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

ตำแหน่งของแกนทั้งสามโดยมี ในการอธิบายมุมของการหมุน

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

• Yaw
• Pitch
• Roll

• หรือแกน yaw — แกนที่ลากจากบนลงล่าง และตั้งฉากกับอีกสองแกน โดยขนานกับ
• แกนนอน หรือแกน pitch — แกนที่ลากจากซ้ายไปขวาในเครื่องบินที่มีนักบิน และขนานกับปีกของเครื่องบินที่มีปีก ขนานกับ
• หรือแกน roll — แกนที่ลากผ่านลำตัวของยานพาหนะจากหางถึงหัวในทิศทางการบินปกติ หรือทิศทางที่นักบินหันหน้าไป คล้ายกับ

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

แกนตั้ง (yaw)

แกน yaw มีจุดกำเนิดที่จุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินและชี้ลงไปยังด้านล่างของเครื่องบิน ตั้งฉากกับปีกและเส้นอ้างอิงลำตัว การเคลื่อนที่รอบแกนนี้เรียกว่า yaw การเคลื่อนที่ yaw ในทิศทางบวกจะทำให้หัวของเครื่องบินหันไปทางขวา เป็นตัวควบคุมหลักในการเคลื่อนที่ yaw

คำว่า yaw เดิมใช้ในงานเดินเรือ และหมายถึงการเคลื่อนที่ของเรือที่ไม่มั่นคงซึ่งหมุนรอบแกนตั้งของมัน ที่มาของคำนี้ไม่แน่ชัด

แกนตามขวาง (pitch)

แกน pitch (เรียกอีกอย่างว่า แกนตามขวาง หรือ แกนนอน) ผ่านไปตามแนวเครื่องบินจากปลายปีกถึงปลายปีก การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า pitch การหมุน pitch จะเปลี่ยนทิศทางที่หัวของเครื่องบินชี้ (การหมุน pitch ในทิศทางบวกจะยกหัวเครื่องบินขึ้นและลดหางเครื่องบินลง) เป็นพื้นผิวควบคุมหลักสำหรับการหมุน pitch

แกนตามยาว (roll)

แกน roll (หรือ แกนตามยาว) มีจุดกำเนิดที่จุดศูนย์ถ่วงและชี้ไปข้างหน้า ขนานกับเส้นอ้างอิงลำตัว การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า roll การหมุนมุมรอบแกนนี้เรียกว่า bank การหมุน roll ในทิศทางบวกจะยกปีกซ้ายขึ้นและลดปีกขวาลง นักบินสามารถทำการหมุน roll ได้โดยการเพิ่มแรงยกที่ปีกข้างหนึ่งและลดแรงยกที่ปีกอีกข้างหนึ่ง ซึ่งจะเปลี่ยนมุม bank เป็นตัวควบคุมหลักของการหมุน bank ส่วนหางเสือก็มีผลรองในการควบคุมการหมุน bank

ระนาบอ้างอิง

แกนหลักของการหมุนทั้งสามหมายถึง สามระนาบ โดยแต่ละระนาบจะตั้งฉากกับหนึ่งในแกน:

• ระนาบตั้งฉาก หรือระนาบ yaw
• ระนาบตามขวาง ระนาบแนวนอน หรือระนาบ pitch
• ระนาบตามยาว หรือระนาบ roll

ระนาบทั้งสามนี้กำหนด จุดศูนย์ถ่วง ของเครื่องบิน

ความสัมพันธ์กับระบบแกนอื่นๆ

มุม Yaw/heading, pitch และ roll และแกนที่เกี่ยวข้อง: แนวตั้ง (ลง), แนวขวาง และแนวยาว

แกนเหล่านี้มีความสัมพันธ์กับ (แกนหลักของความเฉื่อย) แต่ไม่เหมือนกัน แกนเหล่านี้เป็นแกนสมมาตรเชิงเรขาคณิต โดยไม่คำนึงถึงการกระจายมวลของเครื่องบิน^[]

ในวิศวกรรมการบินและอวกาศ การหมุนภายในรอบแกนเหล่านี้มักถูกเรียกว่า (Euler angles) แต่ขัดแย้งกับการใช้งานในที่อื่นๆ แคลคูลัสที่เกี่ยวข้องมีความคล้ายคลึงกับ (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

1. "Yaw axis". . สืบค้นเมื่อ 2008-07-31.
2. "Specialty Definition: YAW AXIS". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2012-10-08. สืบค้นเมื่อ 2008-07-31.
3. Clancy, L.J. (1975) Aerodynamics Pitman Publishing Limited, London ISBN , Section 16.6
4. "Online Etymology Dictionary". สืบค้นเมื่อ 22 October 2020.
5. "MISB Standard 0601" (PDF). Motion Imagery Standards Board (MISB). คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2017-03-24. สืบค้นเมื่อ 1 May 2015. Also at File:MISB Standard 0601.pdf.
6. Wragg, David W. (1973). A Dictionary of Aviation (first ed.). Osprey. p. 224. ISBN .
7. FAA (2004). Airplane Flying Handbook. Washington D.C.:U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, ch 4, p 2, FAA-8083-3A.
8. "Aircraft rotations". เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 4 July 2008. สืบค้นเมื่อ 2008-08-04.

แหล่งข้อมูลอื่น