อากาศยานแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ คือ อากาศยานที่เบากว่าอากาศ (อังกฤษ: lighter than air หรือ aerostat) และ อากาศยานที่หนักกว่าอากาศ (อังกฤษ: heavier than air หรือ aerodyne)

อากาศยานที่เบากว่าอากาศ

บทความหลัก: aerostat

บอลลูนลมร้อนในระหว่างการบิน

อากาศยานประเภทนี้ใช้แรงลอยตัวในการลอยขึ้นสู่อากาศเช่นเดียวกับที่เรือลอยอยู่ในน้ำ ส่วนใหญ่จะใช้ถุงแก๊สหรือผ้าคลุมขนาดใหญ่แล้วเติมแก๊สที่มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ต่ำเข้าไป เช่น ฮีเลียม, ไฮโดรเจน หรืออากาศร้อนที่จะเบากว่าอากาศที่อยู่รอบๆ น้ำหนักที่ใส่เข้าไปรวมกับน้ำหนักของอากาศยานจะมีค่าเท่ากับน้ำหนักของอากาศที่อากาศยานประเภทนี้เข้าไปแทนที่ (คุณสมบัติของแรงลอยตัว)

เรือเหาะ (Airship)

ย้อนกลับไปเมื่อ 300 ปีก่อนคริสต์ศักราช บอลลูนอากาศร้อนขนาดเล็กที่มีชื่อว่า โคมแห่ง Kongming หรือโคมลอยฟ้า ถือว่าเป็นอากาศยานชนิดที่สองที่สามารถบินได้, อากาศยานชนิดแรกคือ ว่าว นั่นเอง

บอลลูนแต่เดิมเป็นสิ่งบินที่เบากว่าอากาศ, ในขณะที่เรือเหาะ(อังกฤษ: airship)ถูกใช้สำหรับสิ่งบินขนาดใหญ่และใช้เครื่องยนต์ - ปกติจะเป็นปีกคงที่[ต้องการอ้างอิง] - แม้ว่ายังไม่มีสักเครื่องที่ถูกสร้างขึ้น. การประดิษฐ์บอลลูนที่ใช้เครื่องยนต์, เรียกว่าบอลลูนที่ควบคุมได้ (อังกฤษ: dirigible balloons), และต่อมาเป็นลำตัวแข็งที่ยอมให้เพิ่มขนาดให้ใหญ่ขึ้น, เริ่มที่จะเปลี่ยนวิธีการใช้คำเหล่านี้. สิ่งบินที่เบากว่าอากาศที่มีกำลังสูง, บ่งบอกคุณลักษณะโดยโครงสร้างด้านนอกที่แข็งแกร่งและผิวแบบอากาศพลศาสตร์ที่แยกต่างหากรอบๆถุงใส่แก๊ส, ได้ถูกสร้างขึ้น, ชื่อ Zeppelin ขนาดใหญ่ที่สุดและมีชื่อเสียงมากที่สุด. ยังคงไม่มียานอากาศที่มีปีกคงที่หรือบอลลูนที่ไม่แข็งแกร่งที่ใหญ่มากพอที่จะถูกเรียกว่าเรือเหาะได้, ดังนั้น 'เรือเหาะ'ได้กลายมาเป็นคำพ้องของสิ่งบินประเภทนี้.จากนั้น หลายๆอุบัติเหตุ, เช่นภัยพิบัติฮินเดนเบอร์กในปี 1937 ได้นำไปสู่การตายของเรือเหาะเหล่านี้.

