สิ่งมีชีวิตบางชนิดที่บินได้นั้นไม่สร้างแรงขับเคลื่อนผ่านอากาศ เช่นกระรอกบินนี่เรียกว่าการร่อนสิ่งมีชีวิตอื่นๆ บางชนิดสามารถใช้ประโยชน์จากอากาศที่ลอยขึ้นเพื่อไต่ระดับ เช่นนกเหยี่ยว (เมื่อร่อน) และเครื่องร่อนที่มนุษย์สร้างขึ้นนี่เรียกว่าการทะยานอย่างไรก็ตาม นกส่วนใหญ่และเครื่องบินที่ใช้พลังงาน ทั้งหมด จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานเพื่อไต่ระดับ นี่เรียกว่าการบินโดยใช้พลังงาน

กลุ่มสิ่งมีชีวิตเพียงกลุ่มเดียวที่ใช้พลังงานในการบินคือนกแมลงและค้างคาวในขณะที่หลายกลุ่มได้วิวัฒนาการการร่อน สัตว์ปีกดึกดำบรรพ์( pterosaurs)ซึ่งเป็นสัตว์เลื้อยคลานในยุคเดียวกับไดโนเสาร์ก็เป็นสัตว์ที่บินได้ประสบความสำเร็จมากเช่นกัน^{[ 3 ]}และดูเหมือนว่าจะมีไดโนเสาร์ที่บินได้ ด้วย ปีกของแต่ละกลุ่มเหล่านี้วิวัฒนาการขึ้นอย่างอิสระโดยแมลงเป็นกลุ่มสัตว์กลุ่มแรกที่วิวัฒนาการการบิน^{[ 4 ]}ปีกของกลุ่มสัตว์มีกระดูกสันหลังที่บินได้ทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากแขนขาหน้า แต่มีโครงสร้างที่แตกต่างกันอย่างมาก ปีกของแมลงนั้นสันนิษฐานว่าเป็นโครงสร้างที่ดัดแปลงมาจากโครงสร้างที่สร้างเหงือกในกลุ่มสัตว์ขาปล้องอื่นๆส่วนใหญ่^{[ 3 ]}

ค้างคาว เป็น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพียงชนิดเดียวที่สามารถบินในระดับคงที่ได้ (ดูการบินของค้างคาว ) ^{[ 5 ]}อย่างไรก็ตาม มีสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม หลายชนิด ที่สามารถร่อนจากต้นไม้หนึ่งไปยังอีกต้นหนึ่งได้โดยใช้เยื่อเนื้อระหว่างแขนขา บางชนิดสามารถเดินทางได้หลายร้อยเมตรด้วยวิธีนี้โดยสูญเสียความสูงเพียงเล็กน้อยกบบินใช้เท้าที่มีพังผืดขนาดใหญ่เพื่อจุดประสงค์ที่คล้ายกัน และมีกิ้งก่าบินที่พับซี่โครงที่เคลื่อนที่ได้ออกมาเป็นพื้นผิวร่อนแบนราบสองคู่งู "บิน"ก็ใช้ซี่โครงที่เคลื่อนที่ได้เพื่อทำให้ลำตัวแบนราบเป็นรูปทรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ด้วยการเคลื่อนไหวไปมาเช่นเดียวกับที่ใช้บนพื้นดิน

ปลาบินสามารถร่อนได้โดยใช้ครีบที่ขยายใหญ่ขึ้นคล้ายปีก และมีการสังเกตเห็นว่าสามารถร่อนได้ไกลหลายร้อยเมตร เชื่อกันว่าความสามารถนี้ถูกคัดเลือกโดยธรรมชาติเนื่องจากเป็นวิธีการหลบหนีจากผู้ล่าใต้น้ำที่มีประสิทธิภาพ การบินที่ยาวที่สุดที่บันทึกไว้ของปลาบินคือ 45 วินาที^{[ 6 ]}

