สำหรับบทความประเดิมปีใหม่ปีนี้ เนื่องจากเหตุการณ์เครื่องบินโบอิ้ง 737 ของสายการบินเจจู (Jeju airline) ลงจอดฉุกเฉินแล้วหยุดไม่อยู่จนพุ่งเข้าชนแบริเออร์ที่ติดตั้ง ILS (Instrument landing system localizer) หรือชุดเครื่องบ่งชี้พิกัดสำหรับช่วยในการลงจอด[1] ที่ไม่เข้าใจว่าทำไมถึงสร้างมาเป็นแบริเออร์แบบนี้ แต่มันก็อาจเป็นเคสที่คาดไม่ถึงเพราะกรณีการลงจอดฉุกเฉินแบบการนำท้องเครื่องบินไถลไปกับรันเวย์ (Belly Landing) ไม่ได้มีบ่อยๆ และก็มีโครงสร้างลักษณะนี้ในสนามบินอื่นๆด้วย ซึ่งก็คงต้องนำมาปรับปรุง ไม่ใช้โครงสร้างแข็งแรง เปลี่ยนมาใช้โครงสร้างที่ยุบพังได้ง่ายเผื่อกรณีการลงจอดไถลในแบบนี้ ตรงนี้ เรามาคุยกันทางฟิสิกส์เท่าที่ผู้เขียนพอรู้ เกี่ยวกับการลงจอดลักษณะนี้กัน
แบริเออร์คอนกรีตที่ติดตั้งระบบ ILS และต้องสงสัยว่าทำไมออกแบบเป็นโครงสร้างแข็งแรงขนาดนี้
ปรกติ การลงจอดของเครื่องบินจะมีชุดเบรคสำหรับลดความเร็ว 3 ชุด คือชุดเบรคล้อ ชุด Reverse Thruster และ ชุด Flap ปีกอาศัย Aerodynamic drag ในการลงจอด ตัวสุดท้ายนี้ผมเข้าใจว่ามันเป็นการถ่ายแรงลงที่ล้อและอาจไม่มีนัยสำคัญเท่าสองตัวแรกเวลาลงจอด
ชุดเบรคล้อปรกติจะมีแรงดันเบรคที่ 1,250 – 2,000 PSI ซึ่งเพียงพอจะทำให้เกิดการชะลอความเร็วที่ 1.2 – 2.2 m/s² [2] หรือ ชะลอจอดสนิทได้ภายใน 1,100 – 2,000 เมตร ที่ความเร็วแลนดิ้ง 250 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ชุด Reverse Thruster จะมีแรงขับราว 25% ของแรงดัน Thruster ปรกติ เครื่องโบอิ้ง 737 มีแรงขับราว 98,000 kgf x 2 [3] เท่ากับมีแรงเบรคที่ 49,050 N และเพียงพอจะทำให้เครื่องบินขนาด 50 ตันลงจอดสนิทใน 2,365 เมตรด้วยความเร่งในการชะลอ 1.02 m/s²
แน่นอนว่าระบบเบรคทั้ง 3 ชุด ถ้าล้อไม่กางก็คือใช้ไม่ได้
จากข้อมูลดังกล่าว ขนาดรันเวย์สำหรับลงจอดของมูอัน แม้จะสั้นไปนิดที่ 2,800 เมตร ก็ถือว่าเพียงพอสำหรับการลงจอดตามปรกติของเครื่องบินขนาดดังกล่าว (ราว 1500 เมตร) ส่วนความยาวที่มากขึ้นนั้นก็เป็นความปลอดภัยที่มากขึ้น แต่ มันต้องการระยะที่ปลอดภัยประมาณเท่าไหร่ล่ะนั่น
เกี่ยวกับแรงเสียดทานของวัสดุ แม้ว่าในระดับมัธยมปลายเราจะสอนกันง่ายๆว่าแรงเสียดทานคือ
F = μ.m.g
แต่สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของวัสดุนี้จริงๆจะมีการแปรตามความเร็ว เช่นแผ่นอลูมิเนียมที่ friction factor 0.16 ที่ความเร็ว 0.2 m/s จะลดลงเหลือเพียง 0.08 ที่ความเร้ว 0.6 m/s [4]
รูปแสดง Safety factor ระยะที่ต้องเพิ่มของการ landing ในสภาพวิกฤติต่างๆ
นอกจากนี้มันยังมีแรงเสียดทานที่ลดลงได้ตามความชื้น และน้ำหนักที่กดอีก เท่าที่ผมพยายามค้นมา สภาพเลวร้ายที่สุดที่จะต้องเผื่อระยะทางการจอดคือ safety factor 400% สำหรับกรณีรันเวย์เป็นน้ำแข็ง และรองลงมาคือ safety factor 200% กรณีรันเวย์คลุมด้วยหิมะแฉะๆ ก็ดูตามรูปด้านบนตามอ้างอิงที่ [5] ก็อาจเรียกได้ว่า ระยะรันเวย์ที่ปลอดภัยรับได้สำหรับเครื่องบินโบอิ้ง 737 ควรอยู่ที่
4 x 1,500 = 6,000 เมตร???
