เรือเร็วฟอร์มูล่าถูกออกแบบอย่างไรถึงเร่งความเร็วจาก 0 เป็น 160 kphได้ภายใน 4 วินาที

formular4-cover

เรือเร็วฟอร์มูล่าถูกออกแบบอย่างไรถึงเร่งความเร็วจาก 0 เป็น 160 kphได้ภายใน 4 วินาที

สุดยอดความเร็วในสนามแข่งแบบทางเรียบคงต้องยกให้รถฟอร์มูล่าวัน สุดยอดความเร็วบนผืนน้ำก็คงต้องยกให้เรือฟอร์มูล่าวัน เรือที่ถูกออกแบบให้วิ่งได้เร็วสุด ๆ ด้วยเทคโนโลยีและการออกแบบให้เรือมีน้ำหนักเบา มีสมดุลแบบไดนามิคที่ดี(สมดุลที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเคลื่อนไหว) มีส่วนสัมผัสกับน้ำที่น้อยทำให้เกิดแรงต้านน้อยและอัตราเร่งสูง สามารถทำควาเร็วจาก 0 เป็น 160 กิโลเมตรต่อชั่วโมงได้ภายในเวลาแค่ 4 วินาที และทำความเร็วได้มากกว่า 200 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเลยทีเดียว เรือเร็วฟอร์มูล่ายังแบ่งประเภทการแข่งตามขนาดของเครื่องยนต์และความยาวของเรือ เป็นเรือเร็วฟอร์มูล่า4 3 2 และ 1 โดยยิ่งตัวเลขยิ่งน้อยขนาดเครื่องจะยิ่งใหญ่ขึ้นและมีความเร็วมากขึ้นเรือเร็วฟอร์มูล่า1

สำหรับประเทศไทยนั้นมีสมาคมกีฬาเรือเร็วแห่งประเทศไทย หรือ TPBA(Thailand Powerboat Association) เป็นผู้กำกับ โดยมีกีฬาที่อยู่ในการกำกับดูแล ดังนี้
1.Formula Powerboat
1.1Formula1 Powerboat ผลิตด้วยวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์และเคฟล่าร์เพื่อให้เรือเบาแต่มีความแข็งแรงสูงเป็นเรือ 2 ท้อง ตัวเรือมีน้ำหนักเรือรวมเครื่องยนต์ประมาณ 500 กิโลกรัม  เฉพาะเครื่องยนต์หนักประมาณ 120 กิโลกรัมเป็นเครื่องยนต์ 6 สูบ 2จังหวะ ให้กำลังสูงถึงกว่า 400 แรงม้า ที่ 10,500 รอบต่อนาที ความยาวไม่ต่ำกว่า 5.1 เมตร สามารถทำความเร็วจาก 0-160กิโลเมตรต่อชั่วโมงได้ภายใน 4 วินาที และทำความเร็วสูงสุดได้มากกว่า 200 กิโลเมตรต่อชั่วโมงformular1
1.2Formula4 Powerboat ใช้วัสดุเช่นเดียวกันกับเรือเร็วฟอร์มูล่า1 แต่มีขนาดที่เล็กกว่า ยาวเพียง 4.2 เมตร หนัก 350 กิโลกรัม เครื่องยนต์ 4 สูบให้กำลัง 60 แรงม้า 4 จังหวะ ความเร็วสูงสุดอยู่ที่ 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเรือเร็วฟอร์มูล่า4
1.3Formula550 Powerboat(ในต่างประเทศเรียก class : S-550) เป็นขั้นเริ่มต้นของการแข่งเรือเร็วแบบ Formula ถ้าเป็นรถแข่งก็เปรียบเสมือนการแข่งรถ Cart ตัวเรือเป็นแบบ 2 ท้องเช่นเดียวกันกับเรือ Formula1 และ Formula4 แต่จะยาวเพียง 12 ฟุตหรือ 3.6 เมตร ตัวเรือทำด้วยไฟเบอร์ เครื่องยนต์ 2 จังหวะ 2 สูบ ขนาด 40 แรงม้า ทำความเร็วสูงสุดได้ประมาณ 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

