Un avión en vuelo es libre de rotar en tres dimensiones: guiñada , nariz hacia la izquierda o derecha sobre un eje que va hacia arriba y hacia abajo; cabeceo , nariz hacia arriba o hacia abajo sobre un eje que va de ala a ala; y alabeo , rotación sobre un eje que va de nariz a cola. Los ejes se designan alternativamente como vertical , lateral (o transversal ) y longitudinal respectivamente. Estos ejes se mueven con el vehículo y rotan con respecto a la Tierra junto con la nave. Estas definiciones se aplicaron análogamente a las naves espaciales cuando se diseñaron las primeras naves espaciales tripuladas a fines de la década de 1950.
Estas rotaciones se producen por pares (o momentos ) sobre los ejes principales. En un avión, se producen intencionalmente por medio de superficies de control móviles, que varían la distribución de la fuerza aerodinámica neta sobre el centro de gravedad del vehículo . Los elevadores (alerones móviles en la cola horizontal) producen cabeceo, un timón en la cola vertical produce guiñada y los alerones (alerones en las alas que se mueven en direcciones opuestas) producen alabeo. En una nave espacial, los movimientos generalmente se producen por un sistema de control de reacción que consiste en pequeños propulsores de cohetes utilizados para aplicar empuje asimétrico al vehículo.
Normalmente, estos ejes se representan con las letras X, Y y Z para poder compararlos con algún sistema de referencia, normalmente denominado x, y, z. Normalmente, esto se hace de tal forma que la X se utiliza para el eje longitudinal, pero existen otras posibilidades para hacerlo.
El eje de guiñada tiene su origen en el centro de gravedad y está dirigido hacia la parte inferior de la aeronave, perpendicular a las alas y a la línea de referencia del fuselaje. El movimiento alrededor de este eje se denomina guiñada . Un movimiento de guiñada positivo mueve el morro de la aeronave hacia la derecha. [1] [2] El timón es el control principal de la guiñada. [3]
El término yaw se aplicó originalmente en el ámbito de la navegación y se refería al movimiento inestable de un barco que giraba sobre su eje vertical. Su etimología es incierta. [4]
El eje de cabeceo (también llamado eje transversal o lateral ) [5] atraviesa el avión de punta a punta de ala. La rotación sobre este eje se denomina cabeceo . El cabeceo cambia la dirección vertical hacia la que apunta el morro del avión (un movimiento de cabeceo positivo eleva el morro del avión y baja la cola). Los elevadores son las superficies de control principales para el cabeceo. [3]
El eje de alabeo (o eje longitudinal [5] ) tiene su origen en el centro de gravedad y está dirigido hacia delante, paralelo a la línea de referencia del fuselaje. El movimiento sobre este eje se denomina alabeo . Un desplazamiento angular sobre este eje se denomina inclinación . [3] Un movimiento de alabeo positivo eleva el ala izquierda y baja el ala derecha. El piloto alabea aumentando la sustentación en un ala y disminuyéndola en la otra. Esto cambia el ángulo de inclinación. [6] Los alerones son el control principal de la inclinación. El timón también tiene un efecto secundario sobre la inclinación. [7]
Los ejes principales de rotación implican tres planos de referencia , cada uno perpendicular a un eje:
Los tres planos definen el centro de gravedad del avión .
Estos ejes están relacionados con los ejes principales de inercia , pero no son lo mismo. Son ejes de simetría geométrica, independientemente de la distribución de masas de la aeronave. [ cita requerida ]
En la ingeniería aeronáutica y aeroespacial, las rotaciones intrínsecas alrededor de estos ejes suelen denominarse ángulos de Euler , pero esto entra en conflicto con el uso existente en otros lugares. El cálculo que los sustenta es similar a las fórmulas de Frenet-Serret . Realizar una rotación en un marco de referencia intrínseco es equivalente a multiplicar por la derecha su matriz característica (la matriz que tiene los vectores del marco de referencia como columnas) por la matriz de la rotación. [ cita requerida ]
El primer avión que demostró un control activo sobre los tres ejes fue el planeador de los hermanos Wright de 1902. [8]