Prawidłowo – w klasycznym sztucznym horyzoncie stosowanym w lotnictwie oś główna wirującego giroskopu jest ustawiona zgodnie z osią z‑z statku powietrznego, czyli pionowo względem kadłuba. To oznacza, że wirnik „broni się” przed zmianą położenia w płaszczyźnie przechylenia i pochylenia, a przyrząd może wykrywać ruchy samolotu wokół osi x‑x (roll) i y‑y (pitch). Sam giroskop stabilizuje się względem horyzontu, a obudowa przyrządu obraca się razem z samolotem. Dzięki temu różnica między położeniem wirnika a obudowy jest odwzorowana wskazaniami sztucznego horyzontu. Moim zdaniem kluczowe jest tu skojarzenie: oś z‑z w samolocie to oś pionowa (yaw), a oś wirowania żyroskopu jest z nią równoległa. Z punktu widzenia praktyki obsługowej i pilotażu ma to duże znaczenie. Przyrząd reaguje na momenty żyroskopowe powstające przy obrocie kadłuba wokół osi poprzecznej i podłużnej, ale nie „widzi” obrotu wokół własnej osi wirowania. Dlatego do pomiaru kursu stosuje się osobny żyrokompas lub heading indicator, w którym oś giroskopu jest inaczej zorientowana (zwykle równolegle do osi x‑x). W standardach konstrukcyjnych przyrządów pokładowych (np. CS‑23, DO‑160 w części środowiskowej, a także normy ARINC dla zespołów wskaźników) wymaga się, aby sztuczny horyzont zapewniał poprawne wskazania przy określonych przyspieszeniach kątowych właśnie wokół osi x‑x i y‑y, co wynika bezpośrednio z orientacji osi z‑z giroskopu. W praktyce serwisowej technik awionik, sprawdzając sztuczny horyzont na stanowisku testowym, weryfikuje stabilność osi wirowania: przy obrocie przyrządu wokół osi z‑z wskazania nie powinny istotnie się zmieniać, natomiast przy wychylaniu w przechyleniu i pochyleniu tarcza horyzontu musi reagować płynnie i zgodnie z rzeczywistym ruchem. To bardzo dobre ćwiczenie, żeby sobie tę geometrię osi raz na zawsze poukładać w głowie.
W tym zadaniu łatwo się pomylić, bo intuicyjnie wielu osobom wydaje się, że skoro sztuczny horyzont pokazuje przechylenie wokół osi podłużnej x‑x i pochylenie wokół osi poprzecznej y‑y, to oś giroskopu musi być równoległa do którejś z tych osi, albo wręcz leżeć w płaszczyźnie xy. To jest właśnie typowy błąd myślowy: mylenie osi pomiaru z osią wirowania żyroskopu. Działanie przyrządu opiera się na zasadzie bezwładności osi obrotu – wirnik „chce” zachować swoje pierwotne ustawienie w przestrzeni. Jeżeli więc chcemy, żeby przyrząd reagował na ruchy samolotu w przechyle i pochyleniu, to konstruktorzy ustawiają oś wirowania pionowo, czyli zgodnie z osią z‑z kadłuba. Samolot obraca się wtedy wokół osi x‑x i y‑y względem tej stabilnej osi giroskopu, a mechanizm przetwarza powstające momenty żyroskopowe na ruch wskazań. Założenie, że oś jest zgodna z osią y‑y, oznaczałoby, że wirnik jest ułożony poprzecznie, jak belka skrzydła. Taki układ byłby wrażliwy głównie na ruch wokół osi z‑z i x‑x, a to bardziej pasuje do przyrządów kursowych, a nie do typowego sztucznego horyzontu. Podobnie wariant z osią x‑x – wtedy giroskop miałby charakterystykę odpowiednią raczej do stabilizacji kierunku lub specjalnych systemów autopilota, a nie do klasycznego wskaźnika przechylenia i pochylenia. Z kolei pomysł, że oś jest równoległa do płaszczyzny xy, całkowicie kłóci się z ideą wykorzystania stałej osi pionowej jako odniesienia do horyzontu ziemi. W takim ustawieniu przyrząd byłby bardzo wrażliwy na przyspieszenia boczne i podłużne, a dużo gorzej zachowywałby się przy typowych manewrach w locie. Z mojego doświadczenia wynika, że pomaga najpierw narysować sobie trzy osie samolotu: x‑x do przodu, y‑y w prawo, z‑z w dół. Potem warto popatrzeć na typowy rysunek sztucznego horyzontu: wirnik jest „postawiony” pionowo, a cały zespół zawieszony na ramkach gimbalowych tak, żeby mógł się swobodnie odchylać przy ruchach statku wokół osi x i y. Dzięki temu przyrząd zgodnie z wymaganiami certyfikacyjnymi (np. CS‑23, wymagania dla przyrządów pokładowych) zapewnia stabilne i czytelne odniesienie do horyzontu podczas większości normalnych faz lotu. Dlatego wszystkie odpowiedzi sugerujące oś x‑x, y‑y lub płaszczyznę xy nie pasują do rzeczywistej budowy giroskopowego sztucznego horyzontu.