cyanic-selkie/wikianc huggingface dataset:
Πρώτες ιπτάμενες μηχανές
Άλματα από πύργους
Στη μεσαιωνική Ευρώπη το πρώτο καταγεγραμμένο άλμα από πύργο χρονολογείται στο 852 μ.Χ., όταν ο Αρμέν Φιρμάν πραγματοποίησε ένα άλμα στην Κόρδοβα της Ισπανίας, και φέρεται να κάλυψε το σώμα του με φτερά γύπα επισυνάπτοντας δύο φτερούγες στα χέρια του. Κατά την προσγείωση λέγεται πως συγκρούστηκε στο έδαφος και χτύπησε στην πλάτη. Ορισμένοι επικριτές αποδίδουν το γεγονός στην έλλειψη ουράς. Το 1010 μ.Χ. ο Άγγλος μοναχός Άιλμερ του Μαλμεσμπέρι πέταξε από το αβαείο του Μαλμεσμπέρι με ένα πρωτόγονο ανεμόπτερο. Ο Άιλμερ λέγεται πως πέταξε για 180 μέτρα (200 γιάρδες) προτού προσγειωθεί, σπάζοντας και τα δύο πόδια του. Ο ίδιος ανέφερε αργότερα πως ο μοναδικός λόγος για τον οποίο δεν πέταξε περισσότερο είναι επειδή ξέχασε να προσθέσει μια ουρά στη μηχανή του. Αυτή η έξαρση της δραστηριότητας ακολουθήθηκε από απραξία πολλών αιώνων.
Τα άλματα αναβίωσαν το 1496 με τον Σέτσιο να σπάζει και τα δυο του χέρια στη Νυρεμβέργη. Το 1507 ο Τζον Ντάμιαν φόρεσε φτερούγες καλυμμένες με φτερά κοτόπουλων και πραγματοποίησε άλμα από τα τείχη του Κάστρου Στέρλινγκ στη Σκωτία, σπάζοντας τον μηρό του, κάτι που αργότερα απέδωσε στη μη χρήση φτερών αετού.
Παρόμοιες προσπάθειες συνεχίστηκαν μέχρι τις αρχές του 19ου αιώνα, χωρίς να έχουν παρά μόνο μερική επιτυχία. Η πρόταση του Φράνσις Γουίλουμπι, η οποία δημοσιεύθηκε το 1676 και ανέφερε πως τα ανθρώπινα πόδια συγκρινόταν περισσότερο με τα φτερά των πουλιών όσο έχει να κάνει με τη δύναμη, είχε μόνο περιστασιακή επιρροή. Προς το τέλος του 1811, ο Άλμπρεχτ Μπέρμπλινγκερ κατασκεύασε ένα ορνιθόπτερο και πέταξε πάνω από τον Δούναβη στο Ουλμ.
Πρώτοι χαρταετοί
Ο χαρταετός εφευρέθηκε στην Κίνα, πιθανώς κατά τον 5ο αιώνα π.Χ. από τους Μόζι (ή Μο Ντι) και Λου Μπαν (επίσης Γκόνγκσου Μπαν). Αυτοί οι χαρταετοί από φύλλο κατασκευαζόταν με τεντωμένο μετάξι πάνω σε ένα διαχωρισμένο πλαίσιο από μπαμπού. Οι παλαιότεροι γνωστοί Κινεζικοί χαρταετοί ήταν επίπεδοι (και όχι τοξωτοί) και συνήθως ορθογώνιοι. Αργότερα, στους χαρταετούς χωρίς ουρά ενσωματώθηκε ένα σταθεροποιητικό τόξο. Τα σχέδια συχνά μιμούνταν τα έντομα που πετούν, τα πουλιά και άλλα πλάσματα, είτε πραγματικά είτε μυθικά. Σε μερικούς χαρταετούς υπήρχαν χορδές ή σφυρίχτρες ώστε να παράγονται ήχοι κατά την πτήση.
Το 549 μ.Χ., χρησιμοποιήθηκε χάρτινος αετός για τη μεταφορά μηνύματος ως μέρος αποστολής διάσωσης. Αρχαίες και μεσαιωνικές Κινεζικές πηγές καταγράφουν και άλλες χρήσεις για τους χαρταετούς όπως η μέτρηση αποστάσεων, ο έλεγχος του ανέμου, η ανύψωση ανθρώπων, η σηματοδότηση και η επικοινωνία σε στρατιωτικές επιχειρήσεις.
Μετά την παρουσίαση του στην Ινδία, ο αετός εξελίχθηκε περαιτέρω σε μαχητή χαρταετό (fighter kite). Πρόκειται παραδοσιακά για μικρούς, ασταθείς χαρταετούς μονής γραμμής μιας και μόνο το σχοινί χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και ένα άλλο λείο σχοινί χρησιμοποιείται για να περικόψει άλλους χαρταετούς.
Η χρήση των χαρταετών επεκτάθηκε στην Πολυνησία και στη Νέα Ζηλανδία. Ανθρωπόμορφοι αετοί, κατασκευασμένοι από πανί και ξύλο, χρησιμοποιούνταν σε θρησκευτικές τελετές για τη μεταφορά προσευχών στους θεούς.
Μέχρι το 1634 οι αετοί είχαν φθάσει στη Δύση, με μια αναπαράσταση ένος χαρταετού με ουρά σε σχήμα διαμαντιού να εμφανίζεται στο έργο Mysteries of nature and art του Τζον Μπέιτ.
Χαρταετοί μεταφοράς ανθρώπων
Θεωρείται πως χαρταετοί μεταφοράς ανθρώπων είχαν εκτεταμένη χρήση στην αρχαία Κίνα, τόσο για πολιτική όσο για στρατιωτική χρήση και μερικές φορές εκτελούνταν ως τιμωρία.
Ιστορίες χαρταετών μεταφοράς ανθρώπων υπάρχουν επίσης στην Ιαπωνία, μετά την παρουσίαση τους εκεί από την Κίνα κατά τον έβδομο αιώνα μ.Χ. Λέγεται πως σε κάποια περίοδο υπήρχε Ιαπωνικός νόμος ο οποίος απαγόρευε τη χρήση αυτού του είδους αετών.
Το 1282, ο Ευρωπαίος περιηγητής Μάρκο Πόλο περιέγραψε τις Κινεζικές τεχνικές, που τότε ήταν τρέχουσες, και σχολίασε σχετικά με τους κινδύνους και την εμπλεκόμενη σκληρότητα. Για να προβλεφθεί εάν ένα πλοίο θα απέπλεε, ένας άνδρας θα προσδενόταν σε έναν χαρταετό έχοντας ένα ορθογώνιο πλαίσιο και το επακόλουθο σχέδιο πτήσης θα χρησιμοποιούνταν για να μαντέψουν την προοπτική της διαδρομής.
Στροφειόπτερα
Η χρήση στροφείου (ρότορας) για την κάθετη πτήση υπήρχε από το 400 π.Χ. με τη μορφή του μπαμπού-κόπτερου (bamboo-copter), ενός αρχαίου Κινέζικου παιχνιδιού. Το μπαμπου-κόπτερο περιστρέφεται μέσω της στροφής ενός ραβδιού που είναι συνδεδεμένο με ένα στροφείο. Η περιστροφή προκαλεί άνωση, και το παιχνίδι πετά όταν αφήνεται. Στο βιβλίο Μπαοπούζι (Δάσκαλος που εκφράζει την απλότητα) του φιλόσοφου Γκε Χονγκ, το οποίο γράφηκε περίπου το 317 μ.Χ., περιγράφεται η αποκρυφική χρήση ενός πιθανού στροφείου σε ένα αεροσκάφος: «Μερικοί έφτιαξαν ιπτάμενα οχήματα [feiche 飛車] από ξύλο του εσωτερικού τμήματος του δέντρου ζουζούμπε, δένοντας δέρμα βοδιού (λωρίδες) στις περιστρεφόμενες λεπίδες ώστε η μηχανή να τεθεί σε κίνηση».
Το πανομοιότυπο « moulinet à noix » (στροφείο σε παξιμάδι) εμφανίστηκε στην Ευρώπη κατά τον 14ο αιώνα μ.Χ.
Αερόστατα θερμού αέρα
Από την αρχαία περίοδο οι Κινέζοι είχαν κατανοήσει πως ο θερμός αέρας ανυψώνεται και εφάρμοσαν αυτή την αρχή σε έναν τύπο μικρού αερόστατου θερμού αέρα, τα ουράνια φανάρια. Ένα ουράνιο φανάρι αποτελείται από ένα χάρτινο μπαλόνι και ένα μικρό φανάρι που είναι τοποθετημένο μέσα ή κάτω από αυτό. Τα ουράνια φανάρια ρίπτονταν για λόγους ψυχαγωγίας ή κατά τη διάρκεια γιορτών. Σύμφωνα με τον Τζόζεφ Νίντχαμ, αυτά τα φανάρια υπήρχαν στην Κίνα από τον 3ο αιώνα π.Χ. Η στρατιωτική τους χρήση αποδίδεται στον στρατηγό Ζούγκε Λιάνγκ, ο οποίος θεωρείται πως τα χρησιμοποιούσε για να τρομάζει τα εχθρικά στρατεύματα.
Υπάρχει η μαρτυρία πως ακόμη, οι Κινέζοι «έλυσαν ένα πρόβλημα αεροπλοΐας» με τη χρήση αερόστατων, χιλιάδες χρόνια πριν από τον 18ο αιώνα.