อากาศยานที่เบากว่าอากาศ:บอลลูน ถูกส่งขึ้นไปที่ the Great Pershing Balloon Derby ใกล้ Brookfield, รัฐ Missouri ในวันที่ 4 กันยายน 2005. ภาพถ่ายโดย Joe DeShon

สิ่งบินที่เบากว่าอากาศที่บังคับทิศทางได้, ขับเคลื่อนด้วยกำลังเครื่องยนต์เรียกว่า เรือบิน(อังกฤษ: dirigible). บางครั้งคำนี้ถูกนำมาใช้กับบอลลูนที่ไม่แข็งเท่านั้นและบางครั้ง บอลลูนเรือบิน(อังกฤษ: dirigible balloon) ถือได้ว่าเป็นคำนิยามของเรือเหาะ (ซึ่งก็อาจจะแข็งหรือไม่แข็ง). เรือบินที่ไม่แข็งมีลักษณะเป็นถุงแก๊สอากาศพลศาสตร์ในระดับปานกลางที่มีครีบปรับการทรงตัวที่ด้านหลัง. ยานเหล่านี้ไม่นานนี้กลายเป็นที่รู้จักว่าเป็น เรือเหาะที่ไม่แข็งหรือ blimps. ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง, รูปทรงนี้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผูกบอลลูนรวมกัน; ในสภาพอากาศลมแรง, วิธีนี้จะช่วยทั้งลดความเครียดในเชือกโยงและรักษาการทรงตัวของบอลลูน. ชื่อเล่น blimp ถูกนำมาพัฒนาพร้อมกับรูปทรง. ในสมัยโบราณที่ทันสมัย เรือบินขนาดเล็กหรือเรือเหาะใดๆจะเรียกว่า blimp, ไม่ว่า blimp จะมีเครื่องยนต์หรือไม่มีเครื่องยนต์ก็ตาม.

อากาศยานที่หนักกว่าอากาศ

อากาศยานประเภทหนักกว่าอากาศนี้จะใช้วิธีการผลักอากาศหรือแก๊สลงไปข้างล่างเพื่อให้อากาศหรือแก๊สเหล่านั้นเกิดแรงปฏิกิริยาขึ้นมายกอากาศยานประเภทนี้ขึ้นมา (ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน) การเคลื่อนที่ลักษณะไดนามิคผ่านอากาศนี้เป็นที่มาของชื่อ aerodyne ปัจจุบันมี 2 วิธีเท่านั้นที่จะสร้างแรกยกเหล่านี้ได้ ได้แก่ แรงยกทางอากาศพลศาสตร์(อังกฤษ: aerodynamic lift) และแรงยกด้วยกำลังเครื่องยนต์ (อังกฤษ: powered lift)

แรงยกด้วยอากาศพลศาสตร์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับปีก, โดยเครื่องบินปีกคงที่จะถูกทำให้ลอยอยู่ในอากาศโดยการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของปีก, และปีกหมุน(อังกฤษ: rotorcraft)โดยการหมุนโรเตอร์รูปปีกซึ่งบางครั้งเรียกว่าปีกหมุน. ปีกเป็นพื้นผิวที่เรียบและวางตัวในแนวนอน, มักจะมีรูปร่างในภาคตัดขวางเป็น aerofoil. ในการบิน, อากาศต้องไหลผ่านปีกและสร้างแรงยก. 'ปีกยืดหยุ่น'เป็นปีกทำจากผ้าหรือวัสดุแผ่นบางๆ, มักจะแผ่อยู่บนกรอบที่แข็ง. 'ว่าว'ผูกติดอยู่กับพื้นดินและอาศัยความเร็วลมเหนือปีกของมัน, ซึ่งอาจยืดหยุ่นหรือแข็ง, คงที่, หรือแบบหมุน.

ด้วยการยกตัวด้วยเครื่องยนต์, อากาศยานจะส่งแรงผลักดันของเครื่องยนต์ลงด้านล่างในแนวดิ่ง. อากาศยานแบบ V/STOL, เช่น Harrier Jump Jet และ F-35B จะบินขึ้นและบินลงในแนวดิ่งได้โดยใช้แรงยกจากเครื่องยนต์และถ่ายโอนแรงยกนั้นไปขับเคลื่อนตัวยานให้ไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่อง.

