Un avión en vuelo es libre de girar en tres dimensiones: guiñada , morro hacia la izquierda o hacia la derecha alrededor de un eje que corre hacia arriba y hacia abajo; cabeceo , morro hacia arriba o hacia abajo alrededor de un eje que va de ala a ala; y roll , rotación alrededor de un eje que va desde la nariz hasta la cola. Los ejes se designan alternativamente como vertical , lateral (o transversal ) y longitudinal , respectivamente. Estos ejes se mueven con el vehículo y giran con respecto a la Tierra junto con la nave. Estas definiciones se aplicaron de manera análoga a las naves espaciales cuando se diseñaron las primeras naves espaciales tripuladas a finales de los años cincuenta.
Estas rotaciones son producidas por pares (o momentos ) alrededor de los ejes principales. En un avión, estos se producen intencionalmente mediante superficies de control móviles, que varían la distribución de la fuerza aerodinámica neta alrededor del centro de gravedad del vehículo . Los elevadores (alerones que se mueven 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 balanceo. En una nave espacial, los movimientos suelen ser producidos por un sistema de control de reacción que consiste en pequeños propulsores de cohetes que se utilizan para aplicar un 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 se utilice la X 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 llama guiñada . Un movimiento de guiñada positivo mueve el morro del avión hacia la derecha. [1] [2] El timón es el control principal de la guiñada. [3]
El término guiñada se aplicó originalmente en la navegación y se refería al movimiento de un barco inestable que giraba alrededor de su eje vertical. Su etimología es incierta. [4]
El eje de cabeceo (también llamado eje transversal o lateral ), [5] pasa a través de un avión de punta a punta de ala. La rotación alrededor de este eje se llama cabeceo . El cabeceo cambia la dirección vertical a la que apunta el morro del avión (un movimiento de cabeceo positivo eleva el morro del avión y baja la cola). Los ascensores son las principales superficies de control del tono. [3]
El eje de balanceo (o eje longitudinal [5] ) tiene su origen en el centro de gravedad y está dirigido hacia adelante, paralelo a la línea de referencia del fuselaje. El movimiento alrededor de este eje se llama balanceo . Un desplazamiento angular alrededor de este eje se llama banco . [3] Un movimiento de balanceo positivo levanta el ala izquierda y baja el ala derecha. El piloto rueda aumentando la sustentación en un ala y disminuyéndola en la otra. Esto cambia el ángulo de inclinación. [6] Los alerones son el control principal del banco. El timón también tiene un efecto secundario sobre la inclinación. [7]
Los ejes principales de rotación implican planos de referencia , perpendiculares a cada eje:
Los tres aviones contienen el centro de gravedad del avión .
Estos ejes están relacionados con los ejes principales de inercia , pero no son iguales. Son ejes de simetría geométrica, independientemente de la distribución de masas de la aeronave. [ cita necesaria ]
En ingeniería aeronáutica y aeroespacial, las rotaciones intrínsecas alrededor de estos ejes a menudo se denominan ángulos de Euler , pero esto entra en conflicto con el uso existente en otros lugares. El cálculo detrás de ellos es similar a las fórmulas de Frenet-Serret . Realizar una rotación en un sistema de referencia intrínseco equivale a multiplicar por la derecha su matriz característica (la matriz que tiene como columnas los vectores del sistema de referencia) por la matriz de la rotación. [ cita necesaria ]
El primer avión que demostró un control activo sobre los tres ejes fue el planeador de 1902 de los hermanos Wright . [8]