ความสามารถ ในการบินเหนือมนุษย์ (Supermaneuverability)คือความสามารถของเครื่องบินรบในการปฏิบัติการบินเชิงยุทธวิธีที่ไม่สามารถทำได้ด้วยเทคนิคทางอากาศพลศาสตร์เพียงอย่างเดียว[ 1 ^{]การบิน}ดังกล่าวอาจเกี่ยวข้องกับการลื่นไถลไปด้านข้างอย่างมีการควบคุมหรือมุมปะทะที่เกินแรงยกสูงสุด^{[ 2 ]}

ความสามารถนี้ได้รับการวิจัยมาตั้งแต่ปี 1975 ที่ศูนย์วิจัยแลงลีย์ในสหรัฐอเมริกา และในที่สุดก็ส่งผลให้เกิดการพัฒนาเครื่องบินMcDonnell Douglas F-15 STOL/MTD ขึ้น มาเป็นเครื่องบินต้นแบบ เครื่องบินSaab 35 Drakenก็เป็นอีกหนึ่งเครื่องบินรุ่นแรกๆ ที่มีขีดความสามารถในการบินเหนือมนุษย์ในระดับจำกัด

ในปี พ.ศ. 2526 เครื่องบินMiG-29และในปี พ.ศ. 2529 เครื่องบินSukhoi Su-27ได้ถูกนำมาใช้งานพร้อมกับความสามารถนี้ ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นมาตรฐานในเครื่องบินรุ่นที่สี่และห้าทั้งหมดของรัสเซีย มีการคาดเดาอยู่บ้าง แต่กลไกเบื้องหลังความคล่องตัวสูงของเครื่องบินที่ผลิตโดยรัสเซียยังไม่ได้รับการเปิดเผยต่อสาธารณะ อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ หลังการหยุดชะงักได้ถูกนำมาใช้มากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเพื่อพัฒนาความคล่องตัวผ่านการใช้หัวฉีดเครื่องยนต์แบบเวกเตอร์แรงขับ^{[ 3 ]}

กองทัพอากาศสหรัฐฯ ได้ยกเลิกแนวคิดนี้ เนื่องจากเห็นว่าไม่เป็นประโยชน์ต่อ การต่อสู้ ระยะไกล (BVR)เพราะการบินแบบคอบราทำให้เครื่องบินอยู่ในสภาวะพลังงานเกือบเป็นศูนย์ โดยสูญเสียความเร็วไปเกือบทั้งหมดโดยไม่ได้รับระดับความสูงชดเชยใดๆ ในกระบวนการนั้น ยกเว้นในการต่อสู้แบบตัวต่อตัว การบินแบบนี้ทำให้เครื่องบินมีความเสี่ยงสูงต่อการโจมตีทั้งจากขีปนาวุธและปืนของเครื่องบินคุ้มกันหรือฝ่ายตรงข้าม แม้ว่าภัยคุกคามเริ่มต้น จะเลย เครื่องบินที่ใช้การบินแบบซูเปอร์แมนเจอร์ ไปแล้วก็ตาม

ท่าบิน งูเห่าของปูกาเชฟเป็นหนึ่งในบททดสอบความคล่องตัวขั้นสูง ซึ่งในภาพนี้แสดงโดยเครื่องบินSaab 35 Draken

การบังคับเครื่องบินแบบดั้งเดิมนั้นทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงทิศทางการไหลของอากาศที่ผ่านพื้นผิวควบคุมของเครื่องบิน ได้แก่ปีกเล็ก (ailerons) , หางเสือ (elevators) , แฟลป (flaps) , เบรกอากาศ (air brakes ) และหางเสือ (rudder ) พื้นผิวควบคุมบางอย่างอาจรวมกันได้ เช่น ใน "ruddervators" ของ เครื่องบินแบบ หางวี (V-tail configuration) แต่คุณสมบัติพื้นฐานยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อพื้นผิวควบคุมถูกขยับเพื่อทำมุมกับกระแสลมที่พัดเข้ามา มันจะเปลี่ยนแปลงการไหลของอากาศรอบๆ พื้นผิว ทำให้การกระจายความดันเปลี่ยนไป และส่งผลให้เกิดแรงบิดในการหมุนรอบแกนตั้ง แกนตามยาว หรือแกนหันเห (pitching, rolling หรือ yawing moment) กับเครื่องบิน