จรวดล้วนๆปกติจะไม่ได้พิจารณาว่าเป็น Aerodyne, เพราะมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับอากาศสำหรับการยกตัว (และแม้แต่ยังสามารถบินไปในอวกาศได้); อย่างไรก็ตามหลายยานพาหนะที่ใช้แรงยกแบบอากาศพลศาสตร์ได้รับการขับเคลื่อนหรือการช่วยเหลือจากมอเตอร์จรวด เข่น ขีปนาวุธขับเคลื่อนโดยจรวดที่มีการยกตัวด้วยอากาศพลศาสตร์ที่ความเร็วสูงมากเนื่องจากการไหลเวียนของอากาศเหนือร่างกายของพวกมัน.

ปีกตรึง (อังกฤษ: Fixed-wing)

อากาศยานทดสอบของนาซ่า

ในการบินในอากาศของเครื่องบิน จะมีแรงหลักๆอย่างน้อย 4 แรงเกิดขึ้นเสมอ ได้แก่

1. แรงยก (อังกฤษ: Lift) เครื่องบินสามารถลอยอยู่ในอากาศได้ เนื่องมาจากแรงยกที่เกิดขึ้นที่ปีก ซึ่งแรงยกนี้ จะเกิดขณะที่เครื่องบินมีการเคลื่อนที่ผ่านอากาศ (หรือมองในมุมกลับคือ มีอากาศเคลื่อนที่ผ่านปีก) ด้วยความเร็วที่เหมาะสม จะเกิดแรงยกที่เพียงพอจะ ยกเครื่องบินให้ลอยขึ้นได้
2. แรงต้าน (อังกฤษ: Drag) แรงต้านคือแรงที่เกิดขึ้นขณะเครื่องบินมีการเคลื่อนที่ผ่านอากาศ ตัวแปรหลักของแรงต้านคือ ขนาดรูปทรงของเครื่องบิน และความเร็วขณะเคลื่อนที่
3. น้ำหนัก (อังกฤษ: Weight) น้ำหนักรวมของเครื่องบิน
4. แรงขับดัน (อังกฤษ: Thrust) แรงที่ขับดัน หรือผลัก ฉุด เครื่องบินให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า มีแหล่งกำเนิดมาจากเครื่องยนต์ชนิดต่างๆ

แพนอากาศ(อังกฤษ: Airfoil) หรือภาพตัดขวางของปีกที่แสดงแรงที่เกี่ยวข้องอย่างง่าย

บรรพบุรุษของอากาศยานปีกคงที่คือว่าว. ในขณะที่เครื่องบินปีกคงที่อาศัยความเร็วไปข้างหน้าเพื่อสร้างการไหลของอากาศเหนือปีก, ว่าวก็ผูกติดอยู่กับพื้นดินและอาศัยลมพัดผ่านปีกของมันเพื่อสร้างแรงยก. ว่าวเป็นชนิดแรกของอากาศยานที่บินได้และถูกคิดค้นในประเทศจีนประมาณ 500 ปีก่อนคริสตกาล. การวิจัยตามหลักอากาศพลศาสตร์หลายครั้งมากที่ทำกับว่าวก่อนทดสอบกับเครื่องบิน, อุโมงค์ลมและโปรแกรมสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ก็มีการนำมาใช้.

ยานที่หนักกว่าอากาศเครื่องแรกที่สามารถควบคุมการบินได้อย่างเป็นอิสระคือเครื่องร่อน(อังกฤษ: glider). เครื่องร่อนที่ออกแบบโดย George Cayley ได้ทำการบินที่ควบคุมได้จริงโดยมนุษย์เป็นผู้ขับเป็นครั้งแรกในปี 1853.

