เทคโนโลยีที่ต่อต้านกองกำลังของธรรมชาติอย่างหนึ่ง คือการทำให้วัตถุหนักหลายร้อยตันลอยอยู่กลางอากาศ ซึ่งจะต่อต้านแรงในทางธรรมชาติที่พยายามดึงวัตถุต่างๆให้อยู่บนพื้นโลก การที่อากาศยานทุกชนิดจะลอยอยู่และเดินทางไปในอากาศได้นั้นมีแรงทางธรรมชาติที่เกี่ยวข้องอยู่ 4 ชนิดคือ

1. แรงขับดัน (Trust) เป็นแรงที่สนับสนุนให้เกิดการลอยอยู่และเดินทางไปในอากาศ
2. แรกยกตัว (Lift) เป็นแรงที่สนับสนุนให้เกิดการลอยอยู่และเดินทางไปในอากาศ
3. แรงดึงดูดของโลก (Gravity) เป็นแรงที่ต่อต้านการลอยอยู่และเดินทางไปในอากาศ
4. แรงต้าน (Drag) เป็นแรงที่ต่อต้านการลอยอยู่และเดินทางไปในอากาศ

ในขณะที่อากาศยานลอยตัวอยู่นิ่งๆ ด้วยความเร็วและทิศทางคงที่ แรงทั้งสี่นี้จะอยู่ในสภาวะที่สมดุลย์

แรงขับดัน (Trust)

แรงขับดันเกิดจากเครื่องยนต์ของอากาศยาน สร้างแรงบิดหมุนใบพัดผลักดันอากาศ(หรืออากาศผสมเชื้อเพลิงในกรณีเครื่องยนต์เจ็ท)สร้างแรงขับดันให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เมื่อใบพัดของเครื่องบินตัดผ่านอากาศจะเกิดแรงผลักดันขึ้นที่ตัวใบพัด และนี่คือแรงที่ผลักดันให้เครื่องบินลอยสู่อากาศ เราสามารถเพิ่ม แรงขับดันได้โดยการใช้ คันเร่ง (throttle)เพื่อเพิ่ม กำลังให้กับเครื่องยนต์ เมื่อกำลังเพิ่มขึ้น จะทำให้ แรงขับดันมีค่ามากกว่า แรงต้าน จึงทำให้เครื่องบินมีอัตราเร่ง จึงที่ให้เครื่องบินมีความเร็วเพิ่มขึ้น ส่วน แรงต้านนั้นเมื่อ แรงขับดันเพิ่มขึ้น แรงต้านก็จะเพิ่มตาม จนกระทั่งมีค่าเท่ากับ แรงขับดัน ก็จะทำให้ความเร็วอากาศ (airspeed)คงที่ ที่ความเร็วที่สูงกว่าเดิม ณ ตำแหน่งนี้ก็จะเกิด สภาวะสมดุลย์ อีกครั้ง เมื่อเรา ลดแรงขับดัน จะทำให้ แรงต้านเพิ่มมากขึ้น เป็นสาเหตุให้ ความเร็วอากาศ ลดลง ทำให้เครื่องบินช้าลง เมื่อแรงต้านลดลงจนกระทั่งเท่ากับ แรงขับดัน ความเร็วอากาศก็จะคงที่ นั่นคือ การอยู่ใน สถานะสมดุลย์ อีกครั้ง

แรงยกตัว (Lift)

เป็นแรงหลักในระบบอากาศพลศาสตร์ (Aerodynamic) โดยที่แรงนี้จะมีทิศทางตรงกันข้ามกับแรงดึงดูดของโลก ในการบินตรง บินระดับ (straight-and-level) เมื่อ แรงดึงดูดของโลก กับ แรงยกตัว มีค่าเท่ากัน เครื่องบินก็จะรักษาระดับเดิมไว้ ได้ แต่ถ้ามีแรงในระบบอากาศพลศาสตร์ อื่นๆ มากระทำต่อเครื่องบิน จะทำให้ เครื่องบิน มีการเปลี่ยนแปลง อาจจะสูงขึ้น หรือ ลดระดับลงแล้วแต่แรงที่มากระทำ ในขณะนั้น