Αναγέννηση
Τελικά ορισμένοι μελετητές άρχισαν να ερευνούν και να ορίζουν μερικές από τις βασικές έννοιες του επιστημονικού σχεδιασμού των αεροσκαφών. Τα μηχανοκίνητα αεροσκάφη είτε ήταν ανθρωποκίνητα είτε χρησιμοποιούσαν ένα μεταλλικό ελατήριο. Ο Άγγλος Ρότζερ Μπέικον προέβλεψε μελλοντικά σχέδια αεροστάτων γεμάτα με αδιευκρίνιστους αιθέρες και ένα ανθρωποκίνητο ορνιθόπτερο στο βιβλίο του De mirabili potestate carto et naturae (Μυστικά της Τέχνης και της Φύσης), το 1250.
Ο Λεονάρντο ντα Βίντσι μελέτησε τα πτηνά για πολλά χρόνια, αναλύοντας τα ορθολογικά και προβλέποντας πολλές από τις αρχές της αεροδυναμικής. Κατανόησε πως «Ένα αντικείμενο αντιστέκεται στον αέρα όπως και ο αέρας αντιστέκεται σε αυτό». Ο Ισαάκ Νεύτων δεν είχε δημοσιεύσει τον Τρίτο νόμο της κίνησης μέχρι το 1687.
Από τα τελευταία χρόνια του 15ου αιώνα έγραψε και σχεδίασε σχεδιαγράμματα για ιπτάμενες μηχανές και μηχανισμούς. Σε αυτά περιλαμβάνονται ορνιθόπτερα, ανεμόπτερα σταθερών πτερύγων, στροφειόπτερα και αλεξίπτωτα. Τα πρώτα σχέδια του αφορούσαν ανθρωποκίνητους τύπους όπως ορνιθόπτερα και στροφειόπτερα, όμως στη συνέχεια αντιλήφθηκε πως δεν ήταν πρακτικά και στράφηκε προς την ελεγχόμενη πτήση πλαγιάς, σχεδιάζοντας ακόμη και μηχανές κινούμενες από ελατήρια.
Το 1488, σχεδίασε ένα ανεμόπτερο με κρέμασμα του οποίου τα εσωτερικά τμήματα των πτερύγων ήταν σταθερά, και υπήρχαν μερικές επιφάνειες ελέγχου στις άκρες τους (όπως συμβαίνει στην πτήση πλαγιάς των πτηνών). Ενώ τα σχέδια του είναι υπαρκτά και θεωρούνται αξιόπλοα στις αρχές, ποτέ δεν πραγματοποίησε πτήση με αυτά. Ένα μοντέλο το οποίο κατασκευάστηκε για δοκιμαστική πτήση το 1496 δεν πέταξε, ενώ μερικά ακόμη σχέδια, όπως το τετραθέσιο ελικόπτερο-βίδα, πραγματοποίησε ορισμένες πτήσεις. Σχεδίασε και περιέγραψε ένα σχέδιο ορνιθόπτερου περίπου το 1490.
Το έργο του ντα Βίντσι παρέμεινε άγνωστο μέχρι το 1797, και έτσι δεν επηρέασε καθόλου την εξέλιξη τους επόμενους τρεις αιώνες. Ούτε τα σχέδια του βασίστηκαν σε ιδιαίτερα καλή επιστήμη.
Αερόστατα
Η σύγχρονη εποχή των ελαφρύτερων από τον αέρα πτήσεων ξεκίνησε στις αρχές του 17ου αιώνα με τα πειράματα του Γαλιλαίου στα οποία έδειξε πως ο αέρας έχει βάρος. Περίπου το 1650, ο Συρανό ντε Μπερζεράκ έγραψε μυθιστορήματα φαντασίας στα οποία περιέγραφε την αρχή της άνωσης με τη χρήση μιας ουσίας (δρόσος) η οποία υποτίθεται πως ήταν ελαφρύτερη από τον αέρα και της καθόδου με την απελευθέρωση ελεγχόμενης ποσότητας αυτής της ουσίας. Ο Φραντσέσκο Λάνα ντε Τέρτσι μέτρησε την πίεση του αέρα στο επίπεδο της θάλασσας και το 1670 πρότεινε το πρώτο επιστημονικά αξιόπιστο μέσο άνωσης υπό τη μορφή κοίλων μεταλλικών σφαιρών από τις οποίες όλος ο αέρας αντλούνταν έξω. Αυτές θα ήταν ελαφρύτερες από τον αντλούμενο αέρα και θα είχαν τη δυνατότητα να ανυψώσουν ένα αερόπλοιο. Οι προτεινόμενες μέθοδοι του για τον έλεγχο του ύψους χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα: με τη μεταφορά έρμων τα οποία μπορούν να πέσουν και να βοηθήσουν στη απόκτηση ύψους, και με τον εξαερισμό των δοχείων ανύψωσης για τη μείωση του ύψους. Πρακτικά οι σφαίρες του ντε Τέρτσι θα είχαν καταρρεύσει στην πίεση του αέρα, και θα απαιτούνταν περαιτέρω εξέλιξη ώστε να βρεθούν πιο πρακτικά αέρια ανύψωσης.
Η πρώτη καταγεγραμμένη πτήση αερόστατου στην Ευρώπη έγινε από ένα μοντέλο που κατασκευάστηκε από τον Βραζιλιάνο ιερέα Μπαρτολομέου ντε Γκουσμάο. Στις 8 Αυγούστου 1709, στη Λισαβόνα, κατασκεύασε ένα μικρό αερόστατο θερμού αέρα από χαρτί με μια εστία φωτιάς να καίει μέσα του, ανυψώνοντας το περίπου κατά 4 μέτρα (13 πόδια) μπροστά στον βασιλιά Ιωάννη Ε΄ και τα Πορτογαλικά ανάκτορα.
Στα μέσα του 18ου αιώνα οι αδελφοί Μονγκολφιέ ξεκίνησαν να πειραματίζονται με αλεξίπτωτα και αερόστατα στη Γαλλία. Τα αερόστατά τους ήταν κατασκευασμένα από χαρτί, και τα πρώτα πειράματα τους στα οποία χρησιμοποιούσαν ατμό ως ανυψωτικό αέριο δεν μακροημέρευσαν εξαιτίας της επίδρασης του στο χαρτί καθώς συμπυκνωνόταν. Παραγνωρίζοντας τον καπνό ως είδος ατμού, άρχισαν να γεμίζουν τα αερόστατά τους με θερμό καπνίζοντα αέρα τον οποίον ονόμασαν «ηλεκτρικό καπνό». Αν και δεν κατανοούσαν πλήρως τις αρχές στη δουλειά τους πραγματοποίησαν μερικές επιτυχημένες απογειώσεις και τον Δεκέμβριο του 1782 πραγματοποίησαν πτήση σε ένα αερόστατο 20 κυβικών μέτρων (710 κυβικά πόδια) σε ύψος 300 μέτρων (980 πόδια). Η Γαλλική Ακαδημία Επιστημών σύντομα τους προσκάλεσε στο Παρίσι ώστε να πραγματοποιήσουν επίδειξη.
Την ίδια ώρα, η ανακάλυψη του υδρογόνου οδήγησε τον Τζόζεφ Μπλακ να προτείνει τη χρήση του ως ανυψωτικό αέριο περίπου το 1780, αν και η πρακτική επίδειξη απαιτούσε ένα αερόστατο συμπαγούς υλικού. Μαθαίνοντας για την πρόσκληση στους αδελφούς Μοντγκολφιέ, το μέλος της Γαλλικής Ακαδημίας Ζακ Σαρλ προσέφερε μια παρόμοια επίδειξη με ένα αερόστατο υδρογόνου η οποία έγινε αποδεκτή. Ο Σαρλ και δύο τεχνίτες, οι αδελφοί Ρομπέρ, ανέπτυξαν ένα συμπαγές υλικό από ελαστικοποιημένο μετάξι και ξεκίνησαν να εργάζονται.
Το 1783 ήταν μια χρονιά καμπής για τα αερόστατα. Μεταξύ 4 Ιουνίου και 1 Δεκεμβρίου πέντε ξεχωριστά Γαλλικά αερόστατα πέτυχαν σημαντικά πρωτεία στην αεροπορία:
Τα σχέδια των αδελφών Μονγκολφιέ είχαν αρκετές αδυναμίες, κυρίως η ανάγκη για ξηρό καιρό και τάση σπινθήρων από τη φωτιά για ρυθμιστεί το φως στο χάρτινο αερόστατο. Το επανδρωμένο αερόστατο διέθετε έναν εξώστη γύρω από τη βάση του αερόστατου αντί για ένα κρεμαστό καλάθι, που διέθετε το πρώτο μη επανδρωμένο σχέδιο, το οποίο έφερνε το χαρτί πιο κοντά στη φωτιά. Στην ελεύθερη πτήση του, οι Ντε Ροζιέ και ντ'Αρλάντ χρησιμοποίησαν κουβάδες νερού και σφουγγάρια για να καταβρέχουν τη φωτιά καθώς αυτή εγείρονταν. Από την άλλη πλευρά, το επανδρωμένο αερόστατο του Σαρλ ήταν ουσιαστικά σύγχρονο. Ως αποτέλεσμα αυτών των διαφορών, τα αερόστατα θερμού αέρα έγιναν γνωστά ως τύπου Μονγκολφιέ (Montgolfière) και αυτά του υδρογόνου ως Σαρλιέ (Charlière).
