องบินไม่ได้เพราะพื้นที่ทั้งหมดมันคือท่อ Air intake
วิธีการแก้ปัญหาของคนสมัยนั้นที่อยากได้เครื่องบินที่มีหัวแหลม ๆ (เสียงนนทก) เลยเปลี่ยนจากการวางท่อ Air intake แบบตรงไปตรงมาด้านหน้า เป็นการวางท่อ Air intake ด้านข้างเครื่อง เพื่อให้เครื่องบินสามารถทำความเร็วแบบ Super sonic ได้ แบบเครื่อง F-104 Starfighter ซึ่งการเอาท่อ Air intake ไปไว้ด้านข้างในขณะที่เครื่องทำการบินใน Super sonic นั้นจะเจอ 2 ปัญหา คือ เครื่องยนต์ได้รับอากาศไม่เพียงพอ กับ ซี่ใบพัดของเครื่องยนต์เสียหายเร็วกว่าปกติ
ซึ่งเมื่อวิศวกรได้วิเคราะห์ปัญหาทั้งหมดออกมาก็จะพบว่าปัญหาทั้งหมดเกิดจากชั้น Boundary layer ของอากาศที่ไหลจากหัวเครื่องมายัง Air intake นั้นไหลช้ากว่าอากาศที่อยู่บริเวณอื่นรอบเครื่อง ผลของชั้น Boundary layer ทำให้อากาศส่วนใกล้กับผิวของยานไหลช้ากว่าอีกส่วน เมื่ออากาศไหลเข้าไปใน Air intake จึงมีทั้งชั้นอากาศที่ไหลช้าและชั้นอากาศที่ไหลเร็ว ความหนาแน่นของอากาศภายใน
Air intake ตอนนี้แบ่งออกเป็นสองชั้นที่ความหนาแน่นของอากาศไม่เท่ากัน ใบพัดที่ไหลตีกับอากาศในท่อ intake จึงจะมีช่วงที่เจอกับอากาศหนาแน่นกับอากาศเบาบาง ซึ่งสิ่งนี้เป็นสิ่งที่ไม่ดีและทำให้เกิดความเครียดกับเนื้อใบพัด สุดท้ายใบพัดจงแตกหักเร็วกว่าที่ควรจะเป็นตามการออกแบบ
เพื่อแก้ปัญหานี้จึงเกิดนวัตกรรมที่กำจัด Boundary layer ของผิวเครื่องบินอย่างหมดจด นั้นคือ Splitter plate ที่แยกท่อ Air intake ออกจากผิวของเครื่องบิน ปัญหาของ Boundary layer ก็หมดไป ซึ่งมันมีการดีไซน์ Diverter Air Intake หลายแบบไม่ว่าจะเป็น Divert, Bypass หรือ Bleed แล้วแต่การดีไซน์ของวิศวกรที่มีต่อเครื่องบินลำนั้น
Diverterless Supersonic intake
การใช้ Diverter Air Intake ไม่ได้มีปัญหาที่ตัวของมันเอง เพราะมันทำงานได้ดีและวิศวกรสามารถดีไซน์ภายใน Air intake เพื่อรองรับการทำงานใน Supersonic หรือ Hypersonic และเมื่อเครื่องบินทุกลำใช้วิธีนี้ ทุกอย่างก็ควรจบ แต่ก็ไม่ เพราะเครื่องบินในยุคสมัยใหม่นั้นไม่ได้แข่งกันที่ความเร็ว ความคล่องตัวหรือศักยภาพในการรบ แต่เป็นการแข่งกันว่าเครื่องบินของใคร Stealth เก่งกว่ากัน
