ตัวกันโคลงของเครื่องบินเป็นพื้นผิวแอโรไดนามิก โดยทั่วไปประกอบด้วยพื้นผิวควบคุมที่ เคลื่อนที่ได้หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่ง ^{[ 1 ] [ 2 ]}ซึ่งให้ ความเสถียรและการควบคุม ตามแนวยาว (การเอียง) และ/หรือทิศทาง ( การหัน) ตัวกันโคลงอาจมีโครงสร้างคงที่หรือปรับได้ซึ่งมีบานพับสำหรับพื้นผิวควบคุมที่เคลื่อนที่ได้ หรืออาจเป็นพื้นผิวที่เคลื่อนที่ได้ทั้งหมด เช่นตัวกันโคลง ขึ้นอยู่กับบริบท บางครั้งคำว่า "ตัวกันโคลง" อาจหมายถึงเฉพาะส่วนหน้าของพื้นผิวโดยรวมเท่านั้น

ในการออกแบบเครื่องบินแบบดั้งเดิมนั้น ครีบหางแนวตั้ง (ฟิน) และครีบหางแนวนอน ( แพนหาง ) จะแยกกันประกอบเป็นส่วนท้ายของเครื่องบิน ส่วนการออกแบบส่วนท้ายแบบอื่นๆ เช่น แบบหาง ตัววีจะมีครีบหางที่ช่วยในการรักษาเสถียรภาพและการควบคุมทั้งในแนวยาวและแนวดิ่ง

เสถียรภาพและการควบคุมตามแนวยาวสามารถทำได้ด้วยการออกแบบปีกแบบอื่นๆ รวมถึงปีกหน้าปีกเรียงและเครื่องบินไร้หาง

เครื่องบินบางประเภทมีการควบคุมการบินด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อรักษาเสถียรภาพ ในกรณีนี้ พื้นผิวคงที่และพื้นผิวที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งติดตั้งอยู่ตามส่วนต่างๆ ของเครื่องบิน อาจทำหน้าที่เป็นตัวลดแรงสั่นสะเทือนหรือตัวรักษาเสถียรภาพได้

แพนหางระดับใช้เพื่อรักษาสมดุลตามแนวยาวหรือการปรับสมดุลของเครื่องบิน[ 3 ^{]โดยจะ}ออกแรงในแนวดิ่งที่ระยะห่างเพื่อให้ผลรวมของโมเมนต์ การเอียงรอบ จุดศูนย์ถ่วงเป็นศูนย์^{[ 4 ]}แรงในแนวดิ่งที่แพนหางระดับออกแรงจะแปรผันตามสภาวะการบิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งตามสัมประสิทธิ์แรงยกของ เครื่องบิน และ การเบี่ยง เบนของปีกซึ่งทั้งสองอย่างส่งผลต่อตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงและตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบิน (ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามน้ำหนักบรรทุกและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงของเครื่องบิน) การบิน เหนือเสียงทำให้เกิดความต้องการพิเศษสำหรับแพนหางระดับ เมื่อความเร็วของอากาศเหนือปีกถึงความเร็วเสียงจะมี การเคลื่อนที่อย่างกะทันหันไปด้าน หลังของจุดศูนย์ถ่วง

บทบาทอีกประการหนึ่งของแพนหางระดับคือการให้เสถียรภาพคงที่ตามแนวยาว เสถียรภาพสามารถกำหนดได้ก็ต่อเมื่อยานพาหนะอยู่ในสภาวะสมดุล^{[ 5 ]}ซึ่งหมายถึงแนวโน้มของเครื่องบินที่จะกลับสู่สภาวะสมดุลหากถูกรบกวน^{[ 6 ]}ซึ่งรักษาระดับท่าทางของเครื่องบินให้คงที่ โดยมีมุมเงย ที่ไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อเทียบกับกระแสลม โดยไม่ต้องมีการป้อนข้อมูลจากนักบิน การรับรองเสถียรภาพคงที่ของเครื่องบินที่มีปีกแบบดั้งเดิมนั้นจำเป็นต้องให้จุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินอยู่ข้างหน้าจุดศูนย์ความดัน ดังนั้นแพนหางระดับที่วางอยู่ด้านหลังของเครื่องบินจะสร้างแรงยกในทิศทางลง