Το επόμενο αερόστατο του Σαρλ και των αδελφών Ρομπέρ, το La Caroline, ήταν αερόστατο τύπου Σαρλιέ στο οποίο εφαρμόστηκαν οι προτάσεις του Ζαν Μπατίστ Μενιέ για ένα επίμηκες πηδαλιουχούμενο αερόστατο, και ήταν αξιοσημείωτο μιας και διέθετε ένα εξωτερικό περίβλημα με το αέριο να βρίσκεται σε έναν δεύτερο εσωτερικό αεροθύλακα. Στις 19 Σεπτεμβρίου 1784, ολοκλήρωσε την πρώτη πτήση απόστασης πάνω από 100 χιλιόμετρα (62 μίλια), μεταξύ Παρισιού και Μπεβρί, παρά το γεγονός πως οι ανθρωποκίνητες συσκευές προώθησης αποδείχθηκαν άχρηστες.
Τον Ιανουάριο του επόμενου έτους οι Ζαν-Πιερ Μπλανσάρ και Τζον Τζέφρις διέσχισαν τη Μάγχη από το Ντόβερ στο Μπουά ντε Φελμόρ με ένα αερόστατο Σαρλιέ. Αλλά η παρόμοια προσπάθεια τους στην αντίθετη πορεία κατέληξε σε τραγωδία. Σε μια προσπάθεια να ενισχύσει το σχέδιο του με αντοχή και δυνατότητα ελέγχου, ο ντε Ροζιέ ανέπτυξε ένα αερόστατο με σάκους αερίου για θερμό αέρα και υδρογόνο. Σύντομα, αυτή η διάταξη ονομάστηκε προς χάρη του ως Ροζιέ (Rozière). Η ιδέα του ήταν να χρησιμοποιήσει το τμήμα του υδρογόνου για άμεση ανύψωση και για την κάθετη πλοήγηση του με τη θέρμανση και το κρύωμα του τμήματος του θερμού αέρα, ώστε να πιάνει τον πιο ευνοϊκό άνεμο σε οποιοδήποτε υψόμετρο έπνεε. Το περίβλημα του αερόστατου ήταν κατασκευασμένο από δέρματα ζώων. Λίγο μετά την έναρξη της πτήση, ο ντε Ροζιέ θεωρήθηκε πως εξαέρωνε το υδρογόνο όταν αυτό ανεφλέγη από έναν σπινθήρα και το αερόστατο τυλίχθηκε στις φλόγες, σκοτώνοντας όλους όσους βρίσκονταν στο σκάφος. Η πηγή του σπινθήρα είναι άγνωστη, αλλά ανάμεσα στις προτάσεις περιλαμβάνεται ο στατικός ηλεκτρισμός ή το μαγκάλι του τμήματος θερμού αέρα.
Οι πτήσεις με αερόστατα έγιναν άμεσα μεγάλη «μανία» στην Ευρώπη κατά τα τέλη του 18ου αιώνα, δίνοντας έτσι την πρώτη αναλυτική ερμηνεία της σχέσης μεταξύ υψομέτρου και ατμόσφαιρας. Από τις αρχές του 1900, οι πτήσεις με αερόστατο έγιναν δημοφιλές άθλημα στη Βρετανία. Τα ιδιωτικά αερόστατα χρησιμοποιούσαν κυρίως φωταέριο ως ανυψωτικό αέριο. Αυτό το αέριο παρείχε τη μισή ανυψωτική ισχύ από το υδρογόνο, έτσι τα αερόστατα έπρεπε να είναι μεγαλύτερα. Όμως, το φωταέριο ήταν πολύ πιο άμεσα διαθέσιμο, και οι τοπικές εταιρείες παροχής αερίου προσέφεραν ενίοτε ειδική ελαφροβαριά φόρμουλα για εκδηλώσεις με αερόστατα.
Δεμένα αερόστατα χρησιμοποιήθηκαν κατά τον Αμερικανικό Εμφύλιο Πόλεμο από το Σώμα Αεροστάτων του Στρατού της Ένωσης. Το 1863, ο νεαρός Φερδινάνδος φον Ζέπελιν, ο οποίος εκτελούσε καθήκοντα στρατιωτικού παρατηρητή στη Στρατιά του Ποτόμακ των Ενωτικών, πέταξε για πρώτη φορά ως επιβάτης αερόστατου σε ένα αερόστατο το οποίο ήταν στην υπηρεσία του Ενωτικού στρατού. Αργότερα τον ίδιο αιώνα, ο Βρετανικός Στρατός χρησιμοποίησε αερόστατα παρατήρησης κατά τη διάρκεια του πολέμου των Μπόερς.
Πηδαλιουχούμενα ή αερόπλοια
Η έρευνα στην ανάπτυξη ενός πηδαλιουχούμενου (κατευθυνόμενου) αερόστατου, το οποίο σήμερα ονομάζεται αερόπλοιο, συνεχίστηκε σποραδικά κατά τον 19ο αιώνα.
Η πρώτη τροφοδοτούμενη, ελεγχόμενη πτήση στην ιστορία θεωρείται πως έλαβε χώρα στις 24 Σεπτεμβρίου 1852 όταν ο Ανρί Ζιφάρ πέταξε 24 χιλιόμετρα στη Γαλλία από το Παρίσι στο Τραπ με το πηδαλιουχούμενο αερόστατο Ζιφάρ, ένα μη-άκαμπτο αερόπλοιο γεμισμένο με υδρογόνο και κινούμενο μέσω μιας ατμομηχανής 3 αλόγων (2,2 kW) καθοδηγώντας 3 πτερύγια του έλικα.
Το 1863 ο Σόλομον Άντριους πραγματοποίησε πτήση με το μοντέλο του (Aereon), το οποίο ήταν ένα μη τροφοδοτούμενο, ελεγχόμενο με πηδάλια αερόπλοιο στο Περθ Άμποϊ του Νιου Τζέρσεϊ. Το 1866 πραγματοποίησε πτήση με ένα μεταγενέστερο σχέδιο του γύρω από τη Νέα Υόρκη, φτάνοντας μέχρι το Όιστερ Μπέι της Νέας Υόρκης. Η τεχνική του για ανεμοπλοΐα υπό βαρύτητα λειτουργεί με τη μεταβολή της άνωσης ώστε να παραχθεί προωθητική δύναμη καθώς το αερόπλοιο ανυψώνεται ή κατεβαίνει, και έτσι δεν χρειάζεται μια πηγή ισχύος.
Περαιτέρω πρόοδος έγινε στις 9 Αυγούστου 1884, όταν πραγματοποιήθηκε η πρώτη πλήρως ελεγχόμενη ελεύθερη πτήση από τους Σαρλ Ρενάρ και Αρτύρ Κονσταντέν Κρεμπς με ένα ηλεκτροκίνητο αερόπλοιο του Γαλλικού στρατού, το La France. Το 52 μέτρων (170 πόδια) και 1.900 κυβικών μέτρων (66.000 κυβικά πόδια) αερόπλοιο κάλυψε απόσταση 8 χιλιομέτρων (5 μίλια) σε 23 λεπτά με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού κινητήρα 8,5 αλόγων (6,3 kW) επιστρέφοντας στο αρχικό σημείο. Αυτή ήταν η πρώτη κλειστή πτήση. Τα αεροσκάφη αυτά δεν ήταν πρακτικά. Εκτός του ότι ήταν γενικά ευπαθή και βραχύβια ήταν μη-άκαμπτα ή στην καλύτερη ημί-άκαμπτα. Ως αποτέλεσμα, ήταν δύσκολο να κατασκευαστούν μεγάλα αερόπλοια τα οποία θα μπορούσαν να μεταφέρουν εμπορευματικό φορτίο.
Ο κόμης Φερδινάνδος φον Ζέπελιν αντελήφθη πως ένα άκαμπτο εξωτερικό πλαίσιο θα επέτρεπε την κατασκευή μεγαλύτερων αερόπλοιων. Ίδρυσε την εταιρεία Ζέπελιν, της οποίας το άκαμπτο Luftschiff Zeppelin 1 (LZ 1) πέταξε για πρώτη φορά πάνω από τη Λίμνη της Κωνσταντίας στα σύνορα της Ελβετίας στις 2 Ιουλίου 1900. Η πτήση διήρκεσε 18 λεπτά. Η δεύτερη και η τρίτη πτήση, τον Οκτώβριο του 1900 έσπασαν το ρεκόρ ταχύτητας με 6 μέτρα/δευτερόλεπτο (20,9 χλμ/ώρα - 13 μίλια/ώρα) έναντι του Γαλλικού αερόπλοιο Γαλλία που είχε επιτύχει ταχύτητα 3 μέτρων/δευτερόλεπτο (10,7 χλμ/ώρα - 6,7 μίλια/ώρα).
Ο Βραζιλιάνος Αλμπέρτου Σάντους-Ντουμό έγινε διάσημος για τον σχεδιασμό, την κατασκευή και τη χρήση πηδαλιουχούμενων αεροστάτων. Κατασκεύασε και έθεσε σε λειτουργία το πρώτο πλήρως πρακτικό πηδαλιουχούμενο το οποίο είχε τη δυνατότητα για μια συνηθισμένη, ελεγχόμενη πτήση. Με το πηδαλιουχούμενο του No.6 κέρδισε το βραβείο Ντόιτς ντε λα Μερτέ (Deutsch de la Meurthe) στις 19 Οκτωβρίου 1901 με μια πτήση που απογειώθηκε από το Σεν-Κλω, έκανε το γύρο του Πύργου το Άιφελ και επέστρεψε στο σημείο εκκίνησής της.
