สมัยเด็กๆ ผู้อ่านหลายๆท่านคงเคยตั้งคำถามสนุกๆกับเพื่อน ประเภทว่า “รถยนต์คันนี้มีล้อกี่ล้อ?” พอเพื่อนตอบว่า 4 ล้อ เราก็จะเฉลยว่าผิด ที่จริงมี 5 ล้อ(รวมล้ออะไหล่) วันนี้เราจะลองมาตั้งคำถามประเภทนี้กับเครื่องบินบ้างดีมั้ยครับ
วันนี้เราจะถามว่าเครื่องบินจัมโบ้เจ็ทตามรูปภาพมีเครื่องยนต์กี่เครื่องยนต์ นับกันได้เลยครับ
ที่นี้ผมก็จะเฉลยว่าเครื่องบินตามที่เห็นในภาพมีเครื่องยนต์ถึงห้าเครื่องยนต์ครับ ลองนับกันดูใหม่ครับ เครื่องบินตัวอย่างตามภาพเป็นเครื่องบินแบบ Boeing B747-400 ซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์แบบ Turbine Engine 4 เครื่องยนต์ที่ปีกของเครื่องบิน แล้วเครื่องยนต์ที่ห้าที่ผมอ้างถึงอยู่ที่ไหนกัน?
เครื่องยนต์ตัวที่ห้ามีชื่อเรียกว่า APU หรือ Auxiliary power units โดยมากจะถูกติดตั้งซ่อนอยู่บริเวณส่วนหางของเครื่องบิน Jetliners ทั่วๆไป
APU เป็นเครื่องยนต์ชนิด Turbine Engine คล้ายกับที่ติดตั้งที่ปีกของเครื่องบินแต่จะมีขนาดที่เล็กกว่ามาก
เครื่องยนต์ APU ตัวนี้มีหน้าที่ทำอะไร แน่นอนมันคงไม่ใช่เครื่องยนต์ขับเคลื่อนสำรองแน่ เครื่องยนต์ของเครื่องบิน(ที่ติดตั้งที่ปีก) จะมีหน้าที่หลักอยู่ 3 หน้าที
- ให้แรงขับเคลื่อน(Thrust)
- สร้างพลังงานไฟฟ้า (Electric Power)
- สร้างอากาศแรงดันสูง (Pneumatic pressure) หรือ Bleed Air เพื่อใช้ในระบบต่างๆ
ขณะที่ APU มีหน้าที่หลักอยู่เพียงสองอย่างคือ สร้างพลังงานไฟฟ้า และ สร้างอากาศแรงดันสูง (Pneumatic pressure)
เมื่อ APU ไม่ได้ทำหน้าที่ในการขับเคลื่อนเครื่องบิน ดังนั้นการทำงานของ APU ซึ่งเราบอกว่าเป็นเครื่องยนต์แบบ Turbine Engine จึงไม่ได้สร้างแรงขับหรือ Thrust ออกมาด้วย เครื่องยนต์ชนิดนี้จะถูกเรียกเจาะจงไปว่าเป็นเครื่องยนต์ชนิด Turbo shaft engine จากชื่อเรียก ก็อาจจะพอเข้าใจได้ว่าเครื่องยนต์ชนิดนี้จะใช้กำลังที่ได้จากการเผาใหม้ ไปขับกังหัน (Turbine) ที่มีเพลาติดอยู่ และนำการขับเคลื่อนของเพลานั้นไปใช้งานนั่นเอง
สำหรับผู้ที่ยังนึกภาพไม่ออก เครื่องยนต์ชนิดนี้ใช้งานกันมากในเฮลิคอปเตอร์ รถถัง รวมถึงเรือเร็วและเรือเดินทะเลทั่วไปครับ แต่ใน APU การขับเคลื่อนของเพลาจะใช้ในการหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือ Generator นั่นเอง อีกสิ่งหนึ่งที่ได้จาการทำงานของเครื่องยนต์แบบ Turbine Engine คืออากาศแรงดันสูง (Pneumatic