มุมการเบี่ยงเบนของพื้นผิวควบคุมและแรงทิศทางที่เกิดขึ้นบนเครื่องบินนั้นถูกควบคุมทั้งโดยนักบินและระบบควบคุมภายในของเครื่องบิน เพื่อรักษาระดับการบิน ที่ต้องการ เช่น การเอียง การหมุน และทิศทาง รวมถึงการทำการบินผาดโผนที่เปลี่ยนแปลงระดับการบินของเครื่องบินอย่างรวดเร็ว สำหรับการควบคุมการบินแบบดั้งเดิม เครื่องบินต้องรักษาระดับความเร็วไปข้างหน้าให้เพียงพอและมุมปะทะ ที่ต่ำพอ ที่จะสร้างกระแสลมไหลผ่านปีก (รักษาแรงยก) และไหลผ่านพื้นผิวควบคุมของเครื่องบินด้วย

เมื่อปริมาณลมลดลง ประสิทธิภาพของพื้นผิวควบคุมและสมรรถนะการบังคับเลี้ยวก็จะลดลงตามไปด้วย หากมุมปะทะเกินค่าวิกฤต เครื่องบินจะเสียการทรงตัวนักบินได้รับการฝึกฝนให้หลีกเลี่ยงการเสียการทรงตัวในระหว่างการบินผาดโผน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการต่อสู้ เพราะการเสียการทรงตัวอาจทำให้ฝ่ายตรงข้ามได้เปรียบในขณะที่นักบินของเครื่องบินที่เสียการทรงตัวพยายามแก้ไขสถานการณ์

ความเร็วที่เครื่องบินสามารถทำการบังคับเลี้ยวได้อย่างเต็มประสิทธิภาพสูงสุดเรียกว่าความเร็วขณะเข้าโค้ง (Corner Airspeed ) ที่ความเร็วสูงกว่านี้ พื้นผิวควบคุมจะไม่สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพเนื่องจาก ความเครียดของ โครงสร้างเครื่องบินหรือความไม่เสถียรที่เกิดจากกระแสลมปั่นป่วนเหนือพื้นผิวควบคุม ที่ความเร็วต่ำกว่านั้น การเปลี่ยนทิศทางของอากาศเหนือพื้นผิวควบคุม และด้วยเหตุนี้ แรงที่ใช้ในการบังคับเลี้ยวเครื่องบิน จึงลดลงต่ำกว่าขีดความสามารถสูงสุดของโครงสร้างเครื่องบิน ดังนั้นเครื่องบินจึงไม่สามารถเลี้ยวได้ด้วยความเร็วสูงสุด ดังนั้น ในการบินผาดโผน การรักษาระดับความเร็วขณะเข้าโค้งจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ในเครื่องบินที่มีความคล่องตัวสูง นักบินสามารถรักษาความคล่องตัวในระดับสูงได้ต่ำกว่าความเร็วเข้าโค้ง และสามารถควบคุมระดับความสูงได้ในระดับจำกัดโดยไม่สูญเสียระดับความสูงต่ำกว่าความเร็วหยุดนิ่ง เครื่องบินดังกล่าวสามารถทำการบินผาดโผนที่ไม่สามารถทำได้ด้วยการออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์อย่างเดียว เมื่อไม่นานมานี้ การใช้งานยานไร้คนขับที่ขับเคลื่อนด้วยไอพ่นและติดตั้งอุปกรณ์ ("โดรนวิจัย") เพิ่มมากขึ้น ทำให้มุมปะทะที่สามารถบินได้เพิ่มขึ้นเกิน 90 องศา และเข้าสู่ขอบเขตการบินที่ปลอดภัยหลังการหยุดนิ่ง และยังเข้ามาแทนที่การใช้งานอุโมงค์ลมแบบดั้งเดิมบางส่วนอีกด้วย^{[ 3 ]}

