Πρώτες ιπτάμενες μηχανές

Στις πρώτες ιπτάμενες μηχανές περιλαμβάνονται όλες οι μορφές αεροσκαφών που μελετήθηκαν ή κατασκευάστηκαν πριν από την ανάπτυξη του σύγχρονου αεροπλάνου, το 1910. Η ιστορία των σύγχρονων πτήσεων ξεκινά κάτι περισσότερο από έναν αιώνα πριν από το πρώτο επιτυχημένο επανδρωμένο αεροπλάνο, και το πρώτο αεροσκάφος χιλιάδες χρόνια πριν.

Θρύλοι

Από τους αρχαιότερους χρόνους υπήρχαν θρύλοι ανθρώπων οι οποίοι ίππευαν ιπτάμενες μηχανές ή δενόταν με πτέρυγες πανομοιότυπες με των πτηνών, ενισχυμένους μανδύες ή άλλες συσκευές, με τις οποίες προσπαθούσαν να πετάξουν, ή κατά κανόνα να πραγματοποιήσουν άλμα πάνω από έναν πύργο. Ο αρχαιοελληνικός μύθος του Δαίδαλου και του Ικάρου είναι ένας από τους πρώτους που έχουν γίνει γνωστοί. Σύμφωνα με τον Οβίδιο, ο Δαίδαλος έδεσε φτερά μεταξύ τους για να μιμηθεί το πέταγμα των πουλιών. Περίπου το 400 π.Χ στην αρχαία Ελλάδα, ο Αρχύτας ο Ταραντίνος θεωρείται πως σχεδίασε και κατασκεύασε την πρώτη τεχνητή, αυτοκινούμενη ιπτάμενη συσκευή η οποία είχε σχήμα περιστεριού και πιθανώς ήταν ατμοκίνητη, και κατά τις μαρτυρίες πέταξε σε απόσταση περίπου 200 μέτρων. Η μηχανή αυτή ίσως διαλύθηκε κατά την πτήση της. Άλλοι αρχαίοι θρύλοι είναι αυτοί του ιπτάμενου παλατιού ή άρματος Βιμάνα στην Ινδία, του άρματος του Ιεζεκιήλ, διάφορες ιστορίες για ιπτάμενα χαλιά, και αυτή του μυθικού Βρετανού βασιλιά Μπλέιντουντ ο οποίος σχεδίασε πτερύγια πτήσης.

Άλματα από πύργους

Εν τέλει μερικοί προσπάθησαν να κατασκευάσουν ιπτάμενες συσκευές, κατά κανόνα φτερά πανομοιότυπα με αυτά των πτηνών, και προσπάθησαν να πετάξουν ή να πραγματοποιήσουν άλματα πάνω από έναν πύργο, έναν λόφο ή έναν γκρεμό. Κατά την πρώιμη αυτή περίοδο οι αρχές της άνωσης, της σταθερότητας και του ελέγχου δεν είχαν μελετηθεί, και οι περισσότερες προσπάθειες κατέληξαν σε σοβαρό τραυματισμό ή θάνατο μιας και το αεροσκάφος δεν διέθετε αποτελεσματική οριζόντια ουρά ή τα φτερά ήταν πολύ μικρά.
Τον 1ο αιώνα μ.Χ. ο Κινέζος Αυτοκράτορας Ουάνγκ Μανγκ προσέλαβε έναν ειδικό ανιχνευτή ώστε να συλλέξει φτερά πουλιών. Θεωρείται πως πέταξε ελαφρώς για περίπου 100 μέτρα. Το 559 μ.Χ., ο Γιουάν Ουανγκτού λέγεται πως προσγειώθηκε με ασφάλεια μετά από ένα βεβιασμένο άλμα από πύργο.
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 στην 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 την 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 την 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.

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 την χρήση ενός ομπρελλοειδούς αλεξίπτωτου με μικρότερες, τριγωνικές πτέρυγες και μια κάθετη ουρά από κάτω. Ο Λετούρ απεβίωσε μετά την σύγκρουσή του το 1854.

Χαρταετοί

Οι χαρταετοί είναι πιο γνωστοί στην πρόσφατη ιστορία της αεροπορίας κυρίως για την 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 την 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 την 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 την 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.

19ος αιώνας

Κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα, τα άλματα από πύργους αντικαταστάθηκαν από τα εξίσου θανάσιμα και δημοφιλή παρ' αυτά άλματα από αερόστατα ως τρόπος επίδειξης της συνεχιζόμενης αχρηστίας της ανθρώπινης δύναμης και των φτερουγισμάτων. Παράλληλα, η επιστημονική μελέτη των βαρύτερων από τον αέρα πτήσεων ξεκίνησε ένθερμα.