อากาศยานปีกคงที่ (หรือ aeroplane หรือ airplane)ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์และทำงานได้จริงในทางปฏิบัติได้รับการคิดค้นโดย Wilbur และ Orville Wright. นอกเหนือไปจากวิธีการในการขับเคลื่อน, อากาศยานปีกคงที่โดยทั่วไปถูกกำหนดตามคุณลักษณะของ'รูปแบบของปีก'(อังกฤษ: wing configuration)ของพวกมัน. คุณลักษณะของปีกที่สำคัญที่สุดคือ

• จำนวนปีก - ปีกชั้นเดียว(อังกฤษ: Monoplane), ปีกสองชั้น(อังกฤษ: Biplane), และอื่น ๆ
• ตัวค้ำยันปีก - มีตัวค้ำยันหรือคาน(อังกฤษ: braced หรือ cantilever), แข็ง, หรือยืดหยุ่น
• planform ของปีก - aspect ratio(อัตราส่วนความยาวต่อความกว้าง), มุมของการลู่, และการปรับเปลี่ยนใดๆไปตามความยาว (รวมถึงแบบที่เป็นสามเหลี่ยมหรือ delta wing)
• จุดที่ติดตั้งของตัวกันโคลงแนวนอน(อังกฤษ: horizontal stabilizer), ถ้ามี
• Dihedral angle (มุมของปีกเมื่อเทียบกับแกนกลางของลำตัวเครื่องบิน) - บวก, ศูนย์, หรือลบ (anhedral)

'อากาศยานปีกรูปทรงเรขาคณิตแปรได้'สามารถเปลี่ยนรูปแบบของปีกในระหว่างการบินได้.

อากาศยาน'ปีกบิน'(อังกฤษ: flying wing)จะไม่มีลำตัว, ถึงแม้ว่ามันอาจจะมีปุ่มหรือฝักขนาดเล็ก. ตรงข้ามกันคือ'ลำตัวยก'(อังกฤษ: lifting body), ซึ่งไม่มีปีก, แม้ว่ามันอาจจะมีพื้นผิวกันโคลงและการควบคุมขนาดเล็ก

ยานพาหนะปีกในผลกระทบพื้นดิน(อังกฤษ: wing-in-ground-effect)อาจจะถือว่าเป็นอากาศยานปีกคงที่. พวกมัน"บิน"ได้อย่างมีประสิทธิภาพใกล้กับพื้นผิวของพื้นดินหรือพื้นน้ำ, เช่นเดียวกับเครื่องบินทั่วไปในระหว่างการบินขึ้น ตัวอย่างคือ ekranoplan ของรัสเซีย (ชื่อเล่น "ปีศาจทะเลสาบแคสเปียน") อากาศยานขับเคลื่อนด้วยแรงมนุษย์(อังกฤษ: Manned-powered aircraft) ยังพึ่งพา ground-effect เพื่อที่จะยังคงลอยอยู่ในอากาศด้วยกำลังของนักบินที่น้อยนิด, แต่นี่เป็นเพียงเพราะว่าพวกมันมีแรงขับต่ำมากเกินไป - ในความเป็นจริง ตัวยานทั้งหมด(อังกฤษ: airframe)มีความสามารถในการบินได้สูงกว่านั้น

อากาศยานปีกหมุน (Rotorcraft)

บทความหลัก: Rotorcraft

อากาศยานปีกหมุน หรือ Rotorcraft ใช้การหมุนของโรเตอร์ไปหมุนใบพัดที่มีหน้าตัดเป็นรูปแพนอากาศ (Airfoil) เพื่อสร้างแรงยก. ตัวอย่างของอากาศยานประเภทนี้คือ เฮลิคอปเตอร์, autogyro และพันธ์ผสมหลายอย่างเช่น gyrodyne และ Compound rotorcraft.

Mil Mi-8 เป็นเฮลิคอปเตอร์ที่ถูกสร้างมากที่สุดในประวัติศาสตร์

"เฮลิคอปเตอร์"มีโรเตอร์หนึ่งตัวหมุนด้วยเพลาที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์. โรเตอร์จะผลักอากาศลงล่างเพื่อสร้างแรงขับ. โดยการเอียงโรเตอร์ไปข้างหน้า, อากาศที่พัดลงด้านล่างจะเอียงไปข้างหลัง, สร้างแรงผลักให้บินไปข้างหน้า. เฮลิคอปเตอร์บางลำมีโรเตอร์มากกว่าหนึ่งตัวและมีไม่กี่ลำที่ใช้ไอพ่นหมุนโรเตอร์.