Μέχρι τώρα, το αερόπλοιο θεωρείται ως η πρώτη πρακτική μορφή εναέριου ταξιδιού.
Αλεξίπτωτα
Το σχέδιο ενός πυραμιδοειδούς αλεξίπτωτου του ντα Βίντσι έμεινε αδημοσίευτο για αιώνες. Το πρώτο σχέδιο που δημοσιεύθηκε ήταν το homo volans (ιπτάμενος άνθρωπος) του Κροάτη Φαούστο Βεράντσιο το οποίο εμφανίστηκε στο βιβλίο του Machinae novae (Νέες μηχανές) το 1595. Βασιζόμενος στην πλεύση ενός πλοίου, συμπεριέλαβε ένα υλικό τετράγωνου σχήματος τεντωμένο σε ένα ορθογώνιο πλαίσιο το οποίο συγκρατούνταν από σχοινιά. Ο αλεξιπτωτιστής συγκρατούνταν από σχοινιά από κάθε μία από τις τέσσερις γωνίες.
Ο Λουί-Σεμπαστιάν Λενορμάν θεωρείται ως ο πρώτος άνθρωπος που πραγματοποίησε αποδεδειγμένη κάθοδο με αλεξίπτωτο. Στις 26 Δεκεμβρίου 1783, πραγματοποίησε άλμα από τον πύργο του παρατηρητηρίου του Μονπελιέ στη Γαλλία, μπροστά σε πλήθος στο οποίο βρισκόταν και ο Τζόζεφ Μονγκολφιέ, χρησιμοποιώντας ένα αλεξίπτωτο 4,3 μέτρων (14 πόδια) με άκαμπτο ξύλινο πλαίσιο.
Μεταξύ 1853 και 1854, ο Λουί Σαρλ Λετούρ ανέπτυξε ένα αλεξίπτωτο-ανεμόπτερο, με τη χρήση ενός ομπρελλοειδούς αλεξίπτωτου με μικρότερες, τριγωνικές πτέρυγες και μια κάθετη ουρά από κάτω. Ο Λετούρ απεβίωσε μετά τη σύγκρουσή του το 1854.
Χαρταετοί
Οι χαρταετοί είναι πιο γνωστοί στην πρόσφατη ιστορία της αεροπορίας κυρίως για τη χρήση τους για μεταφορά ανθρώπων, αν και έχουν χρησιμοποιηθεί σημαντικά και σε άλλους τομείς όπως η μετεωρολογία.
Ο Γάλλος Γκαστόν Μπιό ανέπτυξε έναν αετό ανύψωσης ανθρώπων το 1868. Αργότερα, το 1880, ο Μπιό παρουσίασε στη Γαλλική Εταιρεία Αεροπλοΐας χαρταετό ο οποίος είχε ως βάση του έναν κώνο με ανοιχτές πλευρές, πανομοιότυπος με ένα ανεμούριο αλλά τοποθετημένος σε μια επίπεδη επιφάνεια. Ο αετός μεταφοράς ανθρώπων αναπτύχθηκε περαιτέρω το 1894 από τον πλοίαρχο Μπέηντεν Μπέηντεν-Πάουελ, αδελφό του Λόρδου Μπέηντεν-Πάουελ, ο οποίος έδεσε μια αλυσίδα εξαγωνικών χαρταετών σε μια μονή γραμμή. Σημαντική πρόοδος έγινε το 1893 όταν ο Αυστραλός Λόρενς Χάργκρεϊβ εφηύρε τον χαρταετό-κουτί και μερικά ακόμη πειράματα μεταφοράς ανθρώπων τα οποία έγιναν σε Αυστραλία και Ηνωμένες Πολιτείες. Το 1905, ο Νιλ ΜακΝτέρμιντ μεταφέρθηκε σε υψόμετρο στον Καναδά με έναν μεγάλο χαρταετό-κουτί με το όνομα Σιαμαίοι Δίδυμοι (The Siamese Twins) που σχεδιάστηκε από τον Αλεξάντερ Γκράχαμ Μπελ.
Τα αερόστατα τότε χρησιμοποιούνταν για τη μετεωρολογία και για στρατιωτική παρατήρηση. Τα αερόστατα μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε καιρικές συνθήκες με ελαφριούς ανέμους, ενώ οι αετοί έχουν τη δυνατότητα πτήσης και σε ισχυρότερους ανέμους. Ο Αμερικανός Σάμουελ Φράνκλιν Κόντι, που εργαζόταν στην Αγγλία, αντιλήφθηκε πως οι δύο τύποι σκαφών σε συνδυασμό επέτρεπαν τη δυνατότητα πτήσης σε μεγάλο εύρος καιρικών συνθηκών. Δούλεψε στο βασικό σχέδιο του Χάργκρεϊβ, προσθέτοντας επιπλέον ανυψωτικές επιφάνειες για να δημιουργήσει δυναμικά συστήματα ανύψωσης για ανθρώπους χρησιμοποιώντας πολλαπλούς χαρταετούς σε μια μονή γραμμή. Ο Κόντι πραγματοποίησε πολλές επιδείξεις του συστήματός του και στη συνέχεια πούλησε τέσσερις από τους «πολεμικούς χαρταετούς» του στο Βασιλικό Ναυτικό της Αγγλίας. Οι χαρταετοί του είχαν επίσης χρήση στη μεταφορά μετεωρολογικών εργαλείων στον αέρα και ως εκ τούτου έγινε συνεργάτης της Βασιλικής Μετεωρολογικής Εταιρείας. Το 1905, ο σκαπανεύς Μόρτον του τμήματος αεροστάτων του Βρετανικού Στρατού ανυψώθηκε στα 790 μέτρα (2.600 πόδια) με έναν χαρταετό στο Όλντερσοτ υπό την επίβλεψη του Κόντι. Το 1906, ο Κόντι ορίστηκε Επικεφαλής Εκπαιδευτής στις πτήσεις με αετό στη Στρατιωτική Σχολή Αεροστάτων του Όλντερσοτ. Σε σύντομο διάστημα έγινε μέλος του νεοσύστατου Στρατιωτικού Εργοστασίου Αεροστάτων στο Φάρνμπορο και συνέχισε να κατασκευάζει πολεμικούς χαρταετούς για τον Βρετανικό Στρατό. Στην εποχή του, ανέπτυξε ένα επανδρωμένο «ανεμόπτερο-χαρταετό» το οποίο ήταν δεμένο σε ένα σχοινί όπως οι χαρταετοί και αποδεσμευόταν ώστε να πετάξει ελεύθερα. Το 1907, ο Κόντι τοποθέτησε έναν κινητήρα αεροσκάφους σε έναν τροποποιημένο μη επανδρωμένο «ηλεκτροκίνητο χαρταετό», τον πρόγονο των μεταγενέστερων αεροπλάνων του, το οποίο δοκίμασε εντός του υπόστεγου των αεροστάτων, με ένα σύρμα δεμένο στους πόλους του, πρό του Πρίγκιπα και της Πριγκίπισσας της Ουαλίας. Ο Βρετανικός Στρατός υιοθέτησε επισήμως τους πολεμικούς χαρταετούς του στις Εταιρείες Αεροστάτων του το 1908.
17ος και 18ος αιώνας
Η αντίληψη του Λεονάρντο ντα Βίντσι πως η ανθρώπινη δύναμη από μόνη της δεν ήταν ικανή για μια διαρκή πτήση επανατέθηκε ξεχωριστά τον 17ο αιώνα από τους Τζοβάνι Μπορέλι και Ρόμπερτ Χουκ. Ο Χουκ αντιλήφθηκε πως χρειάζεται κάποια μορφή μηχανής και το 1655 δημιούργησε ένα κινούμενο με ελατήρια, μοντέλο ορνιθόπτερου το οποίο είχε τη δυνατότητα να πετάξει.
Ξεκίνησαν προσπάθειες για τον σχεδιασμό ή κατασκευή μιας πραγματικής ιπτάμενης μηχανής, κατ' ουσίαν με τη χρήση μιας γόνδολας με κουβούκλιο υποστήριξης και ένα ελατήριο - ή ανθρωποκίνητα πτερύγια για προώθηση. Μεταξύ των πρώτων ήταν οι Χάουτς και Μπουρατίν (1648). Άλλοι περιλαμβάνουν την «Πασσαρόλα» του ντε Γκουσμάο (1709 και έπειτα), τον Σβέντενμποργκ (1716), τον Ντεφόρ (1772), τον Μπάουερ (1764), τον Μεερβάιν (1781), και τον Μπλανσάρ (1781) ο οποίος αργότερα είχε μεγαλύτερη επιτυχία με αερόστατα. Επίσης εμφανίστηκαν ελικόπτερα περιστροφικής πτέρυγας, με τα πιο αξιοσημείωτα του Λομονόσωφ (1754) και του Πόκτον. Μερικά μοντέλα ανεμόπτερων πέταξαν με επιτυχία αν και κάποιοι ισχυρισμοί αμφισβητούνται, αλλά σε καμία περίπτωση δεν κατασκευάστηκε κάποιο μεγάλο σκάφος.