s550
credit: https://www.facebook.com/notes/สมาคมกีฬาเรือเร็วแห่งประเทศไทย/

2.Speed Boat   เป็นการแข่งขันเรือเร็วท้อง V เครื่องเกาะท้ายเรือ ความยาวหัวจรดท้ายไม่ต่ำกว่า 16.5 ฟุต ความกว้างท้องเรือไม่ต่ำกว่า 1.3 เมตร ความสูงท้องเรือถึงกราบข้างไม่ต่ำกว่า 35 ซม. มีคนขับและคนนั่งรวม 2 คนนั่งซ้ายและขวา แข่งขันด้วยเครื่องยนต์ 2 สูบขนาด 40 แรงม้า

speedboat
credit: https://www.facebook.com/notes/สมาคมกีฬาเรือเร็วแห่งประเทศไทย/

3.Aquabike เป็นการแข่งขันกีฬาความเร็วทางน้ำที่รู้จักกันเป็นอย่างดีในนามการแข่งขันกีฬา เจ็ทสกี แต่ต่างกันที่เจ็ทสกีอยู่ในการดูแลของสมาพันธ์เจ็ทสกีโลก(I.J.S.B.A.)  ส่วน Aquabike อยู่ในการกำกับดูแลของสมาพันธ์เรือเร็วนานาชาติ (U.I.M. Union Internationale Motonautique) นอกเหนือจากนั้นแล้ว Jet Ski กับ Aquabike นั้นเหมือนกันทุกประการ

aquabike
credit: https://www.facebook.com/notes/สมาคมกีฬาเรือเร็วแห่งประเทศไทย/

aquabike

4.Scooter

scooter
credit: https://www.facebook.com/notes/สมาคมกีฬาเรือเร็วแห่งประเทศไทย/

5.Long-Tail Boat เรือหางยาวบ้านเรานี่เอง แต่ปัจจุบันเรือที่ใช้แข่งได้มีการปรับเปลี่ยนเป็นเรือแบบสองตอนและสั้นลง ท่อนหลังเป็นแผ่นเรียบหักฉากกับท่อนหน้าที่จะเรียวงอนขึ้น ทำให้ส่วนหัวจะยกและส่วนหางจะติดท้องน้ำเล็กน้อยเท่านั้น ปัจจุบันนิยมนำเครื่องรถยนต์มาใส่เพราะมีกำลังสูงและแล่นได้เร็วมาก

