飛行力学

航空宇宙機における飛行力学は、空中または宇宙空間を飛行する乗り物の性能、安定性、制御を研究する学問です。^[1]乗り物に作用する力が時間に対する 速度と姿勢をどのように決定するかを研究します。

固定翼航空機の場合、局所的な気流に対する向きの変化は、翼の迎え角（「アルファ」）と垂直尾翼の迎え角（横滑り角「ベータ」）の2つの臨界角で表されます。横滑り角は、航空機が重心を中心にヨーイングする場合と、航空機が横滑りする場合、つまり重心が横に移動する場合に発生します。^[2]これらの角度は、航空機に適用される空気力学的な力とモーメントの変化の主な原因であるため重要です。

宇宙船の飛行力学には、推進力（ロケットエンジン）、重力、大気抵抗という3つの主な力が関係しています。^[3]推進力と大気抵抗は、重力に比べて宇宙船に与える影響は大幅に小さくなります。

飛行力学は、航空機の方向と制御を 3 次元で研究する科学です。飛行力学の重要なパラメータは、航空機の重心を中心とした3 つの主軸に対する回転角度で、ロール、ピッチ、ヨーと呼ばれます。

航空機技術者は、機体の重心を中心とした向き（姿勢）を制御するための制御システムを開発します。制御システムにはアクチュエータが含まれており、さまざまな方向に力を及ぼし、航空機の重心を中心に回転力またはモーメントを生成して、航空機をピッチ、ロール、またはヨー方向に回転させます。たとえば、ピッチングモーメントは、航空機の重心から前方または後方に一定の距離で適用される垂直方向の力であり、航空機を上下にピッチングさせます。

ロール、ピッチ、ヨーは、この文脈では、定義された平衡状態から始まるそれぞれの軸の周りの回転を指します。平衡ロール角度は、翼水平またはゼロバンク角として知られており、船の水平傾斜角に相当します。ヨーは「方向」として知られています。

固定翼航空機は、迎え角(AOA)を増減することで、機首を上げたり下げたりするときに翼によって生成される揚力を増減します。ロール角は固定翼航空機のバンク角とも呼ばれ、通常は水平飛行方向を変更するために「バンク」します。航空機は抗力を減らすために機首から尾部まで流線型になっており、横滑り角をほぼゼロに保つのが有利ですが、横風で着陸するときは、航空機を意図的に「横滑り」させます (「スリップ(空気力学)」で説明) 。

宇宙船に作用する力には、推進力（通常は船のエンジン推力によってもたらされる）、地球や他の天体によって及ぼされる重力、空気力学的揚力と抗力（地球または火星や金星などの他の天体の大気圏を飛行する場合）の3種類がある。動力飛行中は空気力学的および推進力に影響を与えるため、船の姿勢を制御する必要がある。^[3]飛行力学とは関係なく、非動力飛行中に船の姿勢を制御する理由は他にもある（例：熱制御、太陽光発電、通信、天体観測）。

宇宙船の飛行力学は航空機の飛行力学とは異なり、宇宙船の飛行時間の大部分において空気力学の力は非常に小さいか、あるいはほとんど影響がなく、その間姿勢制御に使用できない。また、宇宙船の飛行時間の大部分は通常は動力が供給されず、重力が支配的な力となる。

• 空気力学 – 空気の動きを研究する力学の分野
• 航空機の飛行制御システム – 航空機の制御方法
• 固定翼航空機 – 空気より重い航空機で、固定翼により揚力を発生させる。
• 飛行制御面 – パイロットが航空機の飛行姿勢を調整および制御できるようにする面
• 飛行力学（固定翼航空機）  - 3次元における航空機の方向と制御の科学リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 移動フレーム – ベクトル空間の順序基底の一般化