ไฟลท์เอนเวอลอป

ไฟลท์เอนเวอลอป (อังกฤษ: Flight envelope) ของอากาศยานหมายถึงขีดความสามารถของอากาศยานในด้านความเร็ว, อัตราบรรทุก, และระดับความสูงที่สามารถดำเนินการบินได้อย่างปลอดภัย[4][5]. คำนี้ยังหมายถึงการวัดอื่นๆ เช่นความสามารถในการทำงานด้านยุทธวิธี. เมื่อยานถูกผลัก, เช่นโดยการปักหัวลงที่ความเร็วสูง, มันถูกเรียกว่า มันกำลังบิน"นอกเอนเวอลอป", บางอย่างที่ไม่ปลอดภัย.

พิสัย

บทความหลัก: พิสัย(อากาศยาน)

พิสัย (อังกฤษ: range) คือระยะทางที่อากาศยานบินได้นับตั้งแต่ขึ้นบินจนกระทั่งลงจอด ค่าพิสัยถูกจำกัดโดยระยะเวลาที่อากาศยานยังสามารถบินอยู่ได้

สำหรับอากาศยานที่ใช้เครื่องยนต์เช่น เครื่องบินขนส่งหรือเครื่องบินโดยสาร ระยะเวลาที่เครื่องบินสามารถบินอยู่ได้ ประเมินจากปริมาณเชื้อเพลิงที่มีเทียบกับอัตราการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องบินนั้นๆ

สำหรับอากาศยานที่ไม่ได้ใช้เครื่องยนต์ เช่นเครื่องร่อน บอลลูน หรือเรือเหาะ เป็นต้นนั้น ระยะเวลาการบินสูงสุดถูกจำกัดโดยปัจจัยต่างๆ เช่นสภาพอากาศ สภาพความพร้อมความอดทนของนักบิน ตัวอย่างเช่นบอลลูน ระยะเวลาที่สามารถทำการบินนั้น ถูกจำกัดโดยปริมาณแก็สเชื้อเพลิงที่ใช้สร้างอากาศร้อนเพื่อให้เกิดแรงยก ดังนั้นพิสัยจึงประเมินได้จากอัตราความเร็วเฉลี่ยของบอลลูนคูณด้วยระยะเวลาที่สามารถทำการบินได้

พลศาสตร์การบิน

บทความหลัก: Flight dynamics (aircraft)

พลศาสตร์การบินเป็นวิทยาศาสตร์ของแนวทิศทางการวางตัวและการควบคุมของยานพาหนะทางอากาศในสามมิติ. พารามิเตอร์ด้านพลศาสตร์การบินที่สำคัญสามประการคือ'มุมของการหมุน'รอบ'แกนสามแกน'ของ'ศูนย์กลางของมวล', ที่เรียกว่า "เงย"(อังกฤษ: pitch),"ม้วน"(อังกฤษ: roll), และ "หัน"(อังกฤษ: yaw) (ค่อนข้างแตกต่างจากการใช้งานของพวกมันที่เป็น Tait-Bryan angles).

• 'ม้วน' เป็นการหมุนรอบแกนตามยาว (เทียบเท่ากับการม้วนหรือการเอียงของเรือ) ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวขึ้นลงของปลายปีกที่วัดจาก'มุมการม้วนหรือที่ลาดชัน'(อังกฤษ: roll or bank angle)
• 'เงย' เป็นการหมุนรอบแกนแนวนอนด้านข้างทำให้เกิดการเคลื่อนไหวขึ้นลงของจมูกเครื่องบินที่วัดจาก'มุมของการโจมตี'(อังกฤษ: angle of attack)
• 'หัน' เป็นการหมุนรอบแกนแนวตั้งทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของจมูกจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งที่เรียกว่า'เลื่อนไปด้านข้าง'(อังกฤษ: sideslip).

พลศาสตร์การบินเกี่ยวข้องกับเสถียรภาพและการควบคุมการหมุนของอากาศยานรอบๆแต่ละแกนเหล่านี้.