เรือหางยาว

เครื่องรถยนต์

การออกแบบและผลิตเรือเร็วฟอร์มูล่า
1.สำหรับการผลิตเรือเร็วฟอร์มูล่านั้นประเทศไทยสามารถผลิตเรือเองได้ เพราะช่างเรามีความรู้ความชำนาญเรื่องคาร์บอนไฟเบอร์และเคฟล่าร์เป็นอย่างมาก การใช้คาร์บอนไฟเบอร์และเคฟล่าร์เพราะจะทำให้เรือมีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง
2.สวิตซ์บนพวงมาลัยจะมี 3 ตัว ตัวแรกคือการสตาร์ตเมื่อสตาร์ตใบพัดหมุนเรือก็วิ่งไปได้เลย สวิตซ์ด้านขวามือจะปรับองศาของเครื่องยนต์ทำให้หัวเรือเชิดขึ้น สวิตซ์ด้านซ้ายมือจะทำให้หัวเรือต่ำลง การเชิดหัวเรือเพื่อทำให้ส่วนท้ายเรือสัมผัสผืนน้ำเพียงเล็กน้อยเพื่อลดแรงต้านจากน้ำและทำให้เร่งความเร็วได้สูงพวงมาลัย 3.การบังคับความเร็วของเรือทำได้จากคันเร่งที่เท้า โดยการเร่งเครื่องต้องสัมพันธ์กับการยกเชิดหัวเรือ และเรือจะไม่มีเบรคหากต้องการชะลอหรือเบรคจะอาศัยแรงต้านจากน้ำเท่านั้น
4.ส่วนที่เป็นห้องคนขับนั้นผลิตจากเคฟล่าร์เพื่อความแข็งแรงรับแรงกระแทกได้สูง
5.เรือถูกออกแบบเป็นแบบ 2 ท้อง(Tunnell Hull Catamarans) ทำให้เลี้ยวได้ในวงแคบ ๆ และพลิกคว่ำในแนวข้างยาก แต่ไม่สามารถวิ่งบนผิวน้ำที่มีคลื่นได้ ยิ่งหากมีคลื่นปะทะในแนวเฉียงข้างอาจทำให้เกิดการพลิกคว่ำได้
6.การออกแบบเรือต้องคำนึงถึงสมดุลของแรงแบบไดนามิค(Dynamic Force Balances) ตามหลักการทางวิศวกรรมทั้งจาก hydrodynamic และ aerodynamic โดยตัวเรือจะมีแรงยกทั้งจากอากาศเหมือนปีกเครื่องบินที่อากาศด้านบนไหลเร็วกว่าด้านล่างเพราะมีส่วนโค้งมากกว่าทำให้มีแรงดันน้อยกว่าด้านล่างเกิดเป็นแรงยกของอากาศ และยังมีแรงยกที่ได้จากน้ำเมื่อเรือมีความเร็วและผิวของเรือสัมผัสผิวน้ำที่มีแรงตึงผิวเกิดเป็นแรงยกจากน้ำ แรงยกทั้งสองนี้จะต้องสัมพันธ์กับน้ำหนักของเรือ โดยแรงยกยังสัมพันธ์กับความเร็วอีกด้วยเพราะยิ่งเร็วแรงยกจากอากาศและน้ำก็จะยิ่งสูงขึ้น ทำให้ผู้ขับเรือต้องใช้ประสบการณ์ในการบังคับมุมของเครื่องยนต์เพื่อเชิดหัวเรือหรือก้มหัวเรือให้ต่ำลงเพื่อทำให้เกิดสมดุลในแนวตั้งนี้ และสมดุลในแนวนอนนั้นจะมีเรื่องแรงผลักและแรงต้านโดยแรงผลักจะเกิดจากใบพัดจะต้องเอาชนะแรงต้านทั้งจากอากาศและจากผืนน้ำที่กระทำต่อผิวสัมผัสเรือต่าง ๆ
7.นอกจากนั้นยังมีเรื่องสมดุลต่อการหมุนหรือบิดของเรือซึ่งต้องออกแบบให้สมดุลเพื่อที่เรือจะไม่พลิกคว่ำทั้งแนวตั้งและแนวข้างซึ่งต้องคำนึงถึงจุด CG และจุดที่เรือสัมผัสน้ำ ทำให้เรือทำองศาได้สูงสุดเพียงแค่ 15-18 องศาเท่านั้นเพราะหากมากกว่านี้จะทำให้เรือเสียสมดุลของกาหมุนและพลิกคว่ำในแนวตั้งได้ การยกเชิดหัวเรือจะทำให้เรือมีส่วนสัมผัสกับผิวน้ำน้อยเกิดแรงต้านน้ำต่ำ ทำให้สามารถเร่งความเร็วได้มาก ส่วนในแนวนอนนั้นเรือจะพลิกคว่ำยากเพราะเป็นแบบ 2 ท้องจะพลิกคว่ำก็ต่อเมื่อเมื่อเข้าโค้งแคบที่ความเร็วมาก ๆ และตัวเรือสัมผัสกับพื้นน้ำมากเกิดแรงกระทำในแนวข้างทำให้เสียสมดุลหรือมีคลื่นเฉียง ๆ วิ่งใส่ด้านหน้าเรือ เกิดการพลิกคว่ำในแนวข้าง สำหรับแรงต่าง ๆ ที่กระทำต่อเรือในภาวะปกตินั้นมีแรงกระทำดังรูปด้านล่าง

aeromarine-forces
credit: http://boatdesign.net/articles/tunnel-hull-design/
Flying Wing
credit: http://boatdesign.net/articles/dynamic-balances/index.htm