ไม่มีหลักเกณฑ์ที่ตายตัวว่าเครื่องบินลำใดต้องปฏิบัติตามหรือมีคุณสมบัติใดบ้างจึงจะถูกจัดว่าเป็นเครื่องบินที่ควบคุมยากเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ตามที่นิยามของความสามารถในการควบคุมยากเป็นพิเศษนั้น ความสามารถของเครื่องบินในการทำการ บินผาดโผน ด้วยมุมปะทะ สูง ซึ่งเป็นไปไม่ได้สำหรับเครื่องบินส่วนใหญ่ ถือเป็นหลักฐานแสดงถึงความสามารถในการควบคุมยากเป็นพิเศษของเครื่องบินลำนั้น การบินผาดโผนดังกล่าว ได้แก่การบินผาดโผนแบบงูเห่าของปูกาเชฟและการบินผาดโผนแบบเฮิร์บสต์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อ "การเลี้ยวแบบเจ")

เครื่องบินบางลำสามารถทำการบินแบบ "งูเห่าของปูกาเชฟ" ได้โดยไม่ต้องอาศัยคุณสมบัติที่ปกติแล้วช่วยในการบินหลังเสียการทรงตัว เช่นระบบควบคุมทิศทางแรงขับ เครื่องบินขับไล่ยุคที่สี่ขั้นสูง เช่นSu-27 , MiG-29และรุ่นต่างๆ ได้รับการบันทึกไว้ว่าสามารถทำการบินแบบนี้ได้โดยใช้เครื่องยนต์ปกติที่ไม่มีระบบควบคุมทิศทางแรงขับ ความสามารถของเครื่องบินเหล่านี้ในการทำการบินแบบนี้ขึ้นอยู่กับความไม่เสถียรโดยธรรมชาติ เช่นเดียวกับF-16ในขณะที่ตระกูลเครื่องบิน MiG-29 และ Su-27 ได้รับการออกแบบมาเพื่อ พฤติกรรม หลังเสีย การทรงตัวที่พึงประสงค์ ดังนั้น เมื่อทำการบินแบบ "งูเห่าของปูกาเชฟ" เครื่องบินจะเสียการทรงตัวเมื่อหัวเครื่องเชิดขึ้นและกระแสลมเหนือปีกแยกตัวออก แต่โดยธรรมชาติแล้วหัวเครื่องจะลดระดับลงแม้จากตำแหน่งที่กลับหัวบางส่วน ทำให้ผู้ขับสามารถควบคุมเครื่องบินได้อย่างสมบูรณ์

การบินแบบคอบรา (Cobra) ซึ่งดำเนินการโดยเครื่องบินที่ไม่ใช้ระบบควบคุมทิศทางแรงขับ ยังคงขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของเครื่องบินผ่านอากาศ อย่างไรก็ตาม การบินแบบนี้ไม่ได้เกี่ยวข้องกับพื้นผิวตามหลักอากาศพลศาสตร์และการไหลของอากาศแบบราบเรียบตามปกติ แต่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างลำตัวเครื่องบินทั้งหมดในฐานะรูปทรงแข็งที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศ และจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องบินที่สัมพันธ์กับทิศทางแรงขับ การบินแบบนี้ดำเนินการภายใต้สภาวะที่อยู่นอกเหนือการควบคุมทางอากาศพลศาสตร์ปกติ และเข้าสู่สภาวะการร่วงหล่นโดยไม่มีระบบควบคุมทิศทางแรงขับ จึงเป็นการบินแบบซูเปอร์แมนเนอเวจีแบบพาสซีฟ ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากการออกแบบเครื่องบินมากกว่าระบบควบคุมทิศทางแรงขับ ซึ่งเป็นวิธีการควบคุมเครื่องบินอย่างแข็งขันนอกเหนือขอบเขตการบินปกติ

อย่างไรก็ตาม เชื่อกันว่าการบินแบบเฮิร์บสต์ (Herbst Maneuver) เป็นไปไม่ได้หากปราศจากการควบคุมทิศทางแรงขับเนื่องจาก "การเลี้ยวรูปตัว J" ต้องใช้การหมุนครึ่งรอบนอกเหนือจากการเอียงหัวลงขณะที่เครื่องบินอยู่ในสภาวะเสียการทรงตัว ซึ่งเป็นไปไม่ได้หากใช้พื้นผิวควบคุมแบบธรรมดา ส่วนการบินแบบคอบราของปูกาเชฟ (Pugachev's Cobra) สามารถทำได้โดยมีการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงน้อยลงหากใช้แรงขับแบบควบคุมทิศทาง เนื่องจากสามารถทำให้เครื่องบินเอียงหัวลงได้เร็วขึ้นมาก ทั้งทำให้เครื่องบินเสียการทรงตัวก่อนที่เครื่องบินจะเพิ่มระดับความสูงอย่างมีนัยสำคัญ และกลับคืนสู่ท่าทางระดับก่อนที่จะสูญเสียระดับความสูง