ลิฟต์ทำหน้าที่ควบคุมแกนการเอียง ในกรณีที่ หางสามารถ เคลื่อนที่ได้เต็มที่ชุดประกอบทั้งหมดจะทำหน้าที่เป็นพื้นผิวควบคุม

การกำหนดค่าแพนหางระดับ

แพนหางแบบทั่วไป

ในการออกแบบตามปกติ แพนหางระดับจะเป็นปีกหางหรือแพนหาง ขนาดเล็ก ที่อยู่ด้านท้ายของเครื่องบิน นี่คือการออกแบบที่พบได้บ่อยที่สุด

ในเครื่องบินหลายลำ ชุดแพนหางประกอบด้วยพื้นผิวคงที่ที่ติดตั้งพื้นผิวลิฟต์ ท้ายแบบบานพับ อาจใช้แผ่นปรับสมดุล เพื่อลดแรงป้อนของนักบิน หรืออีกทางหนึ่ง เครื่องบินขนาดเล็กบางลำ เช่น Piper PA-24 ComancheและPiper PA-28 Cherokeeมีตัวกันโคลงแบบเคลื่อนที่ได้ทั้งหมดที่เรียกว่าสตาบิเลเตอร์โดยไม่มีลิฟต์แยกต่างหาก สตาบิเลเตอร์ยังพบได้ในเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงหลายลำ ซึ่งการควบคุมลิฟต์แยกต่างหากจะทำให้เกิดแรงต้านที่ไม่สามารถยอมรับได้^{[ 8 ]}

เครื่องบินโดยสาร และเครื่องบินขนส่ง ส่วนใหญ่ มี แพนหางขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ช้าและสามารถปรับแต่งได้ซึ่งรวมเข้ากับลิฟต์ที่เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ลิฟต์เหล่านี้ถูกควบคุมโดยนักบินหรือนักบินอัตโนมัติ และทำหน้าที่หลักในการเปลี่ยนทัศนคติของเครื่องบิน ในขณะที่ชุดประกอบทั้งหมดใช้ในการปรับแต่ง (รักษาสมดุลสถิตในแนวนอน) และทำให้เครื่องบินมีเสถียรภาพในแกนพิทช์ ในเครื่องบินโบอิ้ง 737ระบบปรับแต่งเสถียรภาพที่ปรับได้นั้นขับเคลื่อนด้วยสกรูยก ที่ทำงานด้วย ไฟฟ้า^{[ 9 ]}

รูปแบบต่างๆ ของการออกแบบดั้งเดิม ได้แก่หางรูปตัว T , หางรูปกากบาท , หางคู่และหางที่ติดตั้งบนบูมคู่

เครื่องบินสามพื้นผิว

เครื่องบินสามพื้นผิว เช่นPiaggio P.180 AvantiหรือScaled Composites TriumphและCatbirdนั้น ปีกหางทำหน้าที่เป็นตัวรักษาเสถียรภาพเช่นเดียวกับเครื่องบินทั่วไป ส่วนปีกหน้าหรือปีกเล็ก (canard) ทำหน้าที่สร้างแรงยกและเป็นพื้นผิวช่วยรักษาสมดุล

