Первые полёты

В 1866 г. польский крестьянин, скульптор и плотник по имени Ян Внек построил и летал на управляемом планёре. Внек был неграмотным самоучкой и мог рассчитывать только на свои познания о природе, основанные на наблюдении полёта птиц и на собственном опыте и навыках строителя и скульптора. Ян Внек был твердо привязан к своему планёру грудью и бедрами и он управлял планёром, смещая концы крыльев с помощью верёвок, прикреплённых к стременам в его ногах.  Церковные записи отмечают, что в январе этого же года Ян Внек слетел со специально сделанной рампы с крыши церкви Одпорышува; высота церкви составляла 45 м, при этом церковь находилась на холме высотой 50 м, то есть полная высота составляла 95 м. Ян Внек совершил несколько публичных полётов на существенные расстояния с 1866 по 1869 год, как правило, во время религиозных праздников, карнавалов и празднований Нового года. Внек не оставил никаких известных письменных записей или рисунков, то есть, не оказал никакого влияния на прогресс в авиации. Недавно профессор Тадеуш Северин, директор Краковского Музея Этнографии , обнаружил церковные записи с описанием деятельности Яна Внека.

Жан-Мари Ле Бри и его летающая машина, Альбатрос II, 1868.

В 1868 г. француз Жан-Мари Ле Бри совершил первый полёт, при котором поднялся выше точки старта, на своём планёре L’Albatros artificiel с помощью конной тяги на берегу. Ле Бри по сообщениям достиг высоты 100 метров, преодолев расстояние 200 метров.

В 1874 г. Феликс дю Тампль в Бресте (Франция) построил Моноплан, большой самолёт из алюминия, с размахом крыла 13 метров и весом 80 кг (без пилота). Было произведено несколько испытаний, стартовал планёр с трамплина, полёт продолжался короткое время и благополучно возвратился.

Моноплан Феликса дю Темпл, 1874.

Ещё одним человек, который внёс вклад в искусство полёта, был Фрэнсис Герберт Венхэм, который неудачно пытался построить ряд беспилотных планёров. Он обнаружил, что больший вклад в подъём от крыла, похожего на птичье, производится в передней его части, из чего заключил, что длинные и тонкие крылья будут эффективнее, чем похожие на крылья летучей мыши, обычно используемыми его коллегами, потому как они имеют больший передний край относительно их веса. Сегодня эта характеристика известна как относительное удлинение крыла. Он представил свои исследования недавно созданному Королевскому Аэронавигационному Обществу Великобритании в 1866 г. и решил получить практическое подтверждение, построив первую в миреаэродинамическую трубу в 1871 г. Члены Общества использовали аэродинамическую трубу и определили, что изогнутые крылья обладают значительно лучшими показателями подъёма, чем ожидалось по исследованиям Кэйли, основанными на ньютоновской механике, ааэродинамическое качество при 15 градусах составляет приблизительно 5:1. Таким образом была ясно продемонстрирована возможность практического строительства аппаратов тяжелее воздуха; оставались, однако, проблемы двигателей и управления полётом.

Развитие авиации  набирает темп

1880-е годы стали  периодом интенсивного изучения, для этого времени были характерны  исследования «учёных джентльменов»,  которые вносили наибольший вклад  в науку до XX века. Началом в  исследованиях 1880-х было строительство  первых действительно практически  пригодных к эксплуатации планёров. Основной вклад внесли три человека: Отто Лилиенталь, Перси Пильчер и Октав Шанют. Один из первых действительно современных планёров был построен Джоном Дж. Монтгомери; он совершил управляемый полёт недалеко от Сан-Диего 28 августа 1883 г. Только много лет спустя информация о его полёте стала общеизвестна. Дельтаплан Вильгельма Кресса был построен в 1877 г. недалеко от Вены.

Немец Отто Лилиенталь повторил опыты Венхэма и значительно развил его в 1874 г., издав его исследования в 1889 г. Он также сконструировал ряд лучших по своему времени планеров, и в 1891 г. уже мог совершать полёты на 25 метров или более. Он строго документировал свою работу, включая фотографии, и по этой причине он считается одним из самых известных ранних пионеров авиации. Он также продвигал концепцию «подпрыгнуть прежде, чем полететь», которая заключалась в том, что изобретатели должны начать с планёров и суметь их поднять в воздух, вместо того, чтобы просто разрабатывать машину с двигателем на бумаге и надеяться, что она будет работать. Его тип летательного аппарата сегодня известен как ручной планер. 
Ко времени его смерти в 1896 г. он совершил 2500 полётов на разных аппаратах, когда порыв ветра сломал крыло его последнего планёра, в результате чего Лилиенталь упал с высоты около 17 м, получив перелом позвоночника. Он умер на следующий день, его последними словами были: «жертвы должны быть принесены». Перед самой смертью Лилиенталь работал над небольшими двигателями, которые было бы возможно установить на его аппараты.

