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
[แก้]
Yaw
Pitch
Roll
- 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)
[แก้]แกน yaw มีจุดกำเนิดที่จุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินและชี้ลงไปยังด้านล่างของเครื่องบิน ตั้งฉากกับปีกและเส้นอ้างอิงลำตัว การเคลื่อนที่รอบแกนนี้เรียกว่า yaw การเคลื่อนที่ yaw ในทิศทางบวกจะทำให้หัวของเครื่องบินหันไปทางขวา[1][2] หางเสือ เป็นตัวควบคุมหลักในการเคลื่อนที่ yaw[3]
คำว่า yaw เดิมใช้ในงานเดินเรือ และหมายถึงการเคลื่อนที่ของเรือที่ไม่มั่นคงซึ่งหมุนรอบแกนตั้งของมัน ที่มาของคำนี้ไม่แน่ชัด[4]
แกนตามขวาง (pitch)
[แก้]แกน pitch (เรียกอีกอย่างว่า แกนตามขวาง หรือ แกนนอน)[5] ผ่านไปตามแนวเครื่องบินจากปลายปีกถึงปลายปีก การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า pitch การหมุน pitch จะเปลี่ยนทิศทางที่หัวของเครื่องบินชี้ (การหมุน pitch ในทิศทางบวกจะยกหัวเครื่องบินขึ้นและลดหางเครื่องบินลง) แผ่นบังคับหาง เป็นพื้นผิวควบคุมหลักสำหรับการหมุน pitch[3]
แกนตามยาว (roll)
[แก้]แกน roll (หรือ แกนตามยาว[5]) มีจุดกำเนิดที่จุดศูนย์ถ่วงและชี้ไปข้างหน้า ขนานกับเส้นอ้างอิงลำตัว การหมุนรอบแกนนี้เรียกว่า roll การหมุนมุมรอบแกนนี้เรียกว่า bank[3] การหมุน roll ในทิศทางบวกจะยกปีกซ้ายขึ้นและลดปีกขวาลง นักบินสามารถทำการหมุน roll ได้โดยการเพิ่มแรงยกที่ปีกข้างหนึ่งและลดแรงยกที่ปีกอีกข้างหนึ่ง ซึ่งจะเปลี่ยนมุม bank[6] แผ่นบังคับปีก เป็นตัวควบคุมหลักของการหมุน bank ส่วนหางเสือก็มีผลรองในการควบคุมการหมุน bank[7]
ระนาบอ้างอิง
[แก้]แกนหลักของการหมุนทั้งสามหมายถึง ระนาบอ้างอิง สามระนาบ โดยแต่ละระนาบจะตั้งฉากกับหนึ่งในแกน:
- ระนาบตั้งฉาก หรือระนาบ yaw
- ระนาบตามขวาง ระนาบแนวนอน หรือระนาบ pitch
- ระนาบตามยาว หรือระนาบ roll
ระนาบทั้งสามนี้กำหนด จุดศูนย์ถ่วง ของเครื่องบิน
ความสัมพันธ์กับระบบแกนอื่นๆ
[แก้]
แกนเหล่านี้มีความสัมพันธ์กับ แกนหลักของความเฉื่อย แต่ไม่เหมือนกัน แกนเหล่านี้เป็นแกนสมมาตรเชิงเรขาคณิต โดยไม่คำนึงถึงการกระจายมวลของเครื่องบิน[ต้องการอ้างอิง]
ในวิศวกรรมการบินและอวกาศ การหมุนภายในรอบแกนเหล่านี้มักถูกเรียกว่า มุมออยเลอร์ (Euler angles) แต่ขัดแย้งกับการใช้งานในที่อื่นๆ แคลคูลัสที่เกี่ยวข้องมีความคล้ายคลึงกับ สูตรเฟรเนต์-แซร์เรต์ (Frenet–Serret formulas) การทำการหมุนในกรอบอ้างอิงภายในเทียบเท่ากับการคูณด้านขวาของเมทริกซ์ลักษณะเฉพาะ (เมทริกซ์ที่มีเวกเตอร์ของกรอบอ้างอิงเป็นคอลัมน์) ด้วยเมทริกซ์ของการหมุน[ต้องการอ้างอิง]
ประวัติศาสตร์
[แก้]เครื่องบินลำแรกที่แสดงให้เห็นถึงการควบคุมที่สามารถทำงานได้ในทั้งสามแกนคือ เครื่องร่อน ปี 1902 ของพี่น้องตระกูลไรต์[8]
ดูเพิ่มเติม
[แก้]- อากาศพลศาสตร์
- ระบบควบคุมการบินของเครื่องบิน
- มุมออยเลอร์
- เครื่องบินปีกตรึง
- พื้นผิวควบคุมการบิน
- พลวัตการบิน
- เฟรมเคลื่อนที่
- การแพนกล้อง (กล้อง)
- หกองศาแห่งความอิสระ
- ทฤษฎีสกรู
- วิธีไตรแอด
อ้างอิง
[แก้]- ↑ "Yaw axis". Answers.com. สืบค้นเมื่อ 2008-07-31.
- ↑ "Specialty Definition: YAW AXIS". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2012-10-08. สืบค้นเมื่อ 2008-07-31.
- 1 2 3 Clancy, L.J. (1975) Aerodynamics Pitman Publishing Limited, London ISBN 0-273-01120-0, Section 16.6
- ↑ "Online Etymology Dictionary". สืบค้นเมื่อ 22 October 2020.
- 1 2 "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.
- ↑ Wragg, David W. (1973). A Dictionary of Aviation (first ed.). Osprey. p. 224. ISBN 9780850451634.
- ↑ FAA (2004). Airplane Flying Handbook. Washington D.C.:U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, ch 4, p 2, FAA-8083-3A.
- ↑ "Aircraft rotations". เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 4 July 2008. สืบค้นเมื่อ 2008-08-04.