Ο Ιταλός εφευρέτης Τίτο Λίβιο Μπουρατίνι προσκληθείς από τον Πολωνό Βασιλιά Βλαδισλάο Δ΄ στα ανάκτορα του στη Βαρσοβία, κατασκεύασε ένα αεροσκάφος μοντέλο με τέσσερις σταθερές πτέρυγες ανεμόπτερου το 1647. Το μοντέλο αυτό περιγράφηκε ως «τέσσερα ζευγάρια πτερύγων συνδεδεμένα σε έναν περίτεχνο 'δράκο'», και λέγεται πως κατάφερε να ανυψώσει επιτυχώς μια γάτα το 1648 αλλά όχι τον ίδιο τον Μπουρατίνι. Υποσχέθηκε πως θα προκαλούνταν «μόνο ελαφριοί τραυματισμοί» κατά την προσγείωση του αεροσκάφους. Ο «Ιπτάμενος Δράκος» του (Dragon Volant) θεωρείται «το πλέον περίτεχνο και εξελιγμένο αεροπλάνο που κατασκευάστηκε πριν από τον 19ο αιώνα».
Η «Πασσαρόλα» του Μπαρτολομέου ντε Γκουσμάο ήταν ένα κοίλο ανεμόπτερο με ασαφές σχήμα πουλιού παρόμοιας ιδέας αλλά με δύο πτέρυγες. To 1709, υπέβαλε αίτηση στον Βασιλιά Ιωάννη Ε΄ της Πορτογαλίας, ζητώντας υποστήριξη για την εφεύρεση ενός «αερόπλοιου», στην οποία εξέφρασε τη μεγαλύτερη εμπιστοσύνη του. Η δημόσια δοκιμή της μηχανής, η οποία ήταν προγραμματισμένη για τις 24 Ιουνίου 1709, δεν έλαβε χώρα ποτέ. Σύμφωνα με αναφορές της εποχής, όμως, ο Γκουσμάο φέρεται να έχει κάνει λιγότερο φιλόδοξα πειράματα με αυτή τη μηχανή. Είναι βέβαιο πως ο Γκουσμάο εργαζόταν πάνω σε αυτή την αρχή στη δημόσια έκθεση που πραγματοποίησε στα Ανάκτορα στις 8 Αυγούστου 1709, στην αίθουσα Κάζα ντα Ιντία στη Λισαβόνα, όταν προώθησε μια μπάλα στην οροφή δια καύσεως. Επίσης εξέθεσε ένα μικρό μοντέλο αερόπλοιου μπροστά από τα Πορτογαλικά ανάκτορα, αλλά ποτέ δεν κατάφερε να κατασκευάσει το μοντέλο σε κανονική κλίμακα.
Παρ' αυτά, η κατανόηση των αρχών της πτήση και οι πηγές δύναμης απουσίαζαν ακόμη. Αυτό αναγνωρίστηκε από τον Εμάνουελ Σβέντενμποργκ στο έργο του «Σχέδιο Μηχανής για Πτήση στον Αέρα» ("Sketch of a Machine for Flying in the Air") το οποίο δημοσιεύθηκε το 1716. Η ιπτάμενη μηχανή του αποτελούνταν από ένα ελαφρύ πλαίσιο καλυμμένο από σκληρό καμβά μαζί με δύο μεγάλα κουπιά ή φτερά που κινούνταν στον οριζόντιο άξονα, τοποθετημένα έτσι ώστε η η ανοδική κίνηση τους να μη συναντά αντίσταση ενώ η καθοδική να παράγει ανοδική δύναμη. Ο Σβέντενμποργκ γνώριζε πως η μηχανή του δε θα πετάξει, αλλά την πρότεινε ως μια αρχή και ήταν βέβαιος πως το πρόβλημα θα έβρισκε λύση. Έγραψε: «Φαίνεται ευκολότερο να μιλάς για μια τέτοια μηχανή παρά να την κάνεις πράξη, για αυτό απαιτείται περισσότερη δύναμη και λιγότερο βάρος από αυτό ενός ανθρώπου. Η επιστήμη της μηχανικής ίσως προτείνει ένα μέσο, δηλαδή, ένα ισχυρό σπειροειδές ελατήριο. Εάν παρατηρηθούν αυτά τα πλεονεκτήματα και οι προϋποθέσεις, ίσως στο χρόνο να βρεθεί κάποιος που να γνωρίζει καλύτερα πως να αξιοποιήσει το σχέδιο μας και να πραγματοποιήσει κάποια προσθήκη ώστε να κατασκευαστεί αυτό που εμείς μπορούμε μόνο να προτείνουμε». Ο επιμελητής του περιοδικού της Βασιλικής Αεροναυτικής Εταιρείας έγραψε το 1910 πως το σχέδιο του Σβέντενμποργκ ήταν «...Η πρώτη ορθολογική πρόταση για ιπτάμενη μηχανή τύπου βαρύτερης από τον αέρα...»
Την ίδια ώρα, τα στροφειόπτερα δεν είχαν ξεχαστεί τελείως. Τον Ιούλιο του 1754, ο Μιχαήλ Λομονόσοφ επέδειξε ένα μικρό ομοαξονικό σύστημα δίδυμων στροφείων, το οποίο λάμβανε ισχύ από ένα ελατήριο, στη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών. Τα στροφεία ήταν τοποθετημένα το ένα πάνω από το άλλο και περιστρεφόταν σε αντίθετη κατεύθυνση, με την αρχή αυτή να χρησιμοποιείται και στα σύγχρονα σχέδια δίδυμων στροφείων. Στο έργο του Théorie de la vis d'Archimède του 1768, ο Αλέξις-Ζαν-Πιέρ Ποκτόν πρότεινε τη χρήση ενός έλικα για την άνωση και ενός δεύτερου για την προώθηση, κάτι που σήμερα ονομάζεται γυροδύνη. Το 1784 οι Λανουά και Μπιενβενού επέδειξαν ένα ιπτάμενο μοντέλο με ομοαξονικά στροφεία αντίστροφης περιστροφής τα οποία λάμβαναν ισχύ από ένα απλό ελατήριο παρόμοιο με τόξο πριονιού, και πλέον θεωρείται ως το πρώτο ελικόπτερο με κινητήρα.
Οι προσπάθειες για ανθρωποκίνητη πτήση επέμεναν ακόμη. Το στροφειόπτερο του Ποκτόν ήταν ανθρωποκίνητο, ενώ υπό άλλη προσέγγιση, η οποία μελετήθηκε αρχικά από τον ντα Βίντσι, ήταν η χρήση των βαλβίδων πτερυγίων. Η βαλβίδα πτερυγίου είναι ένα απλό αρθρωτό πτερύγιο πάνω από μια τρύπα στο φτερό. Προς τη μια κατεύθυνση ανοίγει και επιτρέπει στον αέρα να περάσει μέσα και από την άλλη κλείνει και επιτρέπει τη δημιουργία αυξημένης διαφοράς πίεσης. Ένα πρώτο παράδειγμα σχεδιάστηκε από τον Μπάουερ το 1764. Αργότερα το 1808, ο Γιάκομπ Ντέγκεν κατασκεύασε ένα ορνιθόπτερο με βαλβίδες πτερυγίων, στο οποίο ο κυβερνήτης στεκόταν σε ένα σκληρό πλαίσιο και κινούσε τις πτέρυγες μέσω μιας κινούμενης οριζόντιας ράβδου. Η προσπάθεια του να πετάξει το 1809 απέτυχε, και έτσι στη συνέχεια προσέθεσε ένα μικρό αερόστατο υδρογόνου και ο συνδυασμός του πέτυχε μερικά μικρά άλματα. Λαϊκές αναπαραστάσεις της εποχής δείχνουν τη μηχανή του χωρίς το αερόστατο, προκαλώντας σύγχυση για το τι ακριβώς πέταξε. Το 1811, ο Άλμπρεχτ Μπέρμπλινγκερ κατασκεύασε ένα ορνιθόπτερο πάνω στο σχέδιο του Ντέγκεν αλλά παρέλειψε το αερόστατο, και η μηχανή του βυθίστηκε στον Δούναβη. Το φιάσκο γύρισε ανάποδα: ο Τζορτζ Κέιλι, ξεκίνησε επίσης από αναπαραστάσεις, και ωθήθηκε να δημοσιεύσει τα ευρήματά του μέχρι την ημερομηνία εκέινη «για χάρη του να δώσει λιγο περισσότερη αξιοπρέπεια σε ένα θέμα το οποίο πλαισιώνεται από το γελοίο στη δημόσια εκτίμηση», και έτσι γεννήθηκε η σύγχρονη εποχή της αεροπορίας.
Σερ Τζορτζ Κέιλι και το πρώτο σύγχρονο αεροσκάφος
Ο Σερ Τζορτζ Κέιλι ήταν ο πρώτος αποκαλούμενος «πατέρας του αεροπλάνου» το 1846. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων του περασμένου αιώνα ξεκίνησε η πρώτη σοβαρή μελέτη της φυσικής της πτήσης που αργότερα οδήγησε στον σχεδιασμό του πρώτου σύγχρονου σκάφους βαρύτερου από τον αέρα. Μεταξύ των αρκετών επιτευγμάτων του, οι πιο σημαντικές συμβολές του στην αεροναυτική περιλαμβάνουν τα εξής:
Από την ηλικία των δέκα ετών ο Κέιλι άρχισε να μελετά τη φυσική του πετάγματος των πουλιών και τα σχολικά του τετράδια περιελάμβαναν σχέδια στα οποία ανέπτυσσε τις ιδέες του σχετικά με τις θεωρίες του πετάγματος. Έχει υποστηριχθεί πως αυτά τα σχέδια δείχνουν πως ο Κέιλι μοντελοποίησε τις αρχές του κεκλιμένου επιπέδου δημιουργίας άνωσης από το 1792 ή το 1793.