Продолжив дело Лилиенталя, Октав Шанют рано вышел в отставку, и финансировал строительство нескольких планёров. Летом 1896 г. его несколько его аппаратов совершили серию полётов на Миллер Бич, Индиана, и в конечном счёте он сделал вывод, что наиболее удачной конструкцией был биплан. Также как и Лилиенталь, он документировал всю свою работу и фотографировал её результаты, кроме того, он вёл переписку со многими энтузиастами авиации со всего мира. Шанют особо интересовался решением проблемы естественной стабильности летательного аппарата в полёте, то, что птицы исправляли инстинктивно, но то, что люди должны будут делать вручную. Основной проблемой была продольная стабильность, потому что, поскольку угол атаки крыла увеличился, центр давления смещался вперёд и увеличивал угол атаки ещё больше. Без немедленного исправления аппарат неизбежно сваливался.

В течение этого периода было сделано множество попыток сконструировать  самолёт, оснащённый двигателями. Однако большинство этих усилий было обречено на неудачу, так как они разрабатывались  любителями, которые не имели полного  понимания проблем, изучаемых Лилиенталем и Шанютом.

Чертежи моноплана А. Ф. Можайского

В 1882 г. Александр Можайский недалеко от Красного Села, Россия создал и испытал моноплан с двумя паровыми машинами, который, по некоторым ничем неподтверждённым сообщениям, якобы смог самостоятельно оторваться от земли после разбега. Однако сам «полет» был неудачным: сразу после отрыва самолёт потерял скорость и рухнул на крыло. Для продолжения исследований денег у А. Ф. Можайского не нашлось.  
Исследования, проведённые в ЦАГИ в 1980-х годах, показали, что самолёт Можайского не был способен к устойчивому горизонтальному полёту ввиду недостатка мощности силовой установки, а кроме того — не имел никаких органов управления для компенсации возникающего в полёте крена, то есть, был частично не управляем; тем не менее, не исключается возможность того, что при определённых обстоятельствах он мог после разбега оторваться от земли благодаря экранному эффекту, а после этого резко потерять подъёмную силу и свалиться на крыло, что соответствует описаниям испытаний очевидцами.

Изображение Eole Клемента Адера, который совершил первый полёт под двигателем в истории

'Avion III Клемента Адера (фото 1897)

Француз Клемент Адер успешно запустил Eole, оснащённый паровой машиной, сделав короткий 50-метровый полёт недалеко от Парижа в 1890 г., совершив первый самопродвигаемый полёт на «большое расстояние» в истории. После этого испытания он немедленно начал большой проект, который занял пять лет. Однако, этот аппарат, Avion III, был слишком тяжёл и был едва способен оторваться от земли. Самолет по сообщениям мог лететь на расстояние около 300 метров на маленькой высоте.

Сэр Хайрам Стивенс Максим изучил ряд проектов в Англии, после чего сконструировал огромный аппарат весом 3175 кг с размахом крыла 32 м, оснащённый двумя модернизированными облегчёнными паровыми двигателями мощностью 180 л. с. (134 кВт) каждый. Максим построил этот аппарат для изучения основных проблем конструкции и двигателей, но не управления, и, понимая, что полёт будет опасным, он испытывал его на специально построенном для этого рельсовом пути длиной 550 м. После большого числа испытательных пробегов, прошедших без каких-либо проблем, 31 июля 1894 г. началась серия пробегов при увеличивающейся мощности двигателей. Первые два были успешны, аппарат «летел» на рельсах. Тогда днём запустили три котла на полную мощность, и после достижения скорости 68 км\час через 180 м, машина взлетела  настолько резко, что столкнулась с верхним рельсом, сделанным специально для ограничения высоты полёта (по иронии судьбы — он должен был обеспечивать безопасность испытаний), и разбился сразу после этого. Средства заканчивались, и до 1900-х изобретатель продолжать свою работу не мог, однако впоследствии он смог проводить испытания меньших аппаратов на бензиновых двигателях.

В Великобритании попытка создания аппарата тяжелее воздуха была предпринята  пионером авиации Перси Пильчером. Пильчер построил несколько рабочих планёров, Летучая мышь, Жук, Чайка и Ястреб, на которых он успешно летал в середине-конце 1890-х. В 1899 г. он построил опытный образец самолёта с двигателями, который, как показало недавнее исследование, был способен к полёту. Однако Пильчер умер после несчастного случая с планёром прежде, чем он смог проверить это, и о его планах забыли на многие годы.

1900—1914 («Эра Пионеров»)

Легче воздуха

Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять  регулярные контролируемые рейсы, стали  мягкие дирижабли (позже названные  «блимпы» (от англ. «толстяки», «неуклюжие»)); самый успешный ранний проект этого типа летательного аппарата был разработан бразильцем Альберто Сантос-Дюмоном. Сантос-Дюмон эффективно установил на воздушный шар двигатель внутреннего сгорания. 19 октября 1901 г. он стал всемирно известен, после того как он на своём дирижабле «Номер 6» пролетел над Парижем из Сен-Клу, вокруг Эйфелевой Башни и вернулся менее чем через тридцать минут, чтобы выиграть приз. После такого успеха своих дирижаблей Сантос-Дюмон спроектировал и построил ещё несколько аппаратов.