เรามาดูอุบัติเหตุหรือเหตุการณ์การพลิกคว่ำของเรือที่เสียสมดุล ทั้งเนื่องจากการที่เข้าโค้งที่ความเร็วสูงทำให้เสียสมดุลของการหมุนในแนวข้าง จะเกิดแรงต้านของน้ำดันผิวเรือจนฝั่งที่อยู่โค้งด้านในยกขึ้นพลิกคว่ำด้านข้าง หรือกรณีการเสียสมดุลเนื่องจากความเร็วกับมุมการยกหัวเรือไม่สัมพันธ์กันทำให้เรือพลิกคว่ำในแนวตั้งหรือบินนั่นเอง หรือกรณีที่มีเรือหักเข้ามาในทิศทางที่เรืออีกลำแล่นอยู่ทำให้เกิดลมจำนวนมากเข้าทางหัวเรือเกิดเป็นแรงยกของอากาศตามหลัก aerodynamic ก็ทำให้เรือพลิกคว่ำในแนวตั้งได้เหมือนกัน

สำหรับเรือเร็วฟอร์มูล่านั้น นักแข่งคนไหนขับเรือลำใดจะต้องขับเรือลำนั้นไม่สามารถเปลี่ยนเรือกะทันหันได้หากไม่ได้ซ้อมกับเรือลำนั้นมาก่อน เพราะเรือแต่ละลำจะมีคาแรคเตอร์เฉพาะตัว เรือแต่ละลำนั้นจะมีนักแข่งมือ1 และมีมือ2 ไว้สำรองเสมอ ต้นทุนของเรือเร็วฟอร์มูล่า1 จะอยู่ที่ลำละประมาณ 2 ล้านบาท และการซ้อมแต่ละครั้งจะมีการซ้อมรวมกันของหลาย ๆ ค่ายเพื่อเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายที่เป็น fix cost โดยจะซ้อมกันครั้งละ 2-3 ชั่วโมง จะต้องมีการเตรียมความพร้อมทั้งด้านความปลอดภัย มีการแจ้งโรงพยาบาลใกล้เคียงก่อนว่าจะมีการซ้อมเรือเร็ว มีทีมงานดูแลมีเรือให้ความช่วยเหลือคอยแสตนบายไว้ ค่าใช้จ่ายในการซ้อมแต่ละครั้งรวมค่าน้ำมันจะอยู่ที่ประมาณ 20,000 กว่าบาทต่อลำ ในประเทศไทยเคยถูกใช้เป็นสถานที่จัดแข่งในระดับ world championship เป็น 1 ใน 7 สนามแข่งแบบเก็บคะแนน โดยจัดที่สัตหีบจังหวัดชลบุรีมีเรือแข่งขันพร้อมกันมากถึง 18 ลำ

formular4

ปัจจุบันการกีฬาแห่งประเทศไทย และ บริษัทสิงห์ คอร์เปอเรชั่น จำกัด จัดแข่งขันเรือเร็ว 2 รายการที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในเมืองไทย การแข่งขันเรือเร็วฟอร์มูล่า 4  และ การแข่งขันเรือเร็วไทย ซึ่งเป็นรายการระดับสากลขึ้นเป็นครั้งแรกของเมืองไทย โดยเตรียมจัดชิงชัยตลอดปี 2559 เพื่อปลุกกระแสกีฬาเรือเร็ว พร้อมยกมาตราฐานการแข่งขันกีฬาเรือเร็ว ให้แพร่หลายและก้าวไกลสู่ระดับโลก