แม้ว่าดังที่กล่าวมาแล้ว จะไม่มีชุดคุณลักษณะตายตัวใดที่กำหนดเครื่องบินที่มีความคล่องตัวสูงเป็นพิเศษได้อย่างชัดเจน แต่เครื่องบินแทบทุกลำที่ถือว่ามีความคล่องตัวสูงเป็นพิเศษนั้นมีลักษณะร่วมกันส่วนใหญ่ที่ช่วยในการควบคุมการบังคับเลี้ยวและการควบคุมการเสียการทรงตัว

การต่อสู้ทางอากาศแบบคลาสสิกเริ่มต้นด้วยความเร็วสูง แต่หากพลาดในการยิงครั้งแรก—และความเป็นไปได้ก็มีอยู่เพราะมีการหลบหลีกขีปนาวุธ—การต่อสู้จะยืดเยื้อมากขึ้น หลังจากหลบหลีกแล้ว เครื่องบินจะมีความเร็วลดลง แต่เครื่องบินทั้งสองอาจอยู่ในตำแหน่งที่ไม่สามารถยิงได้ แต่ความคล่องตัวสูงทำให้เครื่องบินสามารถหันกลับภายในสามวินาทีและยิงอีกครั้งได้^{[ 4 ]}

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเครื่องบินรบที่เน้นหลักอากาศพลศาสตร์ล้วนๆ กับเครื่องบินรบที่เน้นความคล่องตัวสูงนั้น โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ลักษณะเฉพาะหลัง การเสียการทรงตัว การเสียการทรงตัวนั้นเกิดขึ้นเมื่อกระแสอากาศที่ไหลผ่านด้านบนของปีกแยกตัวออกเนื่องจาก มุมปะทะสูง (ซึ่งอาจเกิดจากความเร็วต่ำ แต่สาเหตุโดยตรงนั้นขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสอากาศที่สัมผัสกับปีก) จากนั้นปีกจะสูญเสียแหล่งแรงยกหลักและจะไม่สามารถพยุงเครื่องบินได้จนกว่ากระแสอากาศปกติจะกลับคืนมาเหนือปีก

พฤติกรรมของเครื่องบินเมื่อเกิดการเสียการทรงตัวเป็นจุดที่สามารถสังเกตความแตกต่างหลักระหว่างความคล่องตัวทางอากาศพลศาสตร์และความคล่องตัวขั้นสูงได้ เมื่อเกิดการเสียการทรงตัว พื้นผิวควบคุมแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะปีกเล็ก แทบจะไม่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงทิศทางของเครื่องบินเลย เครื่องบินส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรและสามารถฟื้นตัวได้ง่ายในสถานการณ์เช่นนี้ เครื่องบินจะเอียงหัวลงเพื่อให้มุมปะทะของปีกลดลงให้ตรงกับทิศทางปัจจุบันของเครื่องบิน (ซึ่งในทางเทคนิคเรียกว่าเวกเตอร์ความเร็ว) ทำให้กระแสลมปกติไหลผ่านปีกและพื้นผิวควบคุม และทำให้สามารถบินได้อย่างควบคุม^{[ 5 ]}

อย่างไรก็ตาม เครื่องบินบางลำจะเกิดอาการเสียการทรงตัวอย่างรุนแรงการออกแบบของเครื่องบินจะขัดขวางหรือป้องกันการลดมุมปะทะเพื่อฟื้นฟูการไหลของอากาศ เครื่องบินF-16มีข้อบกพร่องนี้ ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากระบบควบคุมแบบ fly-by-wire ซึ่งในบางสถานการณ์จะจำกัดความสามารถของนักบินในการชี้หัวเครื่องบินลงเพื่อลดมุมปะทะและฟื้นตัว^{[ 5 ]}ทั้งการเอียงลงอย่างรุนแรงและการเสียการทรงตัวอย่างรุนแรงนั้นไม่เป็นที่พึงปรารถนาในเครื่องบินที่มีความคล่องตัวสูง