นกส่วนใหญ่สามารถบินได้ ยกเว้นบางชนิด นกขนาดใหญ่ที่สุดอย่างนกกระจอกเทศและนกอีมูเป็นนกที่บินไม่ได้และอาศัย อยู่บนพื้นดิน เช่นเดียวกับ นกโดโดที่สูญพันธุ์ไปแล้วและนก ในวงศ์ Phorusrhacidaeซึ่งเป็นสัตว์นักล่าที่ครองอำนาจในอเมริกาใต้ใน ยุค ซีโนโซอิกนกเพนกวินที่ไม่สามารถบินได้มีปีกที่ปรับตัวให้ใช้ใต้น้ำได้ และใช้การเคลื่อนไหวของปีกในการว่ายน้ำแบบเดียวกับที่นกชนิดอื่นๆ ใช้ในการบินนกขนาดเล็กที่บินไม่ได้ส่วนใหญ่มีถิ่นกำเนิดในเกาะเล็กๆ และมีวิถีชีวิตที่การบินแทบจะไม่มีประโยชน์เลย

ในบรรดาสัตว์ที่มีชีวิตที่บินได้นกอัลบาทรอสที่เดินทางไกลมีปีกกว้างที่สุด สูงสุดถึง3.5 เมตร (11 ฟุต)และนกกระเรียนใหญ่มีน้ำหนักมากที่สุด สูงสุดถึง21 กิโลกรัม (46 ปอนด์ ) ^{[ 7 ]}

แมลงส่วนใหญ่สามารถบินได้เมื่อโตเต็มวัยการบินของแมลงใช้แบบจำลองทางอากาศพลศาสตร์พื้นฐาน 2 แบบ ได้แก่ การสร้างกระแสลมวนที่ขอบนำ ซึ่งพบในแมลงส่วนใหญ่ และการใช้การตบและสะบัดซึ่งพบในแมลงขนาดเล็กมาก เช่นเพลี้ยไฟ^{[ 8 ] [ 9 ]}

แมงมุมไรแมงมุมและผีเสื้อหลายชนิดใช้เทคนิคที่เรียกว่าการลอยตัวด้วยใยเพื่ออาศัยกระแสลมเช่นกระแสลมร้อนโดยการกางใยบางๆ ของพวกมันออกซึ่งจะถูกยกขึ้นโดยลมและสนามไฟฟ้าใน ชั้น บรรยากาศ

การบินด้วยเครื่องจักรคือการใช้เครื่องจักรในการบิน เครื่องจักรเหล่านี้ได้แก่อากาศยานเช่นเครื่องบินเครื่องร่อนเฮลิคอปเตอร์ออโตไจโรเรือเหาะบอลลูนเครื่องบินปีกกระพือรวมถึงยานอวกาศเครื่องร่อน สามารถบินได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องยนต์ การบิน ด้วยเครื่องจักรอีกรูปแบบหนึ่งคือ พาราเซลลิ่ง ซึ่งวัตถุคล้ายร่มชูชีพถูกดึงโดยเรือ ในเครื่องบิน แรงยกเกิดจากปีก รูปทรงของปีกเครื่องบินได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับประเภทของการบินที่ต้องการ มีปีกหลายประเภท ได้แก่ ปีกอบชุบ ปีกกึ่งอบชุบ ปีกโค้ง ปีกสี่เหลี่ยม และปีกวงรี บางครั้งปีกเครื่องบินเรียกว่าแอร์ฟอยล์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สร้างแรงยกเมื่ออากาศไหลผ่าน

ความเร็วเหนือเสียง

การบินความเร็วเหนือเสียง คือการบินด้วยความเร็วสูงมาก โดยความร้อนที่เกิดจากการอัดตัวของอากาศเนื่องจากการเคลื่อนที่ผ่านอากาศ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในอากาศ การบินความเร็วเหนือเสียงส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากยานอวกาศที่กลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เช่นกระสวยอวกาศและ ยาน โซยุซ

วัตถุบางอย่างสร้างแรงยกน้อยมากหรือไม่มีเลย และเคลื่อนที่โดยอาศัยแรงส่ง แรงโน้มถ่วง แรงต้านอากาศ และในบางกรณีแรงขับเป็นหลัก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการบินแบบขีปนาวิถีตัวอย่างเช่นลูกบอลลูกศรกระสุนปืนดอกไม้ไฟเป็นต้น

