飛行員用眼雖然也可以估計出飛機與地面的距離，但這樣得出的結論很不準確。而且當光線不好或飛機飛得很高時，用目測高度就根本不可能。用大氣壓力變化與高度相關的原理，製造出的飛機高度表解決了這個問題。
大氣壓力是由空氣的重量堆積而成的，越到高處空氣的厚度就越小，氣壓就越低。隨著高度的增加，氣壓線性下降。如果在飛機上能測出外面的氣壓，當然就可以換算出飛機此刻的飛行高度。飛機上現在裝的就是以這樣原理做的氣壓表，但錶盤上顯示出的數字卻是經過換算出來的高度，這就方便於飛行員的使用了。
飛機在空中飛行，飛行員不僅要知道飛機對地面運動的速度（地速），而且還要知道飛機相對於空氣運動的速度（空速）。下面先解釋一下對飛機來說比較重要的空速。機翼的升力來自於流過機翼上下表面氣流的速度差，因此空速決定了升力的大小。空速越大，升力越大；沒有空速，升力消失，飛機就會從天上掉下來。相對於飛機來說，空氣流動的越快，對飛機衝擊的壓力也越大，這個壓力被稱之為動壓。動壓與空速相關，當動壓被測出後也就可以換算出空速。
測量空速的系統由三部分組成。第一部分叫全壓管。它是一根向飛行前方伸出的管子，被裝在機頭或翼尖上。當空氣迎面吹過來流入管中，在管子的後部就可以感受到流入空氣的全部壓力。這個壓力由空氣流入管內的動壓和空氣靜止時內部的靜壓組成。第二部分是靜壓孔。靜壓孔是開在機身側方不受氣流幹擾的一些小孔。空氣從這裡緩慢流入孔內，這裡的空氣壓力是靜壓。第三部分是壓力表，表的一端與全壓管相連，另一端與靜壓孔相連。壓力表測得的數字是全壓與靜壓之差，也就是動壓。根據動壓與空速的相關關係，就能將空速換算出來。
地速表明飛行中的飛機相對於地面運動的速度。地速是空速加上空氣本身的流速（風速）這兩部分組成。空速、風速、地速都是可以是指向任務方向的矢量。當把它們加在一起時，三個矢量組成一個三角形，這就是有名的速度三角形。通過它，飛行員就可以知道飛機的地速是多少了。
低速飛機在飛行時，飛行員依靠觀察地面的標誌來辨別方向。一旦飛機升到雲海之上或在海洋上空飛行時就找不到地面標誌物了。藉助於我們祖先的偉大發明之一磁羅盤，這個問題就解決了。在飛機上的這個磁羅盤（指南針）是經過改裝的，叫做航向儀。
因為飛機飛行速度很快，沿地表面飛行時，儘管乘客感受不到地球的彎曲弧度，但磁羅盤卻會感覺到這種變化。飛機沿著地表曲度不斷變化著姿態，如果磁羅盤的運動趕不上這種變化速度，那麼它指出的就是錯誤方向。為此在磁羅盤上還要附加一套陀螺，這樣才能使磁羅盤一直保持與地面平行的姿態，為飛機指明正確的方向，這一整套裝置叫航道羅盤。
飛機在空中具有各種不同的飛行姿態，包含了飛機的仰頭、低頭、左傾斜、右傾斜等變化。飛行姿態決定著飛機的動向，既影響飛行高度，也影響飛行的方向。
低速飛行時，駕駛員靠觀察地面，根據地平線的位置可以判斷出飛機的姿態。但由於駕駛員身體的姿態隨飛機的姿態而變化，因此這種感覺並不可靠。例如當飛機轉了一個很小角度的彎，機身傾斜得很厲害，駕駛員一時不能很快地調整好自己的平衡感覺，從而不能正確地判斷地平線的位置，就可能導致飛機不能恢復到正確的飛行姿態上來。
還有飛機在海上做夜間飛行，漆黑的天空與漆黑的大海同樣都會閃爍著星光或亮光。在這茫茫黑夜中很難分辨哪裡是天空，哪裡是大海，稍有失誤，很容易就把飛機開進海中。
為了飛行的安全，極有必要製作出一種能指示飛機飛行姿態的儀表。這塊儀表必須具有這樣一種性能，即能夠顯示出一條不隨著飛機的俯仰、傾斜而變動的地平線。在表上這條線的上方即為天，下方即為地。天與地都分別用不同的顏色予以區別，非常醒目。怎樣才能造出這條地平線呢？設計者從玩具陀螺中獲得了靈感。
許多小孩都玩過陀螺。它的神奇之處在於當它轉動起來以後，無論你如何去碰它，它總是保持直立姿態，決不會躺倒。而且它轉的越快，這種能保持直立的特性就越強。
換句話說：陀螺轉動起來後，它可以保持它的旋轉軸的指向不受外界的幹擾，指向它起始的方向，利用這個原理，在19世紀末就製造出來陀螺儀，它的核心部分是一個高速轉動的陀螺，專業術語叫轉子。把轉子裝在一個各方向均可自由轉動的支架上，這就是陀螺儀。把陀螺儀安裝到其他設備上，不管這個設備如何運動，陀螺儀內轉子旋轉軸的方向是不會改變的。
飛機發明後不久，陀螺儀就被用到了飛機上。把陀螺儀的支架和機身連在一起，它的轉子在高速旋轉時，旋轉軸垂直於地面，有一根橫向指示杆和轉子軸垂直交叉相連。飛機可以改變飛行姿態，但轉子軸會始終指向地面，橫向標示杆就始終和地平線平行，它在儀表中被叫做人造地平線，這個儀表被稱為地平儀，也叫姿態指引儀。在實際飛行時，駕駛員在任何時都應相信地平儀指示出的飛行姿態而不是相信自己的感覺判斷，從而避免因飛機的劇烈俯仰傾斜動作導致的判斷失誤，這樣才能保證飛機安全飛行。（轉載自：瑞鋒航空俱樂部）
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