เครื่องบินที่มีความคล่องตัวสูงเป็นพิเศษ ช่วยให้นักบินสามารถควบคุมเครื่องบินได้บ้างแม้ในขณะที่เครื่องบินเสียการทรงตัว และสามารถกลับมาควบคุมได้เต็มที่อย่างรวดเร็ว สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ส่วนใหญ่จากการออกแบบเครื่องบินที่มีความคล่องตัวสูง แต่จะไม่เสียการทรงตัวอย่างรุนแรง (ทำให้นักบินสามารถแก้ไขสถานการณ์ได้อย่างรวดเร็ว) และจะฟื้นตัวได้อย่างคาดการณ์ได้และในทิศทางที่ดี (ในอุดมคติคือการบินในระดับปกติ; ในความเป็นจริงคือการบินโดยให้หัวเครื่องบินเอียงลงน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้) จากนั้นจึงเพิ่มคุณสมบัติที่ช่วยให้นักบินสามารถควบคุมเครื่องบินได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่เครื่องบินเสียการทรงตัว และรักษาหรือกลับมาบินในระดับปกติได้ในระดับความสูงที่แคบมาก ซึ่งเหนือกว่าความสามารถของการบังคับเลี้ยวด้วยหลักอากาศพลศาสตร์เพียงอย่างเดียว

คุณสมบัติสำคัญของเครื่องบินขับไล่ที่สามารถทำการบินผาดโผนได้อย่างคล่องแคล่วคือ อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักที่สูง กล่าวคือ การเปรียบเทียบแรงที่ผลิตโดยเครื่องยนต์กับน้ำหนักของเครื่องบิน ซึ่งก็คือแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อเครื่องบิน โดยทั่วไปแล้ว อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักที่สูงเป็นสิ่งที่พึงปรารถนาในเครื่องบินผาดโผนทุกประเภท เนื่องจากช่วยให้เครื่องบินสามารถฟื้นความเร็วได้อย่างรวดเร็วหลังจากทำการบินผาดโผนด้วยแรง G สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักที่มากกว่า 1:1 ถือเป็นเกณฑ์ที่สำคัญ เนื่องจากช่วยให้เครื่องบินสามารถรักษาระดับความเร็วและแม้กระทั่งเพิ่มความเร็วได้ในท่าทางเชิดหัวขึ้น การไต่ระดับเช่นนี้อาศัยกำลังของเครื่องยนต์ล้วนๆ โดยไม่มีแรงยกจากปีกมาต้านแรงโน้มถ่วง และกลายเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการบินผาดโผนในแนวดิ่ง (ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อการรบทางอากาศ)

อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักที่สูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเครื่องบินขับไล่ที่สามารถทำการบินผาดโผนได้อย่างคล่องแคล่ว เพราะไม่เพียงแต่จะช่วยหลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่เครื่องบินอาจเสียการทรงตัว (เช่น ระหว่างการบินขึ้นในแนวดิ่ง) แต่เมื่อเครื่องบินเสียการทรงตัว อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักที่สูงจะช่วยให้นักบินสามารถเพิ่มความเร็วไปข้างหน้าได้อย่างรวดเร็วแม้ว่าเครื่องบินจะเชิดหัวลง ซึ่งจะช่วยลดมุมที่หัวเครื่องบินต้องเชิดลงเพื่อให้ตรงกับเวกเตอร์ความเร็ว ทำให้สามารถฟื้นตัวจากการเสียการทรงตัวได้เร็วขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงสามารถควบคุมการเสียการทรงตัวได้ นักบินจะจงใจทำให้เครื่องบินเสียการทรงตัวด้วยการบินผาดโผนอย่างรุนแรง จากนั้นจึงฟื้นตัวอย่างรวดเร็วด้วยกำลังเครื่องยนต์ที่สูง