เครื่องบินสามพื้นผิวรุ่นก่อนๆ บางลำ เช่น Curtiss AEA June Bugหรือเครื่องบินปีกสองชั้น Voisin 1907มีโครงสร้างแบบดั้งเดิมโดยมีพื้นผิวควบคุมการเอียงด้านหน้าเพิ่มเติมซึ่งเรียกว่า "ลิฟต์" หรือบางครั้งเรียกว่า "stabilisateur" ^{[ 10 ]}เนื่องจากไม่มีลิฟต์ ปีกหางของเครื่องบินเหล่านี้จึงไม่ใช่สิ่งที่เรียกว่าตัวกันโคลงแบบดั้งเดิมในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น Voisin มีโครงสร้างยกแบบเรียงซ้อน (ปีกหลักและปีกหลัง) โดยมีปีกหน้าซึ่งไม่ได้ทำหน้าที่กันโคลงหรือยกเป็นหลัก เรียกว่า " équilibreur " ("balancer") ^{[ 11 ]}และใช้เป็นพื้นผิวควบคุมการเอียงและปรับสมดุล

เครื่องบินคานาร์ด

ในการกำหนดค่าแบบคานาร์ดปีกขนาดเล็กหรือปีกหน้าจะอยู่ด้านหน้าปีกหลัก ผู้เขียนบางคนเรียกมันว่าตัวกันโคลง ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} หรือให้ปีกหน้าเพียงอย่างเดียวมีบทบาทในการกันโคลง ^{[ 16 ]} แม้ว่าในแง่ของเสถียรภาพในการหมุนปีกหน้าโดยทั่วไปจะถูกอธิบายว่าเป็นพื้นผิวที่ไม่เสถียร ^{[ 17 ]} โดยที่ ปีกหลักจะให้โมเมนต์การกันโคลงการหมุน ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

ในเครื่องบินที่ไม่เสถียรตามธรรมชาติ พื้นผิวคานาร์ดอาจใช้เป็นส่วนหนึ่งของระบบรักษาเสถียรภาพเทียม และบางครั้งเรียกว่าครีบหางแนวนอน^{[ 21 ]}

เครื่องบินไร้หาง

เครื่องบินไร้หางไม่มีครีบหางแนวนอนแยกต่างหาก ในเครื่องบินไร้หาง พื้นผิวทรงตัวแนวนอนเป็นส่วนหนึ่งของปีกหลัก^{[ 22 ] [ 23 ]}เสถียรภาพตามแนวยาวในเครื่องบินไร้หางเกิดขึ้นได้จากการออกแบบเครื่องบินให้จุดศูนย์กลางอากาศพลศาสตร์อยู่ด้านหลังจุดศูนย์กลางมวล โดยทั่วไปจะทำได้โดยการปรับเปลี่ยนการออกแบบปีก เช่น การเปลี่ยนมุมตกกระทบในทิศทางตามแนวยาวของปีก ( การบิดหรือการเบี่ยงเบน ของปีก ) หรือการใช้ปีกโค้ง สะท้อน

ครีบหางแนวตั้งช่วยให้ทรงตัวในทิศทาง (หรือการหมุนรอบแกนตั้ง ) และโดยทั่วไปจะประกอบด้วยครีบ คงที่และ หางเสือควบคุมที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งติดอยู่กับขอบด้านหลัง^{[ 24 ]}ในบางกรณีที่พบได้น้อยกว่า จะไม่มีบานพับ และพื้นผิวครีบทั้งหมดจะหมุนเพื่อทั้งการทรงตัวและการควบคุม^{[ 25 ]}

เมื่อเครื่องบินเผชิญกับลมกระโชกในแนวนอน เสถียรภาพการหมุนรอบแกนแนวดิ่งจะทำให้เครื่องบินหันเข้าหาลมแทนที่จะหันในทิศทางเดียวกัน^{[ 26 ]}

รูปทรงลำตัวเครื่องบิน ห้องเครื่องยนต์ และใบพัดหมุน ล้วนมีอิทธิพลต่อเสถียรภาพเชิงสถิตด้านข้าง และส่งผลต่อขนาดของครีบหางที่จำเป็น^{[ 27 ]}

