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.
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) ผ่านไปตามแนวเครื่องบินจากปลายปีกถึงปลายปีก การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า pitch การหมุน pitch จะเปลี่ยนทิศทางที่หัวของเครื่องบินชี้ (การหมุน pitch ในทิศทางบวกจะยกหัวเครื่องบินขึ้นและลดหางเครื่องบินลง) แผ่นบังคับหาง เป็นพื้นผิวควบคุมหลักสำหรับการหมุน pitch
แกนตามยาว (roll).
แกน roll (หรือ แกนตามยาว) มีจุดกำเนิดที่จุดศูนย์ถ่วงและชี้ไปข้างหน้า ขนานกับเส้นอ้างอิงลำตัว การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า roll การหมุนมุมรอบแกนนี้เรียกว่า bank การหมุน roll ในทิศทางบวกจะยกปีกซ้ายขึ้นและลดปีกขวาลง นักบินสามารถทำการหมุน roll ได้โดยการเพิ่มแรงยกที่ปีกข้างหนึ่งและลดแรงยกที่ปีกอีกข้างหนึ่ง ซึ่งจะเปลี่ยนมุม bank แผ่นบังคับปีก เป็นตัวควบคุมหลักของการหมุน bank ส่วนหางเสือก็มีผลรองในการควบคุมการหมุน bank
ระนาบอ้างอิง.
แกนหลักของการหมุนทั้งสามหมายถึง ระนาบอ้างอิง สามระนาบ โดยแต่ละระนาบจะตั้งฉากกับหนึ่งในแกน:
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