ตั้งแต่ช่วงปลายยุคที่สี่จนถึงยุคที่ 4.5 ของการพัฒนาเครื่องบินรบ ความก้าวหน้าในด้านประสิทธิภาพและกำลังของเครื่องยนต์ทำให้เครื่องบินรบหลายลำมีอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักใกล้เคียงและเกินกว่า 1:1 เครื่องบินรบยุคที่ห้าส่วนใหญ่ในปัจจุบันและที่วางแผนไว้จะเกินเกณฑ์นี้

แม้ว่าความคล่องตัวขั้นสุดยอดอย่างแท้จริงจะอยู่นอกเหนือขอบเขตของสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยการควบคุมทางอากาศพลศาสตร์เพียงอย่างเดียว แต่เทคโนโลยีที่ผลักดันให้เครื่องบินมีความคล่องตัวขั้นสุดยอดนั้นก็อาศัยการออกแบบที่ควบคุมด้วยอากาศพลศาสตร์แบบดั้งเดิมเป็นพื้นฐาน ดังนั้น การออกแบบที่มีความคล่องตัวสูงด้วยอากาศพลศาสตร์แบบดั้งเดิมจึงเป็นพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับเครื่องบินรบที่มีความคล่องตัวขั้นสุดยอด

คุณสมบัติต่างๆ เช่น พื้นผิวควบคุมขนาดใหญ่ที่ให้แรงมากขึ้นด้วยการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมที่น้อยลงจากตำแหน่งที่เป็นกลาง ซึ่งช่วยลดการแยกตัวของกระแสอากาศ การออกแบบ ลำตัว ที่สร้าง แรง ยก รวมถึงการใช้ครีบใต้ลำตัว ซึ่งช่วยให้ลำตัวเครื่องบินสร้างแรงยกเพิ่มเติมจากปีก และการออกแบบที่ลดแรงต้าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการลดแรงต้านที่ขอบด้านหน้าของเครื่องบิน เช่น กรวยจมูก ปีก และท่อรับอากาศของเครื่องยนต์ ล้วนมีความสำคัญต่อการสร้างเครื่องบินที่มีความคล่องตัวสูง

เครื่องบินบางแบบ เช่นF-16 (ซึ่งในรุ่นผลิตปัจจุบันถือว่ามีความคล่องตัวสูง แต่มีเพียงF-16 VISTAซึ่งเป็นเครื่องสาธิตทางเทคโนโลยีเท่านั้นที่ถือว่ามีความคล่องตัวสูงมาก) ถูกออกแบบมาให้มีความไม่เสถียรโดยธรรมชาติ กล่าวคือ หากเครื่องบินไม่ได้รับการควบคุมอย่างสมบูรณ์ เครื่องบินจะไม่พยายามกลับสู่การบินที่ราบเรียบและเสถียรหลังจากเกิดการรบกวนเหมือนกับเครื่องบินที่ออกแบบมาให้เสถียรโดยธรรมชาติ การออกแบบเช่นนี้จึงต้องใช้ระบบ "fly-by-wire" ซึ่งคอมพิวเตอร์จะแก้ไขความไม่เสถียรเล็กน้อยไปพร้อมๆ กับการตีความข้อมูลป้อนเข้าของนักบินและควบคุมพื้นผิวควบคุมเพื่อให้ได้พฤติกรรมที่ต้องการโดยไม่ทำให้สูญเสียการควบคุม เมื่อได้รับการแก้ไขแล้ว ความไม่เสถียรของการออกแบบจะสร้างเครื่องบินที่มีความคล่องตัวสูง ปราศจากแรงต้านที่จำกัดตัวเองซึ่งการออกแบบที่เสถียรมีต่อการเคลื่อนไหวที่ต้องการ การออกแบบที่ไม่เสถียรโดยเจตนาจึงสามารถเลี้ยวได้ในอัตราที่สูงกว่าที่ควรจะเป็นมาก