ถ้าจะเอาขนาดนั้นมันก็คงไม่มีสนามบินไหนปลอดภัยถึงขนาดนั้น เพราะสนามบินขนาดใหญ่ ปรกติก็มีรันเวย์ยาว 4,000 เมตร สนามบินที่รันเวย์ยาวที่สุดในโลก Qamdo Bamda Airport ก็รันเวย์ยาว 5.5 กิโลเมตร มันก็คงจะไม่เวิร์คที่จะออกแบบความยาวสนามบินขนาดนั้นกับเคสกรณีฉุกเฉิน ในภาคปฏิบัติ อย่างมาก มันก็มีติดตั้งระบบ
EMAS (Engineered materials arresting systems) [6] ซึ่งสนามบินมูอันก็มีติดตั้ง แต่อาจออกแบบไว้แค่สำหรับชะลอล้อและไม่ได้ออกแบบไว้สำหรับกรณีการจับเครื่องที่ไถลท้องครูด
ระบบ EMAS ที่ติดตั้งปลายรันเวย์และระยะความปลอดภัยต่างๆที่องค์การการบินแนะนำ [6]
โดยความเห็น ผมเชื่อว่า สิ่งที่สำคัญมากไปกว่าความยาวสนามบินคือพื้นที่ buffer กรณีเครื่องบินไถล ที่ควรจะเป็นพื้นที่ราบ มีสิ่งกีดขวางน้อย หรือสิ่งกีดขวางเป็นโครงสร้างวัตถุที่พังทลายยุบตัวได้ง่าย เช่นสนามหญ้า สนามกอล์ฟ สระน้ำ หรือทำเป็น บ่อตกปลา เอาเสียมากกว่าไปสร้างเป็นรันเวย์ส่วนที่ร้อยวันพันปีไม่ได้ใช้ เพราะอย่างเคสนี้ ด้วยการลงจอดของไฟลท์ C2216 เขาก็ทำได้เรียบเนียน perfect ทีเดียว ขอแค่ไม่มีกำแพงปูนนั่น อย่างเก่งมันก็จะไถลไปลงจอดแถวๆถนน Cheongun-ro ไม่ระเบิดพินาศแบบนี้
อ้างอิง
[1] https://www.pptvhd36.com/news/ต่างประเทศ/239702
[2] https://www.flaps2approach.com/journal/2013/3/18/b737-auto-brakes-converting-using-a-genuine-auto-brake.html
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_737_Next_Generation
[4] https://www.researchgate.net/figure/The-relationship-between-friction-coefficient-and-sliding-speed-The-inverse-function-was_fig1_357878801
[5] https://skybrary.aero/articles/landing-distances
[6] https://www.faa.gov/newsroom/engineered-material-arresting-system-emas-0
วิเคราะห์ทางฟิสิกส์ ข่าวโศกนาฎกรรม Jeju flight C2216
ชุด Reverse Thruster จะมีแรงขับราว 25% ของแรงดัน Thruster ปรกติ เครื่องโบอิ้ง 737 มีแรงขับราว 98,000 kgf x 2 [3] เท่ากับมีแรงเบรคที่ 49,050 N และเพียงพอจะทำให้เครื่องบินขนาด 50 ตันลงจอดสนิทใน 2,365 เมตรด้วยความเร่งในการชะลอ 1.02 m/s²
แน่นอนว่าระบบเบรคทั้ง 3 ชุด ถ้าล้อไม่กางก็คือใช้ไม่ได้
จากข้อมูลดังกล่าว ขนาดรันเวย์สำหรับลงจอดของมูอัน แม้จะสั้นไปนิดที่ 2,800 เมตร ก็ถือว่าเพียงพอสำหรับการลงจอดตามปรกติของเครื่องบินขนาดดังกล่าว (ราว 1500 เมตร) ส่วนความยาวที่มากขึ้นนั้นก็เป็นความปลอดภัยที่มากขึ้น แต่ มันต้องการระยะที่ปลอดภัยประมาณเท่าไหร่ล่ะนั่น
เกี่ยวกับแรงเสียดทานของวัสดุ แม้ว่าในระดับมัธยมปลายเราจะสอนกันง่ายๆว่าแรงเสียดทานคือ
F = μ.m.g
แต่สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของวัสดุนี้จริงๆจะมีการแปรตามความเร็ว เช่นแผ่นอลูมิเนียมที่ friction factor 0.16 ที่ความเร็ว 0.2 m/s จะลดลงเหลือเพียง 0.08 ที่ความเร้ว 0.6 m/s [4]
4 x 1,500 = 6,000 เมตร???
ถ้าจะเอาขนาดนั้นมันก็คงไม่มีสนามบินไหนปลอดภัยถึงขนาดนั้น เพราะสนามบินขนาดใหญ่ ปรกติก็มีรันเวย์ยาว 4,000 เมตร สนามบินที่รันเวย์ยาวที่สุดในโลก Qamdo Bamda Airport ก็รันเวย์ยาว 5.5 กิโลเมตร มันก็คงจะไม่เวิร์คที่จะออกแบบความยาวสนามบินขนาดนั้นกับเคสกรณีฉุกเฉิน ในภาคปฏิบัติ อย่างมาก มันก็มีติดตั้งระบบ EMAS (Engineered materials arresting systems) [6] ซึ่งสนามบินมูอันก็มีติดตั้ง แต่อาจออกแบบไว้แค่สำหรับชะลอล้อและไม่ได้ออกแบบไว้สำหรับกรณีการจับเครื่องที่ไถลท้องครูด
อ้างอิง
[1] https://www.pptvhd36.com/news/ต่างประเทศ/239702
[2] https://www.flaps2approach.com/journal/2013/3/18/b737-auto-brakes-converting-using-a-genuine-auto-brake.html
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_737_Next_Generation
[4] https://www.researchgate.net/figure/The-relationship-between-friction-coefficient-and-sliding-speed-The-inverse-function-was_fig1_357878801
[5] https://skybrary.aero/articles/landing-distances
[6] https://www.faa.gov/newsroom/engineered-material-arresting-system-emas-0