Το 1796, ο Κέιλι κατασκεύασε ένα μοντέλο ελικοπτέρου της μορφής που ήταν κοινώς γνωστή ως Κινεζική «ιπτάμενη κορυφή», αγνοώντας τα παρόμοια σχέδια των Λανουά και Μπιενβενού. Θεώρησε το ελικόπτερο ως το καλύτερο σκάφος για την απλή κάθετη πτήση, και στη συνέχεια το 1854 κατασκεύασε ένα βελτιωμένο μοντέλο. Έδωσε στον Mr. Cooper την τιμή να είναι το πρώτο άτομο που θα βελτίωνε «την αδέξια δομή του παιχνιδιού» και αναφέρει πως το μοντέλο του Cooper ανυψώθηκε περίπου είκοσι με τριάντα μέτρα. Ο Κέιλι κατασκεύασε ένα και ο Mr. Coulson έφτιαξε ένα αντίγραφο, το οποίο περιγράφηκε από τον Κέιλι ως «ένα πολύ όμορφο δείγμα του έλικα στον αέρα» και είχε τη δυνατότητα πετάγματος σε ύψος 27 μέτρων (90 πόδια).
Οι επόμενες εφευρέσεις του Κέιλι ήταν διπλές: η υιοθέτηση της διάταξης δοκιμαστικού περιστρεφόμενου βραχίονα, η οποία εφευρέθηκε τον προηγούμενο αιώνα από τον Μπέντζαμιν Ρόμπινς για να διερευνήσει την αεροδυναμική αντίσταση και χρησιμοποιήθηκε αργότερα από τον Τζον Σμίτον για να μετρήσει τις δυνάμεις των πτερυγίων των ανεμόμυλων, για χρήση στην έρευνα των αεροσκαφών μαζί με τη χρήση αεροδυναμικών μοντέλων βραχίονα, παρά να προσπαθήσει να θέσει σε πτήση ένα πλήρως σχεδιασμένο μοντέλο. Αρχικά χρησιμοποίησε ένα απλό επίπεδο τοποθετημένο στον βραχίονα και το έθεσε σε κλίση σε γωνία ως προς τη ροή του αέρα.
Το 1799, έθεσε την έννοια του σύγχρονου αεροπλάνου ως μια ιπτάμενη μηχανή με σταθερές πτέρυγες και διακριτά συστήματα άνωσης, προώθησης και ελέγχου. Σε ένα μικρό ασημένιο δίσκο που χρονολογείται αυτή τη χρονιά, χάραξε από τη μία πλευρά τις δυνάμεις που ασκούνται σε ένα αεροσκάφος και από την άλλη ένα αεροσκάφος στο οποίο ενσωμάτωσε και σύγχρονα χαρακτηριστικά όπως η κυρτή πτέρυγα, το ξεχωριστό ουραίο τμήμα που αποτελείται από οριζόντια ουρά και και κάθετο πτερύγιο, και άτρακτο για τον κυβερνήτη ο οποίος αιωρείται κάτω από το κέντρο βάρους ώστε να παρέχεται σταθερότητα. Το σχέδιο του βέβαια δεν είναι ακόμη εξ ολοκλήρου σύγχρονο, μιας και ενσωματώνει δύο κουπιά ή μοχλούς τα οποία χειρίζονται από τον κυβερνήτη και τα οποία φαίνεται πως λειτουργούν ως βαλβίδες πτερυγίων.
Συνέχισε τις έρευνες του και το 1804 κατασκεύασε ένα μοντέλο ανεμόπτερου, το οποίο ήταν η πρώτη σύγχρονη βαρύτερη από τον αέρα ιπτάμενη μηχανή, έχοντας τη διάταξη ενός συμβατικού σύγχρονου αεροσκάφους με κεκλιμένο φτερό προς το μπροστινό μέρος και ρυθμιζόμενο ουραίο τμήμα στο πίσω μέρος μαζί με την ουρά και το πτερύγιο. Το φτερό ήταν απλά ένας χάρτινος χαρταετός, επίπεδος και μη κυρτός. Ένα κινούμενο βαρίδιο επέτρεπε στη ρύθμιση του κέντρου βάρους του μοντέλου. Φαινόταν «πολύ όμορφο στο μάτι» όταν κατέβαινε από μια πλαγιά, και πολύ ευαίσθητο στις μικρές μεταβολές της ουράς.
Μέχρι το τέλος του 1809, είχε κατασκευάσει το πρώτο ανεμόπτερο πλήρους μεγέθους στον κόσμο και το έθεσε σε πτήση ως μη επανδρωμένο δεμένο χαρταετό. Την ίδια χρονιά, παροτρυμένος από τα αστεία καμώματα των συγχρόνων του (δείτε παραπάνω), ξεκίνησε την έκδοση μιας μνημειώδους τρίτομης πραγματείας με τίτλο «Στην Αεροπλοΐα» (On Aerial Navigation, 1809–1810). Σε αυτή έγραψε την πρώτη επιστημονική δήλωση για το πρόβλημα, «Όλο το πρόβλημα περιορίζεται εντός αυτών των ορίων, δηλαδή να δημιουργήσουμε μια επιφάνεια που να στηρίζει το δωσμένο βάρος με την εφαρμογή της ισχύος στην αντίσταση του αέρα». Ταυτοποίησε τις τέσσερις διανυσματικές δυνάμεις που επηρεάζουν ένα αεροσκάφος: ώθηση, άνωση, αντίσταση και βάρος και διέκρινε τη σταθερότητα και τον έλεγχο στα σχέδια του. Υποστήριξε πως η ανθρώπινη δύναμη από μόνη της ήταν ανεπαρκής, και όσο δεν υπήρχε ακόμη διαθέσιμη κάποια πηγή ισχύος, συζήτησε τις πιθανότητες και ακόμη περιέγραψε τη λειτουργική αρχή μιας μηχανής εσωτερικής καύσης η οποία χρησιμοποιούσε αέριο ή μείγμα αέρα. Ωστόσο δεν είχε ποτέ τη δυνατότητα να κατασκευάσει μια λειτουργική μηχανή και περιόρισε τα πειράματα του στις πτήσεις πλαγιάς. Επίσης ταυτοποίησε και περιέγραψε τη σημασία των κυρτών αεροτομών, των διέδρων, διαγώνιων αντιστηρίξεων, και της μείωσης της αντίστασης, και συνέβαλε στην κατανόηση και τον σχεδιασμό ορνιθόπτερων και αλεξίπτωτων.
Το 1848, είχε φτάσει στο σημείο να κατασκευάσει ένα ανεμόπτερο σε σχήμα τριπλάνου το οποίο ήταν μεγάλο και ασφαλές ώστε να μεταφέρει ένα παιδί. Ένα παιδί από την περιοχή επελέγη αλλά το όνομά του δεν έγινε γνωστό.
Εποχή του ατμού
Σχεδιάζοντας πάνω στα έργα του Κέιλι, το σχέδιο του Ουίλλιαμ Σάμιουελ Χένσον το 1842 για μια εναέρια ατμομηχανή πρωτοπόρησε. Ο Χένσον πρότεινε ένα μονοπλάνο πλάτους 46 μέτρων (150 πόδια) υψηλών πτερύγων, με μια ατμομηχανή η οποία κινούσε δυο έλικες προώθησης. Αν και ήταν μόνο ένα σχέδιο (φαίνεται πως κατασκευάστηκαν αποκλειστικά σκάφη σε κλίμακα μοντέλου, τα οποία δεν φαίνεται να πέτυχαν σταθερή πτήση) ήταν το πρώτο ελικοφόρο αεροσκάφος στην ιστορία. Ο Χένσον και ο συνεργάτης του Τζον Στρινγκφέλοου οραματίστηκαν την πρώτη εταιρεία εναέριων μεταφορών. Το 1866 συμμετείχε στην ίδρυση της Εταιρείας Αεροναυτικής της Μεγάλης Βρετανίας και δύο χρόνια αργότερα η πρώτη αεροναυτική έκθεση έλαβε χώρα στο Κρίσταλ Πάλας του Λονδίνου, όπου ο Στρινγκφέλοου βραβεύθηκε με 100 λίρες Αγγλίας για την ατμομηχανή με την καλύτερη αναλογία ισχύος-βάρους.
Ο Φράνσις Χέρμπερτ Ουένχαμ παρουσίασε την πρώτη του επιστημονική εργασία στη νεοσύστατη Αεροναυτική Εταιρεία (αργότερα Βασιλική Αεροναυτική Εταιρεία), με τίτλο, On Aerial Locomotion (Περί αεροπλοΐας). Συνέχισε το έργο του Κέιλι με τις κυρτές πτέρυγες περαιτέρω, βρίσκοντας σημαντικά ευρήματα τόσο για το τμήμα αεροτομής των πτερύγων όσο και στην κατανομή της άνωσης. Για να δοκιμάσει τις ιδέες του, κατασκεύασε από το 1858 πολλά ανεμόπτερα, τόσο επανδρωμένα όσο και μη επανδρωμένα, τα οποία είχαν έως και πέντε σωρευμένες πτέρυγες. Κατέληξε στο συμπέρασμα πως, οι λεπτές πτέρυγες θα ήταν καλύτερες από αυτές που μοιάζουν με φτερά νυχτερίδων που πρότειναν πολλοί, μιας και θα είχαν περισσότερες αιχμές. Σήμερα η σχέση αυτή είναι γνωστή ως αναλογία του φτερού.