คานาร์ด (Canard)คือพื้นผิวควบคุมการยกตัวที่ติดตั้งอยู่ด้านหน้าปีก บางครั้ง เช่นเดียวกับในเครื่องบินB-1Bคานาร์ดถูกใช้เพื่อช่วยรักษาเสถียรภาพส่วนที่ยืดหยุ่นของลำตัวเครื่องบิน หรือเพื่อปรับเปลี่ยนทิศทางเล็กน้อยมาก แต่บ่อยครั้งที่ใช้เป็นส่วนเสริมหรือทดแทนแพนหางเสถียร(Stabilator)ที่ ติดตั้งอยู่ด้านท้ายเครื่องบินอย่างสมบูรณ์

ทฤษฎีเบื้องหลังการใช้คานาร์ดเป็นพื้นผิวลิฟต์เพียงอย่างเดียวคือ การจัดวางลิฟต์แบบใดๆ ที่อยู่ด้านหลังปีกนั้นไม่เหมาะสมอย่างแท้จริงสำหรับวัตถุประสงค์ในการบังคับเลี้ยว กระแสลมที่พัดผ่านปีกจะสร้างความปั่นป่วน แม้จะเล็กน้อยก็ตาม และส่งผลกระทบต่อลิฟต์ที่ติดตั้งอยู่ด้านหลังปีกโดยตรง การติดตั้งไว้ใต้ปีก (ซึ่งพบได้ทั่วไปในเครื่องบินรบหลายลำ) จะทำให้ลิฟต์สัมผัสกับความปั่นป่วนที่มากขึ้นจากอาวุธใต้ปีก

วิธีแก้ปัญหาดั้งเดิมอย่างหางรูปตัว Tนั้นถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างมากว่ามีแนวโน้มที่จะเกิด "การเสียการทรงตัวอย่างรุนแรง" ที่อันตราย วิธีแก้ปัญหาอื่นๆ เช่นหางรูปตัว Vนั้นวางพื้นผิวควบคุมหางเสือและยกตัวไว้นอกกระแสลมของปีก แต่ลดประสิทธิภาพของพื้นผิวควบคุมในแกนการเอียงและการหมุนลง

ปีกเล็กด้านหน้า (canard) เป็นส่วนเสริมของลิฟต์แบบดั้งเดิม ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวควบคุมอย่างมาก และมักจะเพิ่มมุมปะทะวิกฤตของปีก เนื่องจากปีกเล็กด้านหน้าจะนำอากาศไปยังขอบหน้าของปีกโดยตรงมากขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถออกแบบให้ทำงานได้อย่างอิสระ (เช่น หมุนสวนทางกัน) จึงทำหน้าที่เป็นปีกควบคุมการทรงตัว ( aileron ) ได้อีกด้วย

ปีกเล็กด้านหน้า (canards) ไม่ใช่สิ่งจำเป็น และอาจมีข้อเสีย เช่น ทัศนวิสัยของนักบินลดลง ความซับซ้อนและความเปราะบางทางกลไกที่เพิ่มขึ้น และสัญญาณเรดาร์ที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าพื้นที่หน้าตัดเรดาร์จะลดลงได้โดยการควบคุมการเบี่ยงเบนของปีกเล็กด้านหน้าผ่านซอฟต์แวร์ควบคุมการบิน ดังเช่นที่ทำในเครื่องบินยูโรไฟเตอร์^{[ 6 ] [ 7 ]}ตัวอย่างเช่น เครื่องบิน F-22 ไม่ได้ติดตั้งปีกเล็กด้านหน้า ส่วนใหญ่เป็นเพราะเหตุผลด้านการพรางตัว เครื่องบินขับไล่พรางตัวเพียงลำเดียวที่ติดตั้งปีกเล็กด้านหน้าคือเครื่องบินJ- 20

เครื่องบิน Su-35 รุ่นผลิตจริงก็ไม่มีปีกเล็กด้านหน้า (canards) เช่นกัน เครื่องบินต้นแบบและเครื่องบินทดสอบความคล่องตัวหลายรุ่น เช่นF-15 S/MTDมีการติดตั้งปีกเล็กด้านหน้า แม้ว่าเครื่องบินรุ่นผลิตจริงจะไม่มีก็ตาม เครื่องบินรบรุ่นผลิตจริงอย่างEurofighter Typhoon , Dassault RafaleและSaab Gripenล้วนใช้โครงสร้างปีกสามเหลี่ยม (delta-wing) พร้อมปีกเล็กด้านหน้า ขณะที่ Su-27 บางรุ่น รวมถึง Su-30, Su-30MKI, Su-33 และ Su-37 ใช้ปีกเล็กด้านหน้าเพื่อเสริมการทำงานของแพนหางแบบดั้งเดิม

