แกนหลักของเครื่องบิน

เครื่องบิน ขณะบินสามารถหมุนได้ในสามมิติ: yaw (การหมุนหันหัวไปทางซ้ายหรือขวารอบแกนที่ตั้งฉากขึ้นลง); pitch (การหมุนหันหัวขึ้นหรือลงรอบแกนที่ขนานไปกับปีก); และ roll (การหมุนรอบแกนที่ขนานไปกับลำตัวจากหัวถึงหาง) แกนเหล่านี้ถูกกำหนดให้เป็น แกนตั้ง (vertical), แกนนอน (lateral หรือ transverse) และ แกนยาว (longitudinal) ตามลำดับ แกนเหล่านี้จะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับยานพาหนะและหมุนตามยานเมื่อเปรียบเทียบกับโลก คำจำกัดความเหล่านี้ถูกนำมาใช้กับ ยานอวกาศ ในทำนองเดียวกันเมื่อมีการออกแบบยานอวกาศที่มีลูกเรือในช่วงปลายทศวรรษ 1950

การหมุนเหล่านี้เกิดขึ้นจากแรงบิด (torques) หรือโมเมนต์ (moments) รอบแกนหลัก บนเครื่องบิน การหมุนเหล่านี้จะถูกสร้างขึ้นโดยตั้งใจโดยการเคลื่อนพื้นผิวควบคุมซึ่งเปลี่ยนการกระจายของแรงอากาศพลศาสตร์สุทธิ (aerodynamic force) รอบศูนย์ถ่วงของยาน Elevators (แผ่นบังคับที่หางแนวนอน) ทำให้เกิดการหมุน pitch, rudder (หางเสือ) บนหางแนวตั้งทำให้เกิดการหมุน yaw, และ aileron (แผ่นบังคับบนปีกที่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม) ทำให้เกิดการหมุน roll ในยานอวกาศ การเคลื่อนที่เหล่านี้มักจะถูกสร้างขึ้นโดยระบบควบคุมปฏิกิริยา (reaction control system) ซึ่งประกอบด้วยเครื่องยนต์จรวดขนาดเล็กที่ใช้ในการสร้างแรงผลักที่ไม่สมดุลกับยาน

แกนหลัก

แกนตั้ง หรือแกน yaw — แกนที่ลากจากบนลงล่าง และตั้งฉากกับอีกสองแกน โดยขนานกับ ตำแหน่งลำตัวเครื่องบิน
แกนตามขวาง แกนนอน หรือแกน pitch — แกนที่ลากจากซ้ายไปขวาในเครื่องบินที่มีนักบิน และขนานกับปีกของเครื่องบินที่มีปีก ขนานกับ เส้นก้น
แกนตามยาว หรือแกน roll — แกนที่ลากผ่านลำตัวของยานพาหนะจากหางถึงหัวในทิศทางการบินปกติ หรือทิศทางที่นักบินหันหน้าไป คล้ายกับ แนวน้ำเรือ

ปกติแล้ว แกนเหล่านี้จะถูกแทนด้วยตัวอักษร X, Y และ Z เพื่อเปรียบเทียบกับกรอบอ้างอิง ซึ่งปกติจะเรียกว่า x, y, z โดยทั่วไป X จะใช้สำหรับแกนตามยาว แต่ก็มี การกำหนดแกน อื่นๆ ที่สามารถทำได้

 แกนตั้ง (yaw) 
แกน yaw มีจุดกำเนิดที่จุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินและชี้ลงไปยังด้านล่างของเครื่องบิน ตั้งฉากกับปีกและเส้นอ้างอิงลำตัว การเคลื่อนที่รอบแกนนี้เรียกว่า yaw การเคลื่อนที่ yaw ในทิศทางบวกจะทำให้หัวของเครื่องบินหันไปทางขวา หางเสือ เป็นตัวควบคุมหลักในการเคลื่อนที่ yaw

คำว่า yaw เดิมใช้ในงานเดินเรือ และหมายถึงการเคลื่อนที่ของเรือที่ไม่มั่นคงซึ่งหมุนรอบแกนตั้งของมัน ที่มาของคำนี้ไม่แน่ชัด