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 την 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 την 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 την 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 στην 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 την 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 την 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 την δεξαμενή αέρα να σχηματίζει την άτρακτο.
Στην 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 στην 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 την βοήθεια του Μασσία και πέταξε για λίγο από τον Μπιό το 1879 βασιζόταν στην 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 την 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.
Συνεχίζοντας από εκεί που σταμάτησε ο Λίλιενταλ, ο Οκτάβ Σανούτ ξεκίνησε τον σχεδιασμό αεροσκαφών μετά από την πρόωρη συνταξιοδότηση του και χρηματοδότησε την κατασκευή πολλών ανεμόπτερων. Το καλοκαίρι του 1896, η ομάδα του έθεσε σε πτήση πολλά από τα μοντέλα τους πολλές φορές στο Μίλερ Μπιτς της Ιντιάνα, και κατέληξαν πως το καλύτερο ήταν ένα μοντέλο διπλάνου. Όπως και ο Λίλιενταλ, κατέγραφε και φωτογράφιζε την δουλειά του, ενώ ήταν απασχολημένος να απαντά σε ομοϊδεάτες ερευνητές από όλο τον κόσμο. Ο Σανούτ ενδιαφερόταν συγκεκριμένα στην επίλυση του πρόβλήματος της αεροδυναμικής σταθερότητας των αεροσκαφών κατά την διάρκεια της πτήσης, την οποία τα πουλιά αντιμετωπίζουν με άμεσες διορθώσεις, αλλά οι άνθρωποι θα έπρεπε να την αντιμετωπίσουν είτε με επιφάνειες σταθερότητας και ελέγχου είτε με την μετακίνηση του κέντρου βάρους του αεροσκάφους, όπως έκανε και ο Λίλιενταλ. Το πιο ανησυχητικό πρόβλημα ήταν η κατά μήκος αστάθεια (απόκλιση), επειδή όσο η γωνία πρόσπτωσης του φτερού αυξάνεται, το κέντρο πίεσης μετακινείται μπροστά και αυξάνει την γωνία ακόμη περισσότερο. Χωρίς άμεση διόρθωση, το σκάφος θα στροβιλιστεί. Πιο δύσκολη στην κατανόηση ήταν η σχέση μεταξύ πλευρικού και κατευθυντικού ελέγχου.
Στην Βρετανία, ο Πέρσι Πίλσερ, ο οποίος είχε δουλέψει για τον Μαξίμ και κατασκεύασε επιτυχώς πολλά ανεμόπτερα από τα μέσα μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1890, κατασκεύασε ένα πρωτότυπο κινητήριο αεροσκάφος το 1899, το οποίο σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα, είχε τη δυνατότητα πτήσης. Όμως, όπως και ο Λίλιενταλ απεβίωσε σε ένα ατύχημα με ανεμόπτερο προτού το δοκιμάσει.
Δημοσιεύσεις όπως το Progress in Flying Machines του Οκτάβ Σανούτ το 1894 και το The Problem of Manflight (Το Πρόβλημα της Ανθρώπινης Πτήσης, 1894) και Aeronautical Annuals (Ετήσια Αεροναυτικά, 1895–1897) του Τζέιμς Μινς συνέβαλαν στην μετάδοση της τρέχουσας έρευνας στο ευρύτερο κοινό.
Η εφεύρεση του χαρταετού κουτιού αυτή την περίοδο από τον Αυστραλό Λόρενς Χάργκρεϊβ οδήγησε στην ανάπτυξη του πρακτικού διπλάνου. Το 1894, ο Χάργκρεϊβ συνέδεσε τέσσερις χαρταετούς μαζί, προσέθεσε μια κρεμαστή θέση, και πέταξε απόσταση 4,9 μέτρων (16 πόδια). Αποδεικνύοντας στο σκεπτικιστικό κοινό πως υπήρχε η δυνατότητα κατασκευής μιας ασφαλούς και σταθερής ιπτάμενης μηχανής, ο Χάργκρεϊβ άνοιξε την δίοδο προς άλλους ερευνητές και πρωτοπόρους. Ο Χάργκρεϊβ αφιέρωσε το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του στην κατασκευή μιας μηχανής η οποία θα μπορούσε να πετάξει. Πίστευε με πάθος στην ανοιχτή επικοινωνία εντός της επιστημονικής κοινότητας και δεν κατοχύρωνε ευρυσιτεχνία στις εφευρέσεις του. Αντιθέτως, δημοσίευε σχολαστικά τα αποτελέσματα των πειραμάτων του ώστε να υπάρχει μια αμοιβαία ανταλλαγή ιδεών με άλλους εφερεύτες που εργάζοταν στο ίδιο πεδίο, αλλά και να επισπεύσει την κοινή πρόοδο. Ο Οκτάβ Σανούτ πείστηκε πως σκάφη πολλαπλών πτερύγων θα ήταν πιο αποτελεσματικά από τα μονοπλάνα και έτσι εισήγαγε την ενισχυμένη διάταξη φτερών «αντηρίδων-αγωγών» η οποία, με τον συνδυασμό ακαμψίας και ελαφρότητας, στη μορφή του διπλάνου θα κυρίευε τον σχεδιασμό αεροσκαφών για δεκαετίες. Ο εφευρέτης του χαρταετού κουτιού Λόρενς Χάργκρεϊβ πειραματίστηκε και αυτός στη δεκαετία του 1880 με μοντέλα μονοπλάνων και μετά το 1889 κατασκεύασε ένα ελικοφόρο κινούμενο από συμπιεσμένο αέρα.
Ακόμη και τα άλματα από αερόστατα άρχισαν να πετυχαίνουν. Το 1905, ο Ντάνιελ Μαλόνεϊ μεταφέρθηκε με ένα αερόστατο σε ένα ανεμόπτερο παράλληλων πτερύγων το οποίο σχεδιάστηκε από τον Τζον Μοντγκόμερι σε υψόμετρο 1.200 μέτρων (4.000 πόδια) προτού αποδεσμευθεί, αιωρούμενος προς τα κάτω, και προσγειούμενος σε μια προσχεδιασμένη τοποθεσία ως μέρος μιας μεγάλης δημόσιας αναπαράστασης στη Σάντα Κλάρα της Καλιφόρνια. Όμως, μετά από πολλές επιτυχημένες πτήσεις, κατά τη διάρκεια της ανύψωσης τον Ιούλιο του 1905, ένα σκοινί από το αερόστατο κόλλησε στο ανεμόπτερο, και έτσι αυτό υπέστη δομική βλάβη μετά την αποδέσμευση του, οδηγώντας στον θάνατο του Μαλόνεϊ.