โดยพื้นฐานแล้ว การบินอวกาศเป็นรูปแบบการบินแบบขีปนาวิถีขั้นสูง คือการใช้เทคโนโลยีอวกาศเพื่อให้ยานอวกาศ สามารถบิน ขึ้นไปและทะลุผ่านอวกาศได้ ตัวอย่างเช่นขีปนาวุธการบินอวกาศในวง โคจร เป็นต้น

การเดินทางในอวกาศถูกนำไปใช้ในการสำรวจอวกาศและกิจกรรมเชิงพาณิชย์ เช่นการท่องเที่ยวอวกาศและการสื่อสารผ่านดาวเทียมนอกจากนี้ ยังมีการใช้งานการเดินทางในอวกาศในด้านอื่นๆ ที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ เช่นหอดูดาวอวกาศดาวเทียมสอดแนมและดาวเทียมสำรวจโลก อื่น ๆ

โดยทั่วไปแล้ว การบินอวกาศจะเริ่มต้นด้วยการปล่อยจรวดซึ่งให้แรงขับเริ่มต้นเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงและผลักดันยานอวกาศออกจากพื้นผิวโลก^{[ 11 ]}เมื่ออยู่ในอวกาศ การเคลื่อนที่ของยานอวกาศ ทั้งในขณะที่ไม่มีแรงขับและในขณะที่มีแรงขับ จะครอบคลุมอยู่ในสาขาการศึกษาที่เรียกว่าดาราศาสตร์พลศาสตร์ ยานอวกาศบางลำอยู่ในอวกาศอย่างไม่มีกำหนด บางลำแตกสลายระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและบางลำไปถึงพื้นผิวของดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์เพื่อลงจอดหรือพุ่งชน

ในปี 2018 นักวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ประสบความสำเร็จในการบินเครื่องบินที่ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ โดยขับเคลื่อนด้วย " ลม ไอออนิก " หรือที่รู้จักกันในชื่อแรงขับแอโรไดนามิกไฟฟ้า^{[ 12 ] [ 13 ]}

เครื่องบินปีกคงที่สร้างแรงขับไปข้างหน้าเมื่ออากาศถูกผลักไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการบิน ซึ่งสามารถทำได้หลายวิธี รวมถึงการหมุนของใบพัด การขยายตัวของไอเสียที่ถูกผลักออกมาจากด้านหลังของเครื่องยนต์ไอพ่นหรือการพ่นก๊าซร้อนจากเครื่องยนต์จรวด^{[ 23 ]}แรงขับไปข้างหน้าเป็นสัดส่วนกับมวลของกระแสอากาศคูณด้วยความแตกต่างของความเร็วของกระแสอากาศ แรงขับย้อนกลับสามารถสร้างขึ้นเพื่อช่วยในการเบรกหลังการลงจอดโดยการกลับมุมของใบพัดแบบปรับมุมได้ หรือใช้ระบบกลับแรงขับในเครื่องยนต์ไอพ่นเครื่องบินปีกหมุนและ เครื่องบิน V/STOL ที่ใช้การควบคุมทิศทางแรงขับ จะใช้แรงขับของเครื่องยนต์เพื่อรองรับน้ำหนักของเครื่องบิน และใช้ผลรวมเวกเตอร์ของแรงขับนี้ไปข้างหน้าและข้างหลังเพื่อควบคุมความเร็วไปข้างหน้า

ในบริบทของการไหลของอากาศที่สัมพันธ์กับวัตถุที่กำลังบินแรงยกคือส่วนประกอบของแรงแอโรไดนามิกที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหล^{[ 24 ]}แรงยกแอโรไดนามิกเกิดขึ้นเมื่อปีกทำให้อากาศโดยรอบเบี่ยงเบนไป จากนั้นอากาศจะทำให้เกิดแรงกระทำต่อปีกในทิศทางตรงกันข้าม ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน

โดยทั่วไปแล้ว แรงยกมักเกี่ยวข้องกับปีกของเครื่องบินแม้ว่าแรงยกจะเกิดจากใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ (ซึ่งก็คือปีกที่หมุนได้ ทำหน้าที่เดียวกันโดยไม่ต้องให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในอากาศ) แม้ว่าความหมายทั่วไปของคำว่า " แรงยก " จะบ่งบอกว่าแรงยกต้านแรงโน้มถ่วง แต่แรงยกทางอากาศพลศาสตร์สามารถเกิดขึ้นได้ในทิศทางใดก็ได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเครื่องบินบินในระดับความสูงคงที่ แรงยกจะต้านแรงโน้มถ่วง แต่แรงยกจะเกิดขึ้นในมุมที่แตกต่างกันเมื่อเครื่องบินกำลังไต่ระดับ ลง หรือเอียงตัว ในรถยนต์ความเร็วสูง แรงยกจะถูกส่งลงด้านล่าง (เรียกว่า "แรงกดลง") เพื่อรักษาสมดุลของรถบนท้องถนน

สำหรับวัตถุแข็งที่เคลื่อนที่ผ่านของเหลว แรงต้านคือส่วนประกอบของแรงทางอากาศพลศาสตร์ หรือ อุทกพลศาสตร์ สุทธิที่กระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}ดังนั้น แรงต้านจึงขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุ และในยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงาน แรงต้านนี้จะต้องถูกเอาชนะด้วยแรงขับกระบวนการที่สร้างแรงยกก็ก่อให้เกิดแรงต้านบางส่วนด้วย

แรงยกทางอากาศพลศาสตร์เกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุทางอากาศพลศาสตร์ (ปีก) ผ่านอากาศ ซึ่งรูปทรงและมุมของปีกจะเบี่ยงเบนอากาศ สำหรับการบินตรงและระดับอย่างต่อเนื่อง แรงยกต้องเท่ากับและตรงข้ามกับน้ำหนัก โดยทั่วไป ปีกที่ยาวและแคบสามารถเบี่ยงเบนอากาศได้มากที่ความเร็วต่ำ ในขณะที่ปีกขนาดเล็กต้องการความเร็วไปข้างหน้าสูงกว่าเพื่อเบี่ยงเบนอากาศในปริมาณที่เท่ากันและสร้างแรงยกในปริมาณที่เท่ากัน เครื่องบินขนส่งสินค้าขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะใช้ปีกที่ยาวกว่าและมีมุมปะทะสูงกว่า ในขณะที่เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงมักจะมีปีกสั้นและต้องอาศัยความเร็วไปข้างหน้าสูงเพื่อสร้างแรงยก

อย่างไรก็ตาม กระบวนการยก (การเบี่ยงเบน) นี้ย่อมก่อให้เกิดแรงต้านที่เรียกว่าแรงลาก เนื่องจากทั้งแรงยกและแรงลากเป็นแรงทางอากาศพลศาสตร์ อัตราส่วนของแรงยกต่อแรงลากจึงเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบิน อัตราส่วนของแรงยกต่อแรงลากคืออัตราส่วน L/D ซึ่งอ่านว่า "อัตราส่วน L ต่อ D" เครื่องบินจะมีอัตราส่วน L/D สูงหากสร้างแรงยกได้มากหรือมีแรงลากน้อย อัตราส่วนแรงยกต่อแรงลากคำนวณได้จากการหารสัมประสิทธิ์แรงยกด้วยสัมประสิทธิ์แรงลาก CL/CD ^{[ 29 ]}

สัมประสิทธิ์แรงยก Cl เท่ากับแรงยก L หารด้วย (ความหนาแน่น r คูณครึ่งหนึ่งของความเร็ว V กำลังสอง คูณพื้นที่ปีก A) [Cl = L / (A * .5 * r * V^2)] สัมประสิทธิ์แรงยกยังได้รับผลกระทบจากความสามารถในการอัดตัวของอากาศ ซึ่งมีค่ามากกว่ามากที่ความเร็วสูง ดังนั้นความเร็ว V จึงไม่ใช่ฟังก์ชันเชิงเส้น ความสามารถในการอัดตัวยังได้รับผลกระทบจากรูปร่างของพื้นผิวเครื่องบินด้วย ^{[ 30 ]}

สัมประสิทธิ์แรงต้าน Cd เท่ากับแรงต้าน D หารด้วย (ความหนาแน่น r คูณครึ่งหนึ่งของความเร็ว V ยกกำลังสอง คูณพื้นที่อ้างอิง A) [Cd = D / (A * .5 * r * V^2)] ^{[ 31 ]}