 แกนตามขวาง (pitch) 
แกน pitch (เรียกอีกอย่างว่า แกนตามขวาง หรือ แกนนอน) Also at :File:MISB Standard 0601.pdf. ผ่านไปตามแนวเครื่องบินจากปลายปีกถึงปลายปีก การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า pitch การหมุน pitch จะเปลี่ยนทิศทางที่หัวของเครื่องบินชี้ (การหมุน pitch ในทิศทางบวกจะยกหัวเครื่องบินขึ้นและลดหางเครื่องบินลง) แผ่นบังคับหาง เป็นพื้นผิวควบคุมหลักสำหรับการหมุน pitch

 แกนตามยาว (roll) 
แกน roll (หรือ แกนตามยาว) มีจุดกำเนิดที่จุดศูนย์ถ่วงและชี้ไปข้างหน้า ขนานกับเส้นอ้างอิงลำตัว การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า roll การหมุนมุมรอบแกนนี้เรียกว่า bankClancy, L.J. (1975) Aerodynamics Pitman Publishing Limited, London , Section 16.6 การหมุน roll ในทิศทางบวกจะยกปีกซ้ายขึ้นและลดปีกขวาลง นักบินสามารถทำการหมุน roll ได้โดยการเพิ่มแรงยกที่ปีกข้างหนึ่งและลดแรงยกที่ปีกอีกข้างหนึ่ง ซึ่งจะเปลี่ยนมุม bank แผ่นบังคับปีก เป็นตัวควบคุมหลักของการหมุน bank ส่วนหางเสือก็มีผลรองในการควบคุมการหมุน bankFAA (2004). Airplane Flying Handbook. Washington D.C.:U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, ch 4, p 2, FAA-8083-3A.

ระนาบอ้างอิง
แกนหลักของการหมุนทั้งสามหมายถึง ระนาบอ้างอิง สามระนาบ โดยแต่ละระนาบจะตั้งฉากกับหนึ่งในแกน:
 ระนาบตั้งฉาก หรือระนาบ yaw
 ระนาบตามขวาง ระนาบแนวนอน หรือระนาบ pitch
 ระนาบตามยาว หรือระนาบ roll

ระนาบทั้งสามนี้กำหนด จุดศูนย์ถ่วง ของเครื่องบิน

ความสัมพันธ์กับระบบแกนอื่นๆ

แกนเหล่านี้มีความสัมพันธ์กับ แกนหลักของความเฉื่อย แต่ไม่เหมือนกัน แกนเหล่านี้เป็นแกนสมมาตรเชิงเรขาคณิต โดยไม่คำนึงถึงการกระจายมวลของเครื่องบิน

ในวิศวกรรมการบินและอวกาศ การหมุนภายในรอบแกนเหล่านี้มักถูกเรียกว่า มุมออยเลอร์ (Euler angles) แต่ขัดแย้งกับการใช้งานในที่อื่นๆ แคลคูลัสที่เกี่ยวข้องมีความคล้ายคลึงกับ สูตรเฟรเนต์-แซร์เรต์ (Frenet–Serret formulas) การทำการหมุนในกรอบอ้างอิงภายในเทียบเท่ากับการคูณด้านขวาของเมทริกซ์ลักษณะเฉพาะ (เมทริกซ์ที่มีเวกเตอร์ของกรอบอ้างอิงเป็นคอลัมน์) ด้วยเมทริกซ์ของการหมุน

ประวัติศาสตร์
เครื่องบินลำแรกที่แสดงให้เห็นถึงการควบคุมที่สามารถทำงานได้ในทั้งสามแกนคือ เครื่องร่อน ปี 1902 ของพี่น้องตระกูลไรต์

 ดูเพิ่มเติม 

 อากาศพลศาสตร์
 ระบบควบคุมการบินของเครื่องบิน
 มุมออยเลอร์
 เครื่องบินปีกตรึง
 พื้นผิวควบคุมการบิน
 พลวัตการบิน
 เฟรมเคลื่อนที่
 การแพนกล้อง (กล้อง)
 หกองศาแห่งความอิสระ
 ทฤษฎีสกรู
 วิธีไตรแอด

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 

หมวดหมู่:อากาศพลศาสตร์