飛行機の安定
固定翼機は3次元空間を運動する。その空間は、操縦席に座ったパイロットを基準にして、上下、左右、前後と定義されている。
空間を示すために、重心位置を通る直交する前後(x)・左右(y)・上下(z)の3本の座標軸を想定するが、これらは「3軸」と総称される。重心位置は、直線翼の場合、おおむね主翼の前縁から後縁までの前から1/4から1/3ほどにある。この場合の左右を結ぶ座標軸は、主翼の両翼端の前寄りを結んだ線である。前後を結ぶ座標軸はおおむね機軸(胴体の略中心を通る基準線)になり、上下を結ぶ線は胴体中央の重心位置に垂直に立つ。
前後の線をローリング軸(x軸)、左右の軸をピッチング軸(y軸)、上下の軸をヨーイング軸(z軸)と呼ぶ。左右に傾く運動は、ローリング軸周りの回転運動であり、ローリング(横揺れ)である。機首の上下運動は、ピッチング軸周りの回転運動で、ピッチング(縦揺れ)と呼ぶ。機首を左右に振る方向の変化は、ヨーイング軸周りの回転運動であり、ヨーイング(偏ゆれ)である。
3軸のそれぞれの方向に、速度の変化(加速度)が生ずる。ローリング軸方向が、通常の飛行方向であって、飛行速度の変化はローリング軸の運動になる。ピッチング軸方向の速度変化は、左右に向かう横滑りである。上昇と下降はヨーイング軸方向の運動であるが、通常はローリング軸方向の飛行速度と組み合わさって、斜め上下方向に生ずる。
固定翼機の運動は上記の3種類の回転運動、3種類の加・減速運動に分解して分析する。固定翼機が擾乱を受けて生ずる動揺も、同様に6種類に分解されて分析される。但し、後述するように、いくつかの動きを組み合わせて安定は考えられている。
水平尾翼が縦安定を決定するが、その効き方は主・尾翼間の距離(胴体の長さ)と水平尾翼の発生する揚力の大きさの積で増減する。つまり、梃子の働きであり、その効き方の大きさは「水平尾翼容積比」と呼ばれる相対化された指数に比例する。
その計算式は、水平尾翼容積比 = (水平尾翼面積 × 後モーメントアーム) / 主翼面積 である。
後モーメントアームは、後モーメントアーム長 / 空力平均翼弦長 で算出される。水平尾翼容積比の値が大きければ、縦の静安定性は大きい。