Το τελευταίο μέρος του 19ου αιώνα ήταν μια περίοδος έντονης έρευνας, που χαρακτηρίστηκε από τους «ανεξάρτητους επιστήμονες» οι οποίοι αντιπροσώπευαν κάθε ερευνητική προσπάθεια που έγινε μέχρι τον 20ο αιώνα. Μεταξύ αυτών βρισκόταν και ο Βρετανός επιστήμονας-φιλόσοφος και εφευρέτης Μάθιου Πίερς Βατ Μπούλτον, ο οποίος έγραψε μια σημαντική εργασία το 1864, με τίτλο On Aërial Locomotion (Περί εναέριας μετακίνησης), στην οποία περιέγραψε επίσης τον πλευρικό έλεγχο της πτήσης. Ήταν ο πρώτος που κατοχύρωσε την ευρεσιτεχνία στο σύστημα ελέγχου πτερυγίων το 1868.
Το 1871, οι Ουένχαμ και Μπράουνινγκ δημιούργησαν την πρώτη αεροδυναμική σήραγγα, η οποία ήταν ένας ανεμιστήρας κινούμενος από μια ατμομηχανή που κινούσε τον αέρα σε ένα σωλήνα 3,7 μέτρων στο μοντέλο. Μέλη της Εταιρείας χρησιμοποίησαν τη σήραγγα και διδάχθηκαν πως οι κυρτές πτέρυγες παράγουν περισσότερη άνωση από ότι υπολογιζόταν με τη Νευτώνια θεωρία του Κέιλι, με αναλογία άντωσης-αντίστασης περίπου 5:1 στις 15 μοίρες. Αυτό κατέδειξε σαφώς τη δυνατότητα κατασκευής πρακτικών ιπτάμενων μηχανών βαρύτερων από τον αέρα: αυτό που έμενε ήταν τα προβλήματα ελέγχου και ισχύος του σκάφους.
Από τη δεκαετία του 1870, οι ελαφρείς ατμομηχανές αναπτύχθηκαν σημαντικά για τη χρήση τους σε αεροσκάφη. Το πρώτο αεροσκάφος το οποίο απογειώθηκε με δική του ισχύ και πέταξε σε σταθερό ύψος (6 ίντσες κάτω από την ισχύ του) ήταν ένα μονοπλάνο παράλληλων πτερύγων βάρος 98 κιλών, το "Aerial Steamer", που κατασκευάστηκε από τον Τόμας Μόι το 1875. Η ατμομηχανή του Μόι παρήγαγε ισχύ 3 ίππων (2,2 kW) και κινούσε 2 έλικες τοποθετημένους κατά μήκος του σκάφους.
Εν τω μεταξύ, η πρόοδος στη Βρετανία είχε εκπλήξει τους Γάλλους ερευνητές. Το 1857, ο Φελίξ ντυ Ταμπλ πρότεινε ένα μονοπλάνο το οποίο είχε πτέρυγες με κλίση προς τα μπροστά με ένα ελαφρύ δίεδρο, ουρά αεροπλάνου και εισελκόμενο σύστημα προσγείωσης. Θα κινούνταν με ατμομηχανή. Αναπτύσσοντας τις ιδέες του σε ένα μοντέλο το οποίο κινούνταν αρχικά με μηχανισμό ρολογιού και στη συνέχεια με ατμό, πέτυχε εν τέλει ένα σύντομο άλμα με το κανονικού μεγέθους επανδρωμένο αεροσκάφος του το 1874. Το "Monoplane" του ήταν ένα μεγάλο αεροσκάφος από αλουμίνιο με άνοιγμα φτερών 13 μέτρων (42 πόδια και 8 ίντσες) και βάρους μόνο 80 κιλών χωρίς τον κυβερνήτη. Έγιναν πολλές δοκιμές με το αεροσκάφος, και κατάφερε να ανυψωθεί με τη δύναμη του μετά από απογείωση σε μια κεκλιμμένη επιφάνεια, πέταξε για λίγο και επέστρεψε με ασφάλεια στο έδαφος, πραγματοποιώντας το πρώτο μηχανοκίνητο άλμα στην ιστορία, ένα χρόνο πριν από την πτήση του Μόι.
Το 1864, ο Λε Κομτ Φέρντιναντ Σαρλ Ονόρ Φιλίπ ντ'Εστερνό δημοσίευσε μελέτη πάνω στην Πτήση των Πουλιών (Du Vol des Oiseaux), και τον επόμενο χρόνο ο Λουί Μουγιάρ εξέδωσε το σημαίνων βιβλίο l'Empire de l'Air (Η Αυτοκρατορία των Αιθέρων).
Το 1856, ο Γάλλος Ζαν-Μαρί Λε Μπρι πραγματοποίησε την πρώτη πτήση ψηλότερα απο το σημείο εκκίνησής του, με το ανεμόπτερο του « L'Albatros artificiel » να έλκεται από ένα άλογο σε μια παραλία. Αναφέρθηκε πως πέτυχε να φτάσει σε ύψος 100 μέτρων, σε απόσταση 200 μέτρων.
Ο Αλφόνς Πενώ, Γάλλος που έζησε μεταξύ 1850 και 1880, συνέβαλε σε σημαντικό βαθμό στην αεροναυτική. Εξέλιξε τη θεωρία των καμπυλών των πτερύγων και αεροδυναμικής και κατασκεύασε μοντέλα αεροπλάνων, ελικοπτέρων και ορνιθοπτέρων με επιτυχία. Το 1871, πραγματοποίησε πτήση με το πρώτο αεροδυναμικά σταθερό αεροπλάνο σταθερών πτερύγων, ένα μοντέλο μονοπλάνου το οποίο ονόμασε "Planophore", σε απόσταση 40 μέτρων (130 πόδια). Το μοντέλο του Πενώ ενσωμάτωσε πολλές από τις ανακαλύψεις του Κέιλι, συμπεριλαμβανομένων της χρήσης ουράς, διεδρικών πτερύγων για εγγενή σταθερότητα και κινητήρα καουτσούκ. Το "Planophore" διέθετε επίσης διαμήκη σταθερότητα, μιας και ήταν σχεδιασμένο ώστε η ουρά του να βρίσκεται σε χαμηλότερη γωνία πρόσπτωσης από τις πτέρυγες, το οποίο αποτέλεσε μια πρωτότυπη και σημαντική συμβολή στη θεωρία της αεροναυτικής. Το μεταγενέστερο σχέδιο του Πενώ για αμφίβιο αεροπλάνο, αν και δεν κατασκευάστηκε ποτέ, περιελάμβανε και άλλα σύγχρονα χαρακτηριστικά. Ένα μονοπλάνο χωρίς ουρά με ένα απλό κάθετο πτερύγιο και δίδυμους έλικες ελκυστήρα, διέθετε ακόμη αρθρωτούς οπίσθιους ελκυστήρες και επιφάνειες πηδαλίων, ανασυρόμενο σύστημα προσγείωσης και ένα πλήρως κλειστό, εξοπλισμένο πιλοτήριο.
Εξίσου σημαντική ήταν και η συμβολή του ως θεωρητικού του συναδέλφου και συμπατριώτη του Πενώ, Βικτόρ Τατέν. Το 1879, πραγματοποίησε πτήση με ένα μοντέλο, το οποίο όπως και το το σχέδιο του Πενώ, ήταν μονοπλάνο με δίδυμους έλικες ελκυστήρα αλλά διέθετε ξεχωριστή οριζόντια ουρά. Κινούνταν με συμπιεσμένο αέρα, με τη δεξαμενή αέρα να σχηματίζει την άτρακτο.
Στη Ρωσία, ο Αλεξάντερ Μοζαΐσκι κατασκεύασε ένα ατμοκίνητο μονοπλάνο που κινούνταν μέσω ενός μεγάλου ελκυστήρα και δύο μικρότερους έλικες ώθησης. Το 1884, απογειώθηκε από μια ράμπα και παρέμεινε στον αέρα για 30 μέτρα (98 πόδια).
Την ίδια χρονιά στη Γαλλία, ο Αλεξάντερ Γκουπέλ δημοσίευσε την εργασία του « La Locomotion Aérienne » (Εναέρια Μετακίνηση), αν και η ιπτάμενη μηχανή που κατασκεύασε αργότερα απέτυχε να πετάξει.