Τροφοδοτούμενη, ελεγχόμενη πτήση

Η τροφοδοτούμενη, ελεγχόμενη πτήση επετεύχθη εν τέλει κοντά στην αλλαγή του αιώνα.

Γουάιτχεντ

Ο Γκουστάβ Βάισκοπφ ήταν Γερμανός ο οποίος μετανάστευσε στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου σύντομα άλλαξε το όνομα του σε Γουάιτχεντ. Από το 1897 έως το 1915, σχεδίασε και κατασκεύασε ιπτάμενες μηχανές και κινητήρες. Στις 14 Αυγούστου 1901, ο Γουάιτχεντ ισχυρίστηκε πως πραγματοποίησε ελεγχόμενη, τροφοδοτούμενη πτήση με το Μονοπλάνο 21 στο Φέαρφιλντ του Κονέκτικατ. Έκθεση της πτήσης του δημοσιεύθηκε στην εφημερίδα Bridgeport Sunday Herald και αναπαρήχθη από εφημερίδες σε όλο τον κόσμο. Ο Γουάιτχεντ ισχυρίστηκε ακόμη δύο πτήσεις στις 17 Ιανουαρίου 1902, με το Μονοπλάνο 22. Στην περιγραφή του ανέφερε πως είχε κινητήρα 40 αλόγων (30kW) με δίδυμους έλικες έλκυστήρα και πως ελεγχόταν από διαφορετικούς έλικες ταχύτητας και πηδάλια. Ισχυρίστηκε πως διένυσε μια κυκλική απόσταση 10 χιλιομέτρων (6,2 μίλια).
Για πολλά χρόνια οι ισχυρισμοί του Γουάιτχεντ αγνοούνταν ή απορρίπτονταν από τους κύριους ιστορικούς της αεροπορίας. Τον Μάρτιο του 2013, το Jane's All the World's Aircraft δημοσίευσε κύριο άρθρο μέσω του οποίου αποδεχόταν την πτήση του Γουάιτχεντ ως την πρώτη επανδρωμένη, τροφοδοτούμενη, ελεγχόμενη πτήση σκάφους βαρύτερου από τον αέρα. Το Ινστιτούτο Σμιθσόνιαν είναι μεταξύ αυτών που δεν αποδέχονται την πτήση του Γουάιτχεντ.