แรงยกตัวเกิดขึ้นเนื่องจากการไหลของอากาศบริเวณทั้งส่วนเหนือและใต้พื้นผิวของปีก ปีกจะถูกออกแบบมาเพื่อให้มีผิวตามหน้าตัด (Cross Section) ที่มีระยะห่างระหว่างจุด A ถึง B ทางด้านบนยาวกว่าทางด้านใต้ปีก อากาศด้านบนจึงต้องเเดินทางจาก A ถึง B ด้วยความเร็วที่สูงกว่าที่ด้านใต้ของปีกซึ่งจะสร้างความแตกต่างในความกดอากาศระหว่างด้านบนและด้านล่างของปีกเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Bernoulli Effect ซึ่งจะส่งผลให้มีความดันอากาศที่ใต้ปีกมากกว่าความดันอากาศที่เหนือปีกความดันที่แตกต่างกันจึงเกิดเป็นแรงยกตัว และหากเครื่องบินกำลังเอียงเพื่อทำวงเลี้ยว, แรงยกตัวจะเกิดขึ้นในทิศทางด้านข้างเล็กน้อย ถ้าอากาศยานบินในท่าทางที่กลับหัวแรงยกตัวจะทำงานเสริมกับแรงดึงดูดของโลกดึงให้เครื่องบินเคลื่อนที่ในทิศทางของพื้นโลก แรงยกตัวจะกระทำที่ส่วนกลางของปีกโดยคล้อยไปทางด้านหลังเล็กน้อย

การสร้างและการเพิ่มแรงยกตัวทำได้สองวิธีคือ

1. โดยการเพิ่มความเร็วของอากาศที่ไหลผ่านผิวปีก ให้มีความเร็วมากขึ้น
2. โดยการเพิ่มมุมปะทะ

หลายปัจจัยที่กำหนดวิธีการยกมากถูกสร้างขึ้น ก่อนพิจารณามุมที่ปีกกระทบอากาศ นี้เรียกว่ามุมของการปะทะที่เป็นอิสระจากเวกเตอร์เส้นทางการบินของเครื่องบิน มุมนี้ยกขึ้นเกิดขึ้นมากเท่าใดแรงยกก็จะมากขึ้นเท่านั้น แต่ในมุมที่สูงชันกว่า 30 องศา แต่ลมที่ผ่านปีกมีความเร็วช้าลงหรือหยุดชะงัก และเครื่องบินจะเกิดอาการร่วงหล่น (Stall) เกิดขึ้นเนื่องจากไม่มีแรงยกตัว เครื่องบินตกอยู่ในการจิกหัว (Dive) และเครื่องบินจะสามารถกลับมาสู่สภาวะปกติได้ก็ต่อเมื่อมีความเร็วของลมที่ผ่านปีกมีปริมาณสูงพอ

แรงต้าน (Drag)

ลากตรงข้ามกับแรงผลักดัน แม้ว่าส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงต้านของอากาศเป็นอากาศไหลไปรอบปีกหลายประเภทของการลากอยู่ ลากถูกสร้างขึ้นส่วนใหญ่โดยแรงเสียดทานผิวง่ายๆเป็นโมเลกุลของอากาศ "ติด" กับพื้นผิวปีก พื้นผิวที่เรียบทำให้เกิดการลากน้อยลงในขณะที่โครงสร้างใหญ่สร้างลากเพิ่มเติม

ลากบางคนมีอะไรจะทำอย่างไรกับแรงต้านของอากาศและเป็นจริงผลที่สองของลิฟท์ เพราะยกมุมข้างหลังเล็กน้อยก็เป็นได้ทั้งสองขึ้นแรงในแนวตั้งและแนวนอนแรงถอยหลัง ส่วนด้านหลังเป็นลาก ประเภทของการลากก็คือการเหนี่ยวนำด้วยความเร็วที่ใกล้จักร 1 เมื่อความแตกต่างความดันเริ่มต้นการสร้างขึ้นระหว่างพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของแพนอากาศ ความดันในด้านหน้าของปีกมีค่ามากกว่าความดันที่อยู่เบื้องหลังปีกที่สร้างแรงสุทธิที่ตรงข้ามกับการแทง ในเครื่องบิน WW II, ประเภทสุดท้ายของการลากนี้เกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างการดำน้ำเป็นเวลานาน

แรงโน้มถ่วง (GRAVITY)

แรงโน้มถ่วงเกิดจากความเร่งธรรมชาติที่เกิดจากโลก สสารทุกชนิดบนพื้นโลกจะได้รับแรงโน้มถ่วงกระทำ ทำให้เกิดความเร่งเท่ากันในแนวเข้าหาแกนโลกคือแนวลงสู่พื้น การที่เครื่องบินจะลอยตัวจากพื้นโลกได้จำเป็นจะต้องมีแรงลอยตัวสูงกว่าแรงโน้มถ่วงที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงจะถูกสร้าง

G-Force

"G"คือหน่วยของแรงที่เปรียบเทียบเป็นจำนวนเท่ากับแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำกับวัตถุนั้นๆ วัตถุที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวโลก แรงโน้มถ่วงจริงหมายถึงน้ำหนักของวัตถุ (เท่ากับมวลคูณกับความเร่งหรือF = ma.)เครื่องบินที่บินในระดับความสูงไม่มากมั้กจะได้รับประสบการณ์ประสบการณ์ของความแรงขนาด 1GแรงGเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในความเร็วหรือในทิศทางของการเคลื่อนไหว เครื่องบินที่ทำการเลี้ยวด้วยวงเลี้ยวที่แคบมากๆที่ความเร็วระดับปานกลางถึงความเร็วสูง หรือการบินแบบฉวัดเฉวียน อาจจะเกิดเป็นปรากฎการ แรงGซึ่งเป็นได้ทั้งบวกหรือลบ. บวกGทำให้คุณรู้สึกหนักเพราะเกิดแรงกระทำในทิศทางลง พวกเขาผลักดันให้คุณกลับเข้ามาในที่นั่งของคุณและส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงการเปลี่ยนที่คมหรือปีนขึ้นไปที่สูงชัน.Gเชิงลบทำให้คุณรู้สึกเบาเพราะพวกเขากำลังดึงในทิศทางที่ปรับตัวสูงขึ้นเมื่อเทียบกับ เมื่อคุณอยู่ในบินแบบปักหัวลงแบบสูงชันซึ่งจะทำให้เกิดแรงที่ผลักเราออกจากเก้าอี้นั่ง ทิศทางของ แรงGที่จะสัมพันธ์กับตำแหน่งของอากาศยานถ้าคุณกำลังบินคว่ำลง, Gขึ้นจริงดึงในทิศทางที่ลดลง

น้ำหนักเสมือน

น้ำหนักเสมือนหมายถึงความหนักที่เกิดขึ้นกับวัตถุหลังจากที่ได้พิจารณาถึงปริมาณและทิศทางของแรงGแล้ว เช่นในเที่ยวบินหนึ่งเกิดแรงGในปริมาณ 1Gกระทำกับเครื่องบินและนักบิน แรงดังกล่าวจะมีปริมาณเท่ากับน้ำหนักของพวกเขาในสภาพหยุดนิ่ง ถ้าหากนักบินทำให้การบินใต่ระดับแบบสูงชันจนเกิดแรงGแบบบวกจะทำให้นักบินรู้สึกว่าตัวเขามีน้ำหนักมากขั่วคราว แรงGจะเกิดขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของความเร่งอย่างฉับพลันและจะส่งผลกับวัตถุในลักษณะของน้ำหนักเสมือน

ผลกระทบทางกายภาพของแรง G

ร่างกายมนุษย์สามารถทนต่อแรงGได้ประมาณ 9 หรือ 10Gในทางบวกหรือ 2 ถึง 3 สามGในทางลบ ได้นานหลายวินาทีในเวลา สำหรับ แรงGในแนวบวกในเวลาที่ยาวนานจะเป็นสาเหตุของการสะสมของเลือดในส่วนล่างของร่างกายและลำตัว ทำให้สมองและเรตินาได้รับเลือดน้อยลงจึงได้รับออกซิเจนน้อย ในที่สุดจะเกิดอาการมองเห็นภาพเป็นสีเทาตามอาการหมดสติของนักบิน ส่วนแรงGในทางลบมากเกินไปจะมีผลที่คล้ายกันยกเว้นว่าจะเกิดการสะสมของเลือดในสมองและลำตัวท่อนบน ทำให้เกิดเส้นเลือดฝอยเล็ก ๆ ในดวงตาบวมสร้างผลกระทบให้เกิดอาการตาแดงจากเส้นเลือดฝอยในตาแตก

VECTORS ของการเคลื่อนที่

พิช(Pitch)คือการเคลื่อนไหวของเครื่องบินในแนวขึ้นและลงของจมูกเครื่องบิน โดยมีการเคลื่อนที่เป็นแบบการหมุนรอบเส้นแกนสมมุติที่ลากระหว่างจากปลายปีกทั้งสองข้าง เมื่อนักบินดึงคันบังคับเข้าหาตัว เอเลเวเตอร์ หรือปีกบังคับระดับที่หางจะขยับลงทำให้จมูกของเครื่องบินขยับสูงขึ้น และเมื่อนักบินผลักคันบังคับเข้าหาตัว ตัว เอเลเวเตอร์ หรือปีกบังคับระดับที่หางจะขยับขึ้นทำให้จมูกของเครื่องบินขยับลง

ยอว์ (Yaw) การหมุนจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งของจมูกรอบแกนแนวตั้งผ่านศูนย์กลางของอากาศยานเครื่องบิน เป็นการเปลี่ยนแปลงทิศทางของเที่ยวบินในแนวนอน แต่ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อระดับความสูง โดยทั่วไปนักบินปรับมุมของใช้หางเสือไปทางซ้ายหรือขวาซึ่งสร้างหันเห

โรล (Roll) เมื่อมีการปรับ แอรอน(Aileron)ขึ้นหรือลงเครื่องบินจะยังคงรักษาทิศทางตรงไปข้างหน้าเหมือนทิศทางการเดินทางที่ผ่านมา แต่เครื่องบินจะหมุนรอบๆแกนสมมุติกลางลำตัวที่ลากจากปลายจมูกของเครื่องบินไปยังส่วนหาง การโรลของเครื่องบินนั้นเกิดมาจากโยกคันบังคับไปทางซ้ายหรือขวาทำให้เกิดการปรับ แอรอนในส่วนของปีกด้านซ้ายและขวาในทางตรงข้ามกันส่งผลให้เกิดแรงยกที่ปีกในทิศตรงกันข้าม ส่งผลให้เครื่องบินหมุนรอบแกนลำตัวตามยาว

แบงค์ (Bank)

เมื่อเครื่องบินจะทำการเลี้ยวในสถานการณ์จริง เครื่องบินมักจะไม่ใช้วิธีการยอว์(Yaw)เนื่องมาจากความเร็วของเครื่องบินจะทำให้หางเสือ(Rudder)รับแรงปะทะที่มากเกินไป การเลี้ยวของเครื่องบินมักจะทำโดยการ โรล และ พิช ในเวลาเดียวกัน เรียกว่าการเลี้ยวโดยการ แบงค์ เช่น การเลี้ยวซ้ายจะสามารถทำได้โดยการ พิชเครื่องบินขึ้นและโรลไปทางซ้ายในเวลาเดียวกัน ข้อเสียของการเลี้ยวโดยวิธีการแบงค์คือ เครื่องบินจะสูญเสียทั้งความเร็วและแรงยกทำให้เครื่องบินลดระดับ ดังนั้นในการทำเลี้ยวด้วยวิธีการแบงค์นักบินมักจะต้องเร่งเครื่องยนต์เพื่อสร้างแรงขับดันเป็นพิเศษ

ปีกที่ขยับได้ (Control Surface)

ปีกที่ขยับได้ของเครื่องบินทั้งหมดใช้ในการบังคับทิศทางและท่าทางการบินทำงานได้โดยใช้หลักการสร้างแรงยกในทิศต่างๆกัน แรงยกต่างๆเหล่านี้บางครั้งจะทำงานอิสระต่อกัน และในบางครั้งจะทำงานเสริมกัน เพื่อปรับท่าทางการบิน ท่าทางการบินที่ได้จะเป็นผลรวมของแรงยกทั้งหมดที่เกิดจากปีกที่ขยับได้ทุกชิ้น

แอเลเวเตอร์ (Elevator)

แอเลเวเตอร์คือส่วนของปีกหางที่สามารถขยับขึ้นลงได้ในแนวระนาบ โดยที่ส่วนหางโดยรวมของเครื่องบินมีหน้าที่รักษาเสถียรภาพของเครื่องบิน ส่วนหางที่ขยับได้จะช่วยในการสร้างแรงยกเพื่อการ พิช ของเครื่องบิน เมื่อเครื่องบินต้องการพิช นักบินจะค่อยๆดึงคันบังคับหรือผลักไปด้านหน้า เพื่อปรับมุมของแอเลเวเตอร์ การพิชในเวลากระชั้นชิดอาจจะเป็นการเพิ่มขนาดของมุมปะทะในเวลารวดเร็วซึ่งจะเป็นสาเหตุของการร่วงหล่นของเครื่องบินได้

หางเสือ (Rudder)

หางเสือเป็นส่วนประกอบในแนวตั้งปรากฎอยู่ที่ส่วนหางของเครื่องบิน ในส่วนหลังของหางจะประกอบด้วยหางเสือซึ่งเป็นปีกที่ขยับไปมาได้ในแนวตั้ง หางเสือจะสามารถบังคับเครื่องบินให้หมุนจมูกของเครื่องบินไปทางด้านซ้ายหรือขวา การปรับหางเสือไปทางซ้ายจะส่งผลให้เครื่องบินหมุนส่วนจมูกไปทางด้านซ้าย และการปรับหางเสือไปทางขวาจะส่งผลให้เครื่องบินหมุนส่วนจมูกไปทางด้านขวา การใช้หางเสือทำให้เกิดการเคลื่อนไหวเล็กน้อยในลักษณะของการโรล

แอรอน (Aileron)

แอรอน คือส่วนที่ขยับได้ของปีก แอรอนสามารถขยับได้ในแนวนอน แอรอนที่ติดตั้งอยู่ในบริเวณปีกซ้ายและขวาจะขยับในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อทำให้เครื่องบินเกิดการ โรล

แฟลป (Flaps)

แฟลป คล้ายกับแอรอนแต่มักจะอยู่ใกล้กับโคนปีกและทำงานแบบควบคู่กันทั้งปีกซ้ายและขวา พนังขึ้นสอดรับกับรูปร่างตามธรรมชาติของปีก พนังลดลงเปลี่ยนแปลงการไหลของอากาศที่อยู่รอบ ๆ ปีกได้อย่างมีประสิทธิภาพเปลี่ยนรูปร่างปีกอากาศพลศาสตร์และการเพิ่มจำนวนของลิฟท์ที่มีอยู่

แฟลปใช้ในการเพิ่มแรงยกในขณะที่เครื่องบินขึ้นหรือลง และสามารถพับเก็บได้ในระหว่างการบินเพื่อเพิ่มความเร็วในการบิน ในขณะที่มุมของแฟลบเพิ่มขึ้นเครื่องบินทั้งมุมปะทะและแรงต้านจะเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกัน เราสามารถที่จะใช้แฟลบพร้อมๆกับการเบาคันเร่งเพื่อลดความเร็วได้อย่างรวดเร็ว

ข้อควรระวังอย่างหนึ่งก็คือ แฟลปจะทำงานได้ดีแต่เฉพาะเมื่อเครื่องบินเดินทางด้วยความเร็วต่ำถึงความเร็วปานกลางเท่านั้น ถ้าเครื่องบินจะเดินทางเร็วเกินไปอากาศจะไหลผ่านแฟลบเร็วเกินไปและจะทำให้เกิดแรงต้า ในการจิกหัวลงด้วยความเร็วสูงแฟลบ อาจใช้งานไม่ได้เนื่องจากอากาศเดินทางอย่างผ่านแฟลบรวดเร็วเกินไปจะแฟลบไม่สามารถจะขยับได้