แม้ว่าทั้งเครื่องบินที่ออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์และเครื่องบินที่ควบคุมการหลบหลีกได้อย่างคล่องแว่วจะมีอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักสูงและความคล่องตัวทางอากาศพลศาสตร์สูง แต่เทคโนโลยีที่เชื่อมโยงกับความคล่องตัวสูงโดยตรงที่สุดคือ การ ปรับทิศทางแรงขับ ( thrust vectoring ) ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตของหัวฉีดไอเสียของเครื่องยนต์เจ็ทแบบดั้งเดิม เพื่อปรับมุมแรงขับของเครื่องยนต์ไปในทิศทางอื่นที่ไม่ใช่ทิศทางตรงไปด้านหลัง (เช่น ขึ้นหรือลง)

ระบบนี้จะออกแรงกดไปที่ด้านหลังของเครื่องบินในทิศทางตรงกันข้าม คล้ายกับพื้นผิวควบคุมแบบดั้งเดิม แต่แตกต่างจากพื้นผิวควบคุมตรงที่แรงจากแรงขับแบบปรับทิศทางนั้นขึ้นอยู่กับแรงขับของเครื่องยนต์ในขณะนั้น ไม่ใช่ความเร็วลม ดังนั้น การปรับทิศทางแรงขับจึงไม่เพียงแต่ช่วยเสริมพื้นผิวควบคุม (โดยทั่วไปคือแพนหางเสือ) ที่ความเร็วสูงเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เครื่องบินรักษาความคล่องตัวสูงสุดที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วในการเลี้ยว และควบคุมทิศทางได้บ้างที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วในการร่วงหล่นขณะทำการบินผาดโผน

เครื่องบินสาธิตเทคโนโลยี เช่นX-31 , F-16 VISTAและF-15 S/MTDถูกสร้างขึ้นเพื่อแสดงศักยภาพของเครื่องบินที่ใช้เทคโนโลยีนี้ ต่อมาได้มีการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในเครื่องบินรบก่อนการผลิตและเครื่องบินรบที่ผลิตจริง เช่นF-22 Raptorบริษัทออกแบบในกลุ่มประเทศตะวันออกยังได้นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในเครื่องบินรบรุ่นที่สี่หลายรุ่น เช่นMiG-29และSu-27เพื่อสร้าง เครื่องบินสาธิตเทคโนโลยี MiG-29OVTและ เครื่องบินรบครองอากาศ Su-30MKIตามลำดับ และเครื่องบินรบรุ่นที่ห้าที่รัสเซียออกแบบ เช่นSukhoi Su-57ก็จะใช้เทคโนโลยีนี้เช่นกัน นอกจากนี้ เครื่องบินรบ Su-30 ของรัสเซียจะได้รับการอัพเกรดด้วยเครื่องยนต์ปรับทิศทางแรงขับ^{[ 8 ]}

การควบคุมทิศทางแรงขับมีประโยชน์อย่างยิ่งในการทำการบินผาดโผน เช่นการเลี้ยวรูปตัว J ในอากาศซึ่งหัวเครื่องบินจะชี้ขึ้นด้านบน (ดังนั้นแรงขับของเครื่องยนต์จึงต้านแรงโน้มถ่วงและช่วยควบคุมทิศทางด้วย) โดยทั่วไปแล้วถือว่าแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำการเลี้ยวรูปตัว J อย่างแท้จริงโดยปราศจากการควบคุมทิศทางแรงขับ การบินผาดโผนอื่นๆ ที่ถือว่าไม่สามารถทำได้อย่างควบคุมได้โดยใช้เพียงการควบคุมทางอากาศพลศาสตร์ ได้แก่ การบินวน 360 องศา (Bell loop) โดยมีการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงน้อยมาก และการหมุนตัวแบบแบนราบ ที่ควบคุมได้ (การหมุน 360 องศา รอบจุดหมุนที่อยู่ภายในเครื่องบิน)

• ดัชนีบทความด้านการบิน