Ο Σερ Χάιραμ Μάξιμ ήταν Αμερικανός ο οποίος μετακόμισε στην Αγγλία και απέκτησε την υπηκοότητα. Επέλεξε να αγνοήσει τους σύγχρονούς του και να κατασκευάσει τον δικό του βραχίονα περιστροφής και τη δική του αεροδυναμική σήραγγα. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1890 πραγματοποίησε πειράματα και ανέπτυξε ένα μοντέλο διπλάνου για το οποίο κατοχύρωσε την ευρεσιτεχνία το 1891 και το ολοκλήρωσε ως δοκιμαστική διάταξη τρία χρόνια αργότερα. Επρόκειτο για μια τεράστια μηχανή για την εποχή της με άνοιγμα φτερών 32 μέτρων (105 πόδια) και μήκος 44 μέτρων (145 πόδια), με εμπρόσθιες και οπίσθιες οριζόντιες επιφάνειες και πλήρωμα τριών ατόμων. Οι δίδυμοι έλικες κινούνταν από δύο ελαφρείς σύνθετες ατμομηχανές οι οποίες είχαν ιπποδύναμη 180 αλόγων (130 kW) η καθεμία. Το συνολικό βάρος ήταν 3.200 κιλά. Σε μεταγενέστερες τροποποιήσεις προστέθηκαν επιπλέον επιφάνειες πτερύγων όπως φαίνεται στην αναπαράσταση. Ο σκοπός του ήταν η έρευνα και δεν υπήρχε κάτι ούτε αεροδυναμικά σταθερό ούτε ελεγχόμενο, και έτσι κινούνταν σε απόσταση 550 μέτρων (1.800 πόδια) με ένα διπλό σετ ραγών συγκράτησης οι οποίες το απέτρεπαν από την απογείωση, όπως συμβαίνει στα τρενάκια του λούνα παρκ. Το 1894, η μηχανή είχε αναπτύξει αρκετή άνωση ώστε να απογειωθεί, σπάζοντας μια από τις ράγες συγκράτησης ενώ στη συνέχεια της διαδικασίας η μηχανή καταστράφηκε. Τότε ο Μαξίμ εγκατέλειψε τη δουλειά του πάνω σε αυτή, αλλά επέστρεψε στην αεροναυτική τον 20ο αιώνα για να δοκιμάσει μερικά μικρότερα μοντέλα τα οποία κινούνταν από μηχανές εσωτερικής καύσης.
Ένας από τους τελευταίους πρωτοπόρους της ατμοκίνησης, ο οποίος αγνόησε τους συγχρόνους του που είχαν προχωρήσει, ήταν ο Κλεμάν Αντέρ. Η μηχανή του Éole του 1890 ήταν ένα μονοπλάνο με πτέρυγες νυχτερίδας και ελκυστήρες, το οποίο κατάφερε να πραγματοποιήσει ένα σύντομο, μη ελεγχόμενο άλμα, και έτσι έγινε η πρώτη βαρύτερη από τον αέρα μηχανή που απογειώθηκε με δικά της μέσα. Αλλά το παρόμοιου σχεδιασμού Avion III του 1897, αξιοσημείωτο μόνο για τις δίδυμες ατμομηχανές του, απέτυχε να πετάξει εν τέλει: Ο Αντέρ αργότερα ισχυρίστηκε επιτυχία η οποία δεν καταρρίφθηκε μέχρι το 1910 όταν ο Γαλλικός Στρατός δημοσίευσε την αναφορά της προσπάθειας του.
Μαθαίνοντας την αιώρηση
Το ανεμόπτερο που κατασκευάστηκε με τη βοήθεια του Μασσία και πέταξε για λίγο από τον Μπιό το 1879 βασιζόταν στη δουλειά του Μουγιάρ και είχε δομή πουλιού. Διατηρείται στο Μουσείο Αεροπορίας της Γαλλίας και θεωρείται η πρώτη ιπτάμενη μηχανή μεταφοράς ανθρώπων που διατηρείται ακόμη.
Την τελευταία δεκαετία ή κάπου εκεί του 19ου αιώνα, ενώ οι Μαξίμ και Αντέρ αναβίωναν το παρελθόν, ορισμένες μορφές της αεροπορίας διασαφήνιζαν και όριζαν το σύγχρονο αεροπλάνο. Ο Άγγλος Οράτιο Φίλιπς πραγματοποίησε σημαντική συμβολή στην αεροδυναμική. Ο Γερμανός Ότο Λίλιενταλ και ο Αμερικανός Οκτάβ Σανούτ εργάστηκαν ξεχωριστά ο ένας από τον άλλον στην πτήση αιώρησης. Ο Λίλιενταλ δημοσίευσε ένα βιβλίο σχετικά με το πέταγμα των πουλιών και συνέχισε την περίοδο από το 1891 έως το 1896 με την κατασκευή σειράς ανεμοπτέρων, διάφορων διατάξεων μονοπλάνων, διπλάνων και τριπλάνων για να δοκιμάσει τις θεωρίες του. Πραγματοποίησε χιλιάδες πτήσεις και την ώρα του θανάτου του εργαζόταν σε μηχανοκίνητα ανεμόπτερα.
Ο Φίλιπς πραγματοποίησε εκτεταμένη έρευνα στις αεροδυναμικές σήραγγες και στα τμήματα αεροτομών, χρησιμοποιώντας ατμό ως ρευστό λειτουργίας. Απέδειξε τις αρχές της αεροδυναμικής άνωσης όπως είχαν προβλεφθεί από τους Κέιλι και Ουένχαμ και, από το 1884, κατοχύρωσε πολλές ευρεσιτεχνίες στις αεροτομές. Τα ευρήματα του στηρίζουν όλα τα σύγχρονα σχέδια αεροτομών. Ο Φίλιπς στη συνέχεια ανέπτυξε θεωρίες για τον σχεδιασμό πολυπλάνων, τα οποία αποδείχθηκε ότι ήταν αβάσιμα.
Ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1880, έγινε πρόοδος στην κατασκευή τους η οποία οδήγησε στα πρώτα πρακτικά ανεμόπτερα. Τέσσερα άτομα ήταν τα πιο ενεργά: Τζον Μοντγκόμερι, Ότο Λίλιενταλ, Πέρσι Πίλσερ και Οκτάβ Σανούτ. Ένα από τα πρώτα σύγχρονα ανεμόπτερα κατασκευάστηκε από τον Τζον Μοντγκόμερι το 1883. Ο Μοντγκόμερι στη συνέχεια ισχυρίστηκε πως πραγματοποίησε επιτυχημένη πτήση με αυτό, το 1884 κοντά στο Σαν Ντιέγκο. Οι δραστηριότητες του Μοντγκόμερι καταγράφηκαν από τον Σανούτ στο βιβλίο του Progress in Flying Machines (Πρόοδος στις Ιπτάμενες Μηχανές). Ο Μοντγκόμερι μίλησε για τις πτήσεις του κατά τη διάρκεια του Αεροναυτικού Συνεδρίου του 1893 στο Σικάγο και ο Σανούτ δημοσίευσε τα σχόλια του Μοντγκόμερι τον Δεκέμβριο του 1893 στο περιοδικό American Engineer & Railroad (Αμερικανική Μηχανική και Σιδηρόδρομος). Σύντομα άλματα με το δεύτερο και το τρίτο ανεμόπτερο του Μοντγκόμερι το 1885 και το 1886 περιγράφηκαν από τον ίδιο. Μεταξύ 1886 και 1896 ο Μοντγκόμερι εστίασε στην κατανόηση της φυσικής και της αεροδυναμικής από το να πειραματιστεί με ιπτάμενες μηχανές. Ακόμη ένα αιωρόπτερο κατασκευάστηκε από τον Βίλχελμ Κρες το 1877 κοντά στη Βιέννη.
Ο Ότο Λίλιενταλ ήταν γνωστός ως ο «Βασιλιάς της Αιώρησης» ή «Ιπτάμενος Άνδρας» της Γερμανίας. Αντέγραψε τη δουλειά του Ουένχαμ και την επέκτεινε σημαντικά το 1884, δημοσιεύοντας την έρευνα του το 1889 με τίτλο Το Πέταγμα των Πουλιών ως Βάση της Αεροπορίας (Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst). Επίσης κατασκεύασε σειρά ανεμόπτερων συγκεκριμένου τύπου, τα οποία έγιναν γνωστά ως αιωρόπτερα, συμπεριλαμβανομένων των πτερύγων νυχτερίδων (bat-wing) και μορφών μονοπλάνων ή διπλάνων, όπως το Ανεμόπτερο Ντέρβιτσερ και η Κανονική συσκευή εκτίναξης. Ξεκινώντας από το 1891 έγινε ο πρώτος άνθρωπος που πραγματοποίησε ελεγχόμενες, μη προσδεδεμένες αιωρήσεις σε μορφή ρουτίνας, και έγινε ο πρώτος ο οποίος φωτογραφήθηκε να πετάει μια μηχανή βαρύτερη από τον αέρα, προσελκύοντας το ενδιαφέρον από όλον τον κόσμο. Τεκμηρίωνε την εργασία του με αυστηρότητα, συμπεριλαμβάνοντας φωτογραφίες, και για αυτό το λόγο είναι ένας από τους πιο γνωστούς πρωτοπόρους. Επίσης προώθησε την ιδέα «άλμα πριν την πτήση», προτείνοντας στους ερευνητές να ξεκινούν τη δουλειά τους με ανεμόπτερα και να συνεχίζουν, αντί να σχεδιάζουν απλά μηχανές με κινητήρα σε ένα χαρτί και να ελπίζουν πως θα δουλέψει. Ο Λίλιενταλ πραγματοποίησε πάνω από 2.000 αιωρήσεις μέχρι το θάνατό του το 1896 εξαιτίας τραυματισμών που προκλήθηκαν έπειτα από ατύχημα με ανεμόπτερο. Ο Λίλιενταλ εργαζόταν επίσης σε μικρές μηχανές που ήταν κατάλληλες για την τροφοδότηση των μοντέλων του λίγο πριν τον θάνατό του.