Splitter plate ที่จำเป็นในการจัดการปัญหา Boundary layer กลายเป็นปัญหาใหญ่เมื่อต้องทำการดีไซน์เครื่องบิน Stealth เพราะการแยกท่อ Air intake ออกจากผิวเครื่องทำให้มันกลายเป็นสิ่งที่โดดเด่น สัญญาณ RADAR ที่มาสะท้อนกับผิวของ Air intake, Splitter plate กับผิวเครื่องทั่วไปนั้นไม่เท่ากันและกลายเป็น Characteristic ของเครื่องบินลำนั้น ซึ่งเมื่อสัญญาณนั้นสะท้อนกลับไป คอมพิวเตอร์ของ RADAR จะสามารถทำการประมวลผลและระบุได้ว่าสัญญาณที่เดินทางกลับมานั้นเป็นเครื่องบินรุ่นอะไร เป็นของกองกำลังไหนได้ ดังนั้นเพื่อที่จะทำให้เครื่องบิน Stealth ให้ได้มากที่สุด การกำจัด Characteristic ของสัญญาณ RADAR ที่จะสะท้อนออกไปจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นมาก ๆ
เครื่องบินอย่าง F-22 Raptor พยายามออกแบบให้เครื่องบินมี air intake ที่ทำมุมเฉียงและมี Splitter plate ที่เรียบเนียนไปกับตัวเครื่อง เพื่อลดลักษณะของสัญญาณที่จะสะท้อนกลับไปจากลักษณะเด่นของ Splitter plate แต่ถึงกระนั้น การที่มี Splitter plate ก็เป็นปัญหาที่ใหญ่สำหรับเครื่องบิน Stealth อย่าง F-22 เพราะหมายความว่าคุณมีพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นในการลงสีลดการสะท้อนของ RADAR อีกส่วนใหญ่ ๆ ส่วนหนึ่งและไอ้ส่วนนี้สีมันชอบลอกเพราะมันเป็นจุดที่จะโดนอากาศปะทะเยอะมาก
เพื่อแก้ปัญหา Splitter plate ที่สะท้อนกับ RADAR ศัตรู และ การบำรุงรักษาที่เรื้อรัง การตัด Splitter plate ออกไปจากเครื่องบินรบเป็นวิธีที่จะต่อการออกแบบในระยะยาว แต่ปัญหาคือเราจะออกแบบท่อ Air intake ยังไงให้แก้ปัญหา Boundary layer แบบไม่มี Splitter plate ได้
ยุคของ Diverterless Supersonic intake
Diverterless Supersonic intake (DSI) เป็นการออกแบบที่ทำให้ Air intake ไร้ซึ่ง Splitter plate โดยประวัติการออกแบบ DSI นั้นเกิดขึ้นมาตั้งแต่ยุค 1950 แล้วเพียงแต่ว่ามันไม่เคยถูกนำมาใช้งานจริง กว่าที่มันจะถูก proof of concept ว่าใช้งานได้จริงก็คือยุค 1990 ที่เครื่อง F-16 Block 30 ถูกดัดแปลงท่อ Air intake ใต้เครื่องให้มี Bump ขนาดใหญ่ดักก่อนอากาศเข้า Air intake
การทำงานของ Bump คือทำให้ชั้น Boundary layer ที่ไหลช้ารอบผิวเครื่องบินไหลแยกหนีออกไปจากทางที่จะเข้า Air intake เหลือแค่อากาศไหลเร็วไหลเข้าไปที่ Air intake โดยตรง และด้วยลักษณะที่นูนแบบสามมิติทำให้ Shock wave ที่เกิดขึ้นจาก Supersonic สามารถไปปะทะในจุดที่กำหนด ลดความเร็วของอากาศภายใน intake ก่อนเข้าใบพัดได้อีก