В то же самое  время, когда мягкие дирижабли начали завоёвывать признание, развитие твердых  дирижаблей также не стояло на месте. Впоследствии именно твердые дирижабли  смогли переносить большие грузы, чем  самолёты, в течение многих десятилетий. Конструкция таких дирижаблей и  её развитие связаны с немецким графом Фердинандом фон Цеппелином.

Строительство первых дирижаблей-Цеппелинов началось в 1899 г. на плавающем сборочном цехе на Боденском озере в Заливе Манзелл, Фридрихсхафен. Он было предназначено для того, чтобы упростить процедуру старта, поскольку цех мог плыть по ветру. Опытный дирижабль «LZ 1» (LZ обозначало «Luftschiff Zeppelin») имел длину 128 м, на нём были установлены два двигателя Даймлер мощностью 14,2 л. с. (10,6 кВ) и балансировался путём перемещения веса между его двумя гондолами.

Первый полёт  Цеппелина состоялся 2 июля 1900 г. Он продолжался в течение всего 18 минут, поскольку LZ 1 был вынужден приземлиться на озеро после того, как механизм балансирования веса сломался. После ремонта аппарата технология жёсткого дирижабля успешно была испытана в последующих полётах, побив рекорд скорости на 6 м/с французского дирижабля Франция на 3 м/с, но этого ещё было недостаточно для привлечения значительных инвестиций в дирижаблестроение. Это произошло через несколько лет, в результате граф получил необходимое финансирование.

Лэнгли

После выдающихся успехов  в астрономии и во время работы в Смитсоновском институте в качестве Секретаря, Самуэль Пирпонт Лэнгли начал серьёзные исследования в области аэродинамики в учреждении, которое называется сегодня Университетом Питтсбурга. В 1891 он издал детальное описание своих исследований — «Эксперименты в Аэродинамике», а затем начал конструировать свои аппараты. 6 мая 1896 «Аэродром Лэнгли номер 5» совершил первый успешный неуправляемый полёт габаритного аппарата тяжелее воздуха с двигателем. Он был запущен с помощью пружинной катапульты, установленной на вершине плавучего дома на реке Потомак около Квантико, Вирджиния. Два полёта были совершены в этот день, один на 1 005 м и второй на 700 м со скоростью около 41 км в час. В обоих случаях «Аэродром номер 5» с целью сохранения аппарата целым, он был посажен на воду, так как не был оборудован механизмом приземления.

28 ноября 1896 был совершён  ещё один успешный полет с  «Аэродромом номер 6». Этот  полёт был засвидетельствован  и сфотографирован Александром Грэмом Беллом. Аппарат пролетел 1 460 м «Аэродром номер 6» являлся модификацией более раннего аппарата «Аэродром номер 4». Тем не менее, изменения были настолько значительны, что он получил другой номер.

После успехов «Аэродрома номер 5» и «номер 6» Лэнгли начал искать финансирование для строительства полномасштабной версии аппарата, способного поднять человека. В условиях идущей Испано-американской войны американское правительство предоставило ему 50 000 долл. для создания летательного аппарата, способного переносить человека, для разведывательных целей. Лэнгли планировал строительство увеличенной версии, известной как «Аэродром А», и начал работу с меньшего аппарата, получившего название «Четверть Аэродрома», который дважды поднимался в воздух 18 июня 1901, и затем ещё раз с более современным и более мощным двигателем в 1903.

К базовому аппарату, очевидно успешно испытанному^{[источник не указан 1669 дней]}, Лэнгли стал подбирать подходящий двигатель. Он заключил контракт со Стивеном Балзером на постройку одного из них, но был разочарован, так как его мощность составила только 8 л.с. (6 кВт) вместо требуемых 12 л.с. (9 кВт). Помощник Лэнгли, Чарльз М. Мэнли, после этого переработал проект в с двигателем со звездообразно расположенными пятью цилиндрами и водяным охлаждением, который развивал мощность 52 л.с. (39 кВт) при 950 оборотах в минуту, этот результат был удвоен только спустя годы. Имея двигатель и планер, Лэнгли мог собрать аппарат, на которые возлагал большие надежды.

К сожалению, построенный  самолёт оказался слишком хрупким. Лэнгли, очевидно, не учёл эффект масштабирования^{[источник не указан 1669 дней]}, и простое увеличение в размерах изначально маленьких моделей привело к созданию конструкции, которая была слишком тяжела, чтобы удержать себя. Два запуска в конце 1903 закончились падением «Аэродрома» в воду сразу после запуска.