pressure) หรือ Bleed Air ที่ได้จากกระบวนการทำงานของเครื่องยนต์ชนิดนี้ที่มีขั้นตอนการดูดอัดอากาศเข้ามา (Compressor) อากาศแรงดันสูงจะถูกใช้สำหรับระบบปรับอากาศในห้องโดยสารขณะที่เครื่องบินอยู่บนพื้นและเครื่องยนต์หลักไม่ได้ถูกใช้งาน อากาศแรงดันสูงจาก APU ยังทำหน้าที่ในการสตาร์ทเครื่องยนต์หลักของเครื่องบิน (ที่ติดตั้งที่ปีก) ด้วย แรงดันอากาศจะถูกส่งไปหมุนกังหัน (Turbine) ของเครื่องยนต์เพื่อเริ่มต้นการทำงานของเครื่องยนต์ ดังนั้นจะเห็นว่าเครื่องยนต์หลักของเครื่องบินเจ็ทไม่มีสตาร์ทเตอร์ (Starter) ปราศจากซึ่งการทำงานของ APU เครื่องบินจะไม่สามารถสตาร์ทได้ด้วยตัวเองและจะต้องอาศัยอุปกรณ์เสริม
การใช้งาน APU หลักๆจะถูกใช้งานขณะที่เครื่องบินอยู่บนพื้น ขณะที่เครื่องยนต์หลักไม่ทำงาน(ในขณะเครื่องยนต์หลักทำงาน ไฟฟ้าและ Bleed Air ถูกผลิตจากเครื่องยนต์หลัก) ลองสังเกตุกันดูครับเวลาเราเดินออกไปขึ้นเครื่องบินที่จอดรอเราอยู่กลางลานจอด เราจะพบว่ามีเสียงดังวี๊ดแหลมๆตลอดเวลา แน่นอนเครื่องบินไม่ได้ติดเครื่องยนต์หลักครับ แต่เป็นเสียงการทำงานของ APU ที่อยู่ท้ายเครื่องบินครับ เพื่อผลิตไฟฟ้าและแอร์เย็นฉ่ำรอตอนรับเรานั่นเอง สังเกตุที่ปลายหางของเครื่องบินจะมีไอความร้อนออกมา นั่นคือท่อไอเสียของ APU
มามองในอีกมุมหนึ่งดูเหมือนว่าเครื่องบินจะสร้างมลภาวะให้โลกเราเสียจริง แม้ขณะดับเครื่องยนต์แล้วก็ยังต้องสตาร์ทการทำงานของ APU เพื่อทำความเย็นและผลิตไฟฟ้า สิ่งนี้อาจจะไม่จำเป็นเสมอไปครับในสนามบินใหญ่ๆ จะจัดให้มีท่อส่งแอร์ที่ผลิตจากไฟฟ้าและระบบไฟฟ้าเพื่อเชื่อมต่อกับเครื่องบิน (PIC11 ท่อส่ง Air-condition) ทำให้เครื่องบินไม่มีความจำเป็นต้องสตาร์ทการทำงานของ APU ขณะจอดรอผู้โดยสาร APU จะถูกสตาร์ทและทำงานเฉพาะเวลาที่เครื่องบินพร้อมออกเดินทาง เพื่อเป็นตัวช่วยในการสตาร์ทเครื่องยนต์หลัก สร้างกระแสไฟฟ้าและปรับอากาศเฉพาะช่วงเวลาสั้นๆเท่านั้น
เมื่อ APU ใช้งานไม่ได้ เครื่องบินยังสามารถทำการบินได้หรือไม่? จากที่ได้อธิบายข้างต้น ระบบปรับอากาศและกระแสไฟฟ้าถูกสร้างได้จากการทำงานของเครื่องยนต์หลัก ดังนั้นในการบิน จริงๆแล้วจึงไม่มีความจำเป็นต้องใช้ APU แต่ก่อนการบิน APU ยังต้องมีหน้าที่ในการสตาร์ทเครื่องยนต์หลักขึ้นมา ตรงนี้ถ้าหลายๆท่านเคยสังเกตุเวลาโดยสารเครื่องบินจะพบว่า เมื่อเครื่องบินถูกดันให้ถอยออกจากหลุมจอด (GATE) จะพบว่า