เสถียรภาพ

อากาศยานที่ไม่เสถียรมีแนวโน้มที่จะหลุดออกจากเส้นทางการบินและดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะบิน. เครื่องบินที่มีเสถียรภาพมากมีแนวโน้มที่จะอยู่ในเส้นทางการบินจนเป็นเรื่องยากที่จะจัดการด้านกลยุทธ. ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบใดๆเพื่อให้บรรลุในระดับความมั่นคงที่ต้องการ. เนื่องจากการใช้อย่างแพร่หลายของเครื่องคอมพิวเตอร์ดิจิตอล, มันจีงกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นสำหรับการออกแบบสำหรับความไม่แน่นอนโดยเนื้อแท้และเพื่อพึ่งพาระบบการควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์เพื่อให้มีเสถียรภาพเทียม

อากาศยานปีกคงที่ปกติจะไม่แน่นอนในเรื่องของ pitch, roll และ yaw. ความเสถียรด้าน pitch และ yaw ของการออกแบบปีกคงที่ทั่วไปต้องการตัวกันโคลงในแนวนอนและแนวดิ่ง(อังกฤษ: horizontal and vertical stabilisers)[6][7], ที่ทำหน้าที่ในลักษณะที่คล้ายกับขนนกของลูกธนู[8]. พื้นผิวที่มีความเสถียรเหล่านี้ทำให้เกิดความสมดุลของแรงอากาศพลศาสตร์และให้ความเสถียรกับพลศาสตร์การบินของ pitch และ yaw[6][7]. ตัวกันโคลงเหล่านี้มักจะได้รับการติดตั้งอยู่บนส่วนหาง (แพนหาง), แม้ว่าในรูปแบบ canard, ปีกท้ายหลักใช้แทนที่ปีกหน้า(อังกฤษ: foreplane) ของ canard เพื่อใช้เป็นตัวรักษาความเสถียรของ pitch(อังกฤษ: pitch stabilizer). อากาศยานแบบปีกคู่และแบบไร้หาง(อังกฤษ: Tandem wing and Tailless aircraft)พึ่งพากฎทั่วไปเดียวกันเพื่อให้บรรลุความเสถียร, พื้นผิวท้ายอากาศยานเป็นที่หนึ่งที่มีเสถียรภาพ.

ปีกหมุนโดยทั่วไปจะมีความไม่แน่นอนในการหันเห, มันต้องการตัวกันโคลงแนวดิ่ง.

บอลลูนโดยทั่วไปจะมีเสถียรภาพมากด้าน pitch และ roll เนื่องจากใช้วิธีแขวนสัมภาระเป็นตัวถ่วงไว้ข้างใต้.

การควบคุม

'พื้นผิวการควบคุมการบิน'(อังกฤษ: Flight control surfaces) ช่วยให้นักบินสามารถควบคุม'สภาพการวางตัวของการบิน'(อังกฤษ: flight attitude)ของอากาศยานและมันมักจะเป็นส่วนหนึ่งของปีกหรือติดตั้งอยู่บน, หรือเป็นส่วนหนึ่งของ, พื้นผิวรักษาเสถียรภาพที่เกี่ยวข้อง. การพัฒนาของพวกมันคือความก้าวหน้าที่สำคัญในประวัติศาสตร์ของเครื่องบิน, ซึ่งมีจนถึงจุดที่ไม่สามารถควบคุมได้ในการบิน.

วิศวกรการบินมีหน้าที่พัฒนาระบบการควบคุมสำหรับการวางตัวของยาน (การทรงตัวหรือมุมมอง) รอบๆ ศูนย์ของมวล(อังกฤษ: center of mass)ของยาน. ระบบการควบคุมประกอบด้วยตัวกระตุ้น(อังกฤษ: actuator), ซึ่งใส่แรงต่างๆเข้าไปในทิศทางที่แตกต่างกัน, และสร้างกำลังการหมุนหรือโมเมนท์รอบๆศูนย์กลางพลศาสตร์ของอากาศยาน, ซึ่งจะไปเอียงอากาศยานในแนว pitch, roll และ yaw. ตัวอย่าง pitch moment เป็นแรงในแนวดิ่งที่จ่ายให้ในระยะทางข้างหน้าหรือข้างท้ายจากศูนย์กลางพลศาสตร์ของยาน, ทำให้เครื่องบินเงยขึ้นหรือก้มลง. ระบบการควบคุมบางครั้งยังถูกใช้ในการเพิ่มหรือลดแรงต้านเช่นในการชะลอตัวยานให้มีความเร็วที่ปลอดภัยสำหรับการ landing.

สองแรงอากาศพลศาสตร์หลักที่กระทำบนอากาศยานใดๆคือแรงยกที่รองรับมันในอากาศและแรงต้านที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของมัน. พื้นผิวการควบคุมหรือเทคนิคอื่นๆอาจถูกนำมาใช้เช่นกันเพื่อให้มีผลกระทบต่อแรงเหล่านี้โดยตรง, โดยไม่ก่อให้เกิดการหมุนใดๆ.