อัตราส่วนแรงยกต่อแรงต้านสำหรับอากาศยานที่ใช้งานได้จริงนั้นแตกต่างกันไป ตั้งแต่ประมาณ 4:1 สำหรับยานพาหนะและนกที่มีปีกค่อนข้างสั้น ไปจนถึง 60:1 หรือมากกว่านั้นสำหรับยานพาหนะที่มีปีกยาวมาก เช่น เครื่องร่อน มุมปะทะที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าจะเพิ่มขอบเขตของการเบี่ยงเบน และทำให้เกิดแรงยกเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม มุมปะทะที่มากขึ้นก็ทำให้เกิดแรงต้านเพิ่มขึ้นด้วย

อัตราส่วนแรงยก/แรงต้านยังกำหนดอัตราส่วนการร่อนและระยะการร่อนด้วย เนื่องจากอัตราส่วนการร่อนขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของแรงทางอากาศพลศาสตร์ที่กระทำต่อเครื่องบินเท่านั้น น้ำหนักของเครื่องบินจึงไม่มีผลต่ออัตราส่วนนี้ ผลกระทบเพียงอย่างเดียวของน้ำหนักคือการเปลี่ยนแปลงระยะเวลาที่เครื่องบินจะร่อน – เครื่องบินที่หนักกว่าซึ่งร่อนด้วยความเร็วลมที่สูงกว่าจะมาถึงจุดลงจอดเดียวกันในเวลาที่สั้นกว่า^{[ 32 ]}

แรงดันอากาศที่กระทำต่อวัตถุในอากาศนั้นมากกว่าแรงดันจากด้านบนที่กดลงมา แรงลอยตัวในทั้งสองกรณีเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่หลักการของอาร์คิมิดีสใช้ได้กับอากาศเช่นเดียวกับน้ำ

อากาศปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตร ที่ความดันบรรยากาศ ปกติ และอุณหภูมิห้อง มีมวลประมาณ 1.2 กิโลกรัม ดังนั้นน้ำหนักจึงประมาณ 12 นิวตันด้วยเหตุนี้ วัตถุใดๆ ที่มีปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตร จะถูกยกขึ้นด้วยแรง 12 นิวตัน หากมวลของวัตถุที่มีปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตร มากกว่า 1.2 กิโลกรัม (ดังนั้นน้ำหนักจึงมากกว่า 12 นิวตัน) มันจะตกลงสู่พื้นเมื่อปล่อย แต่ถ้าวัตถุขนาดนี้มีมวลน้อยกว่า 1.2 กิโลกรัม มันจะลอยขึ้นในอากาศ วัตถุใดๆ ที่มีมวลน้อยกว่ามวลของอากาศที่มีปริมาตรเท่ากันจะลอยขึ้นในอากาศ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ วัตถุใดๆ ที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศจะลอยขึ้น

อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักคือ อัตราส่วนของแรงขับ ณ ขณะนั้น ต่อน้ำหนัก (โดยที่น้ำหนักในที่นี้หมายถึงน้ำหนักที่ความเร่งมาตรฐานของโลก )${\displaystyle g_{0}}$). ^{[ 33 ]}เป็นพารามิเตอร์ไร้มิติที่เป็นลักษณะเฉพาะของจรวดและเครื่องยนต์ไอพ่นอื่นๆ และของยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดังกล่าว (โดยทั่วไปคือยานปล่อย อวกาศ และเครื่องบิน ไอพ่น )

หากอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักมากกว่าความแรงของแรงโน้มถ่วงในบริเวณนั้น (แสดงในหน่วย g s) การบินสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องอาศัยการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าหรือแรงยกทางอากาศพลศาสตร์ใดๆ

หากอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักคูณด้วยอัตราส่วนแรงยกต่อแรงต้านมีค่ามากกว่าแรงโน้มถ่วงในบริเวณนั้นการบินขึ้นโดยใช้แรงยกทางอากาศพลศาสตร์ก็เป็นไปได้

ในกรณีของอากาศยาน การจราจรทางอากาศจะถูกควบคุมโดยระบบควบคุมการจราจรทางอากาศ

การหลีกเลี่ยงการชนคือกระบวนการควบคุมยานอวกาศเพื่อพยายามป้องกันการชนกัน