เครื่องบินบางลำไม่มีหางเสือแนวตั้ง แต่ปีกแบบกวาดและแบบยกขึ้นลงสามารถให้ความเสถียรในการควบคุมทิศทางได้ในระดับใกล้เคียงกัน ขณะที่การควบคุมทิศทางมักทำได้โดยการเพิ่มแรงต้านที่ด้านข้างของเครื่องบินที่ต้องการจะหันไปทางนั้น ไม่ว่าจะเป็นในรูปแบบของสปอยเลอร์หรือปีกควบคุมการเลี้ยวแบบแยกส่วน

ในเครื่องบินบางลำ ครีบหางแนวนอนและแนวตั้งจะรวมกันเป็นคู่พื้นผิวที่เรียกว่าหาง รูปตัววี ( V-tail ) ในการจัดเรียงนี้ ครีบหางสองอัน (ครีบและหางเสือ) จะถูกติดตั้งทำมุม 90–120° ต่อกัน^{[หมายเหตุ 1 ]}ทำให้มีพื้นที่ฉายภาพแนวนอนมากกว่าพื้นที่ฉายภาพแนวตั้ง เช่นเดียวกับหางแบบทั่วไปส่วนใหญ่ พื้นผิวควบคุมที่เคลื่อนที่ได้จึงเรียกว่า หางเสือแบบเคลื่อนที่ได้ (ruddervators ) ^{[ 29 ] [หมายเหตุ 2 ]}ดังนั้นหางรูปตัววีจึงทำหน้าที่เป็นทั้งครีบหางสำหรับการหมุนรอบแกนตั้งและการหมุนรอบแกนแนวนอน

แม้ว่าดูเหมือนว่าการออกแบบหางรูปตัว V จะส่งผลให้พื้นที่สัมผัสน้ำ ของหางลดลงอย่างมาก แต่ก็มีข้อเสียคือความซับซ้อนในการควบคุมการทำงานที่เพิ่มขึ้น^{[ 29 ]}รวมถึงปฏิสัมพันธ์ทางอากาศพลศาสตร์ที่ซับซ้อนและเป็นอันตรายระหว่างพื้นผิวทั้งสอง^{[ 30 ]}ซึ่งมักส่งผลให้พื้นที่โดยรวมเพิ่มขึ้น ทำให้ประโยชน์เดิมลดลงหรือหมดไป^{[ 29 ]}เครื่องบิน เบา Beechcraft Bonanzaเดิมทีได้รับการออกแบบให้มีหางรูปตัว V

นอกจากนี้ยังมีรูปแบบการจัดวางหางแบบผสมผสานอื่นๆ อีก เช่นเครื่องบินไร้คนขับMQ-1 Predator ของ General Atomics มี หางรูปตัว V คว่ำส่วนหางของLockheed XFVอาจอธิบายได้ว่าเป็นหางรูปตัว V ที่มีพื้นผิวทอดยาวผ่านลำตัวไปยังอีกด้านหนึ่ง และLearAvia Lear Fanมีหางรูปตัว Y การจัดวาง หางคู่ทุกแบบที่มีมุมยกของหางจะให้การทรงตัวทั้งในแนวยาวและแนวราบร่วมกัน

• ดัชนีบทความด้านการบิน

• ศัพท์เฉพาะที่เกี่ยวข้องกับเครื่องบิน
• Talay, Theodore A. (27 มกราคม 2548). "บทนำเกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์ของการบิน – เสถียรภาพและการควบคุม" . กองประวัติศาสตร์นาซา . ศูนย์วิจัยแลงลีย์. สืบค้นเมื่อ21 เมษายน 2556 .
• "เสถียรภาพตามแนวยาว ทิศทาง และแนวขวางแบบไดนามิก" , ครบรอบร้อยปีแห่งการบิน , คณะกรรมการครบรอบร้อยปีแห่งการบินของสหรัฐอเมริกา