ระบบปรับอากาศจะหยุดทำงานและเงียบไปชั่วครู่ (บางครั้งอาจนานจนทำให้ผู้โดยสารรู้สึกร้อน) นั้นก็เพื่อนำกำลังของอากาศแรงดันสูง (Pneumatic pressure) จาก APU ไปใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ หลังจากเราได้ยินเสียงเครื่องยนต์ทำงานแล้วก็จะพบว่าระบบปรับอากาศจะกลับมาทำงานเย็นฉ่ำเช่นเดิม ถ้ากรณี APU เสียหรือใช้งานไม่ได้ การสตาร์ทเครื่องยนต์จะต้องใช้เครื่องช่วยที่เรียกว่า ASU หรือ Air Starter Unit หรือถูกเรียกติดปากว่า Air Start หรือบางคนอาจรู้จักในชื่อ Pneumatic starter (PIC10 ASU) เครื่อง ASU จะติดตั้งอยู่บนรถบรรทุกหรือรถพ่วงลาก ASU สร้างอากาศแรงดันสูงเพื่อใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์แทนการใช้ APU
เรากล่าวในช่วงแรกๆว่า APU เป็นเครื่องยนต์แบบ Turbine Engine เครื่องเล็กๆ คำกล่าวที่ว่าเล็กๆนั้นคือการเปรียบเทียบขนาดของมันกับเครื่องยนต์หลักของเครื่องบินแบบที่มันถูกติดตั้งอยู่ แต่ในความเป็นจริง APU มันไม่ได้มีขนาดเล็กเสียเท่าไหร่ มาลองดูตัวอย่างกันครับ เครื่องยนต์ Turboprop TPE331 ของ Garrett (Honeywell) ที่ถูกใช้เป็นเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเครื่องบินขนาดเล็กอย่าง Jetstream 41
หรือ Beechcraft King Air
เครื่องยนต์แบบเดียวกันนี้ถูกพัฒนามาใช้เป็นเครื่องยนต์ APU ของเครื่องบินขนาดใหญ่อย่าง Boeing และ Airbus หรืออีกหนึ่งตัวอย่าง APU ของยี่ห้อ Pratt & Whitney PW901A ที่ถูกติดตั้งในเครื่องบินแบบ Boeing 747-400 ทั่วไป แท้จริงแล้วมันคือเครื่องยนต์แบบเดียวกับเครื่องยนต์หลักที่ถูกติดตั้งให้กับเครื่องบินเจ็ทขนาดเล็ก (Business Jet) อย่าง Cessna Citation
APU ชนิดที่เป็นเครื่องยนต์แบบ Turbine Engine ถูกพัฒนามาใช้ครั้งแรกกับเครื่องบินแบบ Boeing 727 ในปี1963 เพื่ออำนวยความสะดวกให้กับเครื่องบินเมื่อต้องบินไปลงยังสนามบินที่มีอุปกรณ์ภาคพื้นไม่พร้อม อย่างไรก็ตามในเครื่องบินบางแบบการติดตั้ง APU อาจจะเป็นการเพิ่มภาระการแบบน้ำหนักให้กับเครื่องบินมากเกินไป เช่นเครื่องบินแบบ Concorde ที่มีชื่อเสียง ก็ไม่ได้มีการติดตั้ง APU เนื่องจากมีข้อจำกัดเรื่องน้ำหนักและพื้นที่ อีกทั้งยังทำการบินระหว่างสนามบินใหญ่ๆที่มีอุปกรณ์ภาคพื้นพร้อม จึงไม่มีความจำเป็นต้องติดตั้ง APU เครื่องบินโดยสารขนาดเล็กอย่าง ATR72-500 ก็ไม่มีการติดตั้ง APU เช่นกัน