Λάνγκλεϊ

Μετά από μια διαπρεπή σταδιοδρομία στην αστρονομία και λίγο πριν γίνει Γραμματέας του Ινστιτούτου Σμιθσόνιαν, ο Σάμιουελ Πίρποντ Λάνγκλεϊ ξεκίνησε σοβαρή έρευνα στην αεροδυναμική εκεί που πλέον είναι το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ. Το 1891, δημοσίευσε το Experiments in Aerodynamics (Πειράματα Αεροδυναμικής) στο οποίο έδινε λεπτομέρειες της έρευνας του, και μετά στράφηκε στην κατασκευή των σχεδίων του. Είχε την ελπίδα πως θα πετύχαινε αυτόματη αεροδυναμική σταθερότητα, και έτσι έδωσε λίγη προσοχή στον έλεγχο κατά την πτήση. Στις 6 Μαΐου 1896, το Aerodrome No. 5 του Λάνγκλεϊ πραγματοποίησε την πρώτη επιτυχημένη σταθερή πτήση με ένα μη επανδρωμένο, καθοδηγούμενο από μηχανή βαρύτερο από το αέρα σκάφος σημαντικού μεγέθους. Απογειώθηκε από έναν καταπέλτη με ελατήριο στην οροφή ενός πλωτού σπιτιού στον ποταμό Ποτόμακ κοντά στο Κουάντικο της Βιρτζίνια. Πραγματοποίησε δύο πτήσεις το ίδιο απόγευμα, μια 1.005 μέτρων (3.297 πόδια) και μια δεύτερη 700 μέτρων (2.300 πόδια), με ταχύτητα περίπου 40 χλμ/ώρα (25 μίλια/ώρα). Και στις δύο περιπτώσεις το Aerodrome No. 5 προσυδατώθηκε στο νερό όπως ήταν σχεδιασμένο, μιας και για εξοικονόμηση βάρους δεν διέθετε σύστημα προσγείωσης. Στις 28 Νοεμβρίου 1896, πραγματοποιήθηκε ακόμη μία επιτυχημένη πτήση με το Aerodrome No. 6. Αυτή η πτήση απόστασης 1.460 μέτρων (4.790 πόδια), μαρτυρήθηκε και φωτογραφήθηκε από τον Αλεξάντερ Γκράχαμ Μπελ. Το Aerodrome No. 6 ήταν ουσιαστικά το Aerodrome No. 4 με σημαντικές τροποποιήσεις. Λίγα είχαν μείνει από το πρώτο αεροσκάφος στο οποίο είχε δοθεί νέος σχεδιασμός.
Μετά την επιτυχία των Aerodrome No. 5 και No. , ο Λάνγκλεϊ στράφηκε στην χρηματοδότηση κατασκευής μιας έκδοσης πλήρους μεγέθους μεταφοράς ανθρώπων των μοντέλων του. Ωθούμενη από την Ισπανοαμερικανικό πόλεμο, η κυβέρνηση των ΗΠΑ του χορήγησε το ποσό των 50.000 δολαρίων για να αναπτύξει μια ιπτάμενη μηχανή μεταφοράς ως μέσο εναέριας αναγνώρισης. Ο Λάνγκλεϊ σχεδίασε την κατασκευή μιας κλιμακωτής έκδοσης γνωστής ως Aerodrome A, ξεκινώντας από το μικρότερο Quarter-scale Aerodrome, το οποίο πέταξε δύο φορές στις 18 Ιουνίου 1901, και μετά ξανά με το νέο και πιο ισχυρό κινητήρα το 1903.
Με το βασικό σχέδιο να έχει δοκιμαστεί επιτυχώς, στράφηκε στο πρόβλημα για τον κατάλληλο κινητήρα. Συμφώνησε με τον Στίφεν Μπάλζερ να του φτιάξει έναν, αλλά απογοητεύτηκε όταν ο κινητήρας είχε ισχύ μόνο 8 αλόγων (6.0 kW) αντί για 12 άλογα (8.9 kW) που ανέμενε. Ο βοηθός του Λάνγκλεϊ, Τσαρλς Μάνλι, επεξεργάστηκε το μοντέλο αυτό σε έναν πεντακύλινδρο υδρόψυκτο ακτινωτό κινητήρα ο οποίος είχε τη δυνατότητα παροχής 52 αλόγων (39 kW) με 950 στροφές/λεπτό, ένα χαρακτηριστικό που του πήρε χρόνια για να αντιγράψει. Έχοντας πλέον ισχύ και σχέδιο, ο Λάνγκλεