Самолет в полете может свободно вращаться в трех измерениях: рыскание , нос влево или вправо вокруг оси, проходящей вверх и вниз; тангаж , нос вверх или вниз вокруг оси, проходящей от крыла к крылу; и крен , вращение вокруг оси, проходящей от носа к хвосту. Оси поочередно обозначаются как вертикальная , боковая (или поперечная ) и продольная соответственно. Эти оси движутся вместе с транспортным средством и вращаются относительно Земли вместе с кораблем. Эти определения были аналогично применены к космическим кораблям , когда в конце 1950-х годов были спроектированы первые пилотируемые космические корабли.
Эти вращения производятся крутящими моментами (или моментами ) вокруг главных осей. На самолете они намеренно производятся с помощью движущихся поверхностей управления, которые изменяют распределение чистой аэродинамической силы вокруг центра тяжести транспортного средства . Рули высоты (движущиеся закрылки на горизонтальном хвосте) производят тангаж, руль направления на вертикальном хвосте производит рыскание, а элероны (закрылки на крыльях, которые движутся в противоположных направлениях) производят крен. На космическом корабле движения обычно производятся системой управления реакцией , состоящей из небольших ракетных двигателей, используемых для приложения асимметричной тяги к транспортному средству.
Обычно эти оси обозначаются буквами X, Y и Z, чтобы можно было сравнить их с некоторой системой отсчета, обычно называемой x, y, z. Обычно это делается таким образом, что X используется для продольной оси, но есть и другие возможности сделать это.
Ось рыскания имеет свое начало в центре тяжести и направлена к нижней части самолета, перпендикулярно крыльям и к опорной линии фюзеляжа. Движение вокруг этой оси называется рысканием . Положительное движение рыскания перемещает нос самолета вправо. [1] [2] Руль направления является основным средством управления рысканием. [3]
Термин yaw изначально применялся в парусном спорте и относился к движению неустойчивого судна, вращающегося вокруг своей вертикальной оси. Его этимология неясна. [4]
Ось тангажа (также называемая поперечной или боковой осью ), [5] проходит через самолет от одного конца крыла до другого. Вращение вокруг этой оси называется тангажем . Тангаж изменяет вертикальное направление, в которое направлен нос самолета (положительное движение тангажа поднимает нос самолета и опускает хвост). Рули высоты являются основными управляющими поверхностями для тангажа. [3]
Ось крена (или продольная ось [5] ) имеет свое начало в центре тяжести и направлена вперед, параллельно опорной линии фюзеляжа. Движение вокруг этой оси называется креном . Угловое смещение вокруг этой оси называется креном . [3] Положительное движение крена поднимает левое крыло и опускает правое крыло. Пилот кренится, увеличивая подъемную силу на одном крыле и уменьшая ее на другом. Это изменяет угол крена. [6] Элероны являются основным средством управления креном . Руль направления также оказывает вторичное влияние на крен. [7]
Главные оси вращения подразумевают три плоскости отсчета , каждая из которых перпендикулярна оси:
Три плоскости определяют центр тяжести самолета .
Эти оси связаны с главными осями инерции , но не являются тем же самым. Они являются геометрическими осями симметрии, независимо от распределения массы самолета. [ необходима цитата ]
В авиационной и космической технике внутренние вращения вокруг этих осей часто называются углами Эйлера , но это противоречит существующему использованию в других местах. Исчисление, лежащее в их основе, похоже на формулы Френе-Серре . Выполнение вращения во внутренней системе отсчета эквивалентно правому умножению ее характеристической матрицы (матрицы, которая имеет векторы системы отсчета в качестве столбцов) на матрицу вращения. [ необходима цитата ]
Первым самолетом, продемонстрировавшим активное управление по всем трем осям, был планер братьев Райт 1902 года . [8]