autogyro ELA 07S ระหว่างการบิน

Autogyroมีโรเตอร์ที่ไม่ต่อเข้ากับเครื่องยนต์, แต่มีเครื่องสร้างพลังงานแยกส่วนเพื่อสร้างแรงผลัก. โรเตอร์จะถูกทำให้เอียงไปช้างหลัง. เมื่อ autogyro เคลื่อนไปข้างหน้า, อากาศจะเป่าขึ้นข้างบนไปที่โรเตอร์, ทำให้มันหมุน. การหมุนนี้ไปเพิ่มความเร็วของอากาศที่ไหลผ่านโรเตอร์, เป็นการสร้างแรงยก. Rotor kite เป็น autogyro ที่ไม่ต่อเข้ากับเครื่องยนต์, ซึ่งมันจะถูกลากเพื่อสร้างความเร็วไปข้างหน้าหรอถูกล่ามไว้กับพื้นด้วยสมออยู่กับที่ท่ามกลางกระแสลมแรงเพื่อให้ว่าวบิน

ภาพวาดหลักการของ cyclogyro

Cyclogyro จะหมุนปีกของมันรอบๆแกนแนวนอน

Compound rotorcraft มีปีกที่สร้างแรงยกในการบินไปข้างหน้า ในปัจจุบัน มันถูกแยกประเภทเป็นแบบ"การยกด้วยกำลัง"(อังกฤษ: powered lift) และไม่ใช่ rotorcraft.

V-22 Osprey ทำการลงจอดครั้งแรกในประวัติศาสตร์

Tiltrotor (เช่น V-22 Osprey), tiltwing, tailsitter, และ coleopter มีโรเตอร์/ใบพัดในแนวนอนสำหรับการบินแนวดิ่ง, และในแนวดิ่งสำหรับการบินไปข้างหน้า

อากาศยานที่ยกตัวแบบอื่นๆ

• "ลำตัวยก"(อังกฤษ: lifting body) เป็นอากาศยานที่มีลำตัวถูกสร้างให้มีรูปร่างที่สร้างแรงยกได้. มันอาจจะมีปีกบ้างแต่ก็เล็กเกินไปที่จะสร้างแรงยกจำนวนมากได้, ปีกที่มีจะถูกใช้สำหรับการทรงตัวและการควบคุมเท่านั้น อากาศยานเหล่านี้มีประสิทธิภาพไม่ค่อยดีนัก: มันประสบปัญหากับแรงต้านที่สูง, และต้องบินที่ความเร็วสูงอีกด้วยเพื่อสร้างแรงยกให้มากพอในการบิน เครื่องต้นแบบเพื่อการวิจัยหลายเครื่อง, เช่น Martin-Marietta X-24, ซึ่งนำไปสู่ยานกระสวยอวกาศ, เป็นเครื่องแบบลำตัวยก(แต่ยานกระสวยเองไม่ใช่), และขีปนาวุธความเร็วสูงบางตัวได้รับแรงยกจากกระแสอากาศเหนือร่างกายรูปหลอดของมัน

X24B Lifting Body. ด้วยความเอือเฟื้อจาก NASA/JPL-Caltech

• "ยกด้วยเครื่องยนต์"(อังกฤษ: Powered lift) พี่งพาการยกที่ได้จากเครื่องยนต์สำหรับการบินขึ้นและบินลงในแนวดิ่ง(อังกฤษ: vertical takeoff and landing (VTOL)). มีหลายชนิดที่เปลี่ยนมาใช้การยกแบบ fixed-wing เพื่อใช้บินในแนวราบ. หลายระดับชั้นของ powered lift ได้แก่เครื่องบินไอพ่น VTOL (เช่น Harrier jump-jet)และ tiltrotors (เช่น V-22 Osprey), เป็นต้น.
• "Flettner airplane" ใช้ท่อทรงกระบอกหมุนแทนปีกคงที่, แรงยกจะได้จาก magnus effect.