DSI สร้างผลประโยชน์อย่างมหาศาลให้กับวิศวกรรมการบิน เพราะจากการทดลองบนเครื่อง F-16 Block 30 พบว่าอากาศไหลเข้าเครื่องดีขึ้น ประสิทธิภาพของเครื่องดีขึ้นที่ Subsonic แม้เราจะไม่ได้พูดถึงเรื่องของ RADAR แต่สิ่งหนึ่งที่เปลี่ยนไปอย่างแน่นอนคือการลดชิ้นส่วนอุปกรณ์ลงไป (ไม่ต้องมี Splitter plate อีกแล้ว) หมายความว่าค่าบำรุงรักษาของเครื่องบินลำนั้นก็จะลดลงไป เอาง่าย ๆ จำนวนสกรูที่ใช้ในการติดตั้ง Splitter plate หายไป ค่าบำรุงรักษาก็หายไปเยอะแล้ว แต่แลกมากับการลงทุนในการออกแบบและทำ CFD เพื่อคำนวณอากาศที่ไหลเข้า Air intake ว่าจะมี Boundary layer ไหลเข้าไปหรือไม่ และตำแหน่ง Shock wave เกิดขึ้นในตำแหน่งไหนใน intake
เราจะเห็นได้ชัดว่าเครื่องบินยุคหลังจาก F-22 อย่าง Lockheed Martin F-35 Lightning II มี DSI เรียบร้อยแล้ว และมันทำให้ส่วนการพ่นสี Stealth ของเครื่องบินง่ายขึ้นมากเพราะเป็นเนื้อเดียวกันหมด เครื่องบินจีนอย่าง Chengdu J-20 ก็มีการใช้เทคโนโลยี DSI เข้ามาด้วยเหมือนกัน ซึ่งทำให้มันกลายเป็นเครื่องบิน Stealth ที่น่ากลัวมากในสมรภูมิการรบด้วยเช่นกัน และไม่ได้มีแค่เครื่องบินยุคที่ 5 อย่างเดียวที่ใช้ DSI เครื่องบินยุคที่ 4.5 อย่าง Chengdu J-10 ก็มีการดัดแปลงให้รองรับกับ DSI ด้วย ซึ่งเอาง่าย ๆ ลองไปดูในหน้าวิกิพีเดียของ DSI ก็จะพบรายชื่อเครื่องบินที่มีเทคโนโลยี DSI อยู่ มีเครื่องบินอเมริกันลำเดียวที่ใช้ DSI คือ F-35 นอกนั้นเครื่องบินจีนหมดเลย แสดงให้เห็นว่าจีนให้ความสำคัญกับเทคโนโลยี DSI มากเพราะมันทำให้เครื่องบินเก่ามีประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ลดค่าบำรุงรักษา และสามารถทาสี Stealth เพื่อเพิ่มคุณสมบัติ Stealth ได้นิดหน่อย
แม้ DSI จะดูเป็นเทคโนโลยีเล็ก ๆ ที่เปลี่ยนแปลงรูปร่างของเครื่องบิน แต่มันก็เปลี่ยนแปลงรูปร่างของเครื่องบินให้สอดคล้องกับโจทย์ของเครื่องบินยุคใหม่ได้ (ทั้ง Stealth และลดค่าบำรุงรักษา เพิ่มความน่าเชื่อถือ) แต่สุดท้ายแล้วการที่เครื่องบินรบรุ่นนั้นจะมีเทคโนโลยี DSI หรือไม่ ไม่ได้ทำให้เครื่องบินลำนั้นมีศักยภาพเหนือกว่าเครื่องบินที่ทั้งมีหรือไม่มี DSI แต่อย่างใดเลย สุดท้ายแล้วเครื่องบินรบจะรบแพ้หรือชนะไม่ได้ขึ้นกับเทคโนโลยีเพียงไม่กี่ตัว แต่มันขึ้นกับทุกองค์ประกอบตั้งแต่เทคโนโลยีเบื้องหลัง ตัวนักบิน ไปจนถึงปัจจัยต่าง ๆ ที่ควบคุมได้และควบคุมไม่ได้
แต่ DSI ก็เป็นเทคโนโลยีเล็ก ๆ บนเครื่องบินที่เท่อยู่ไม่น้อยเลย ใครสนใจสามารถเอา Keyword นี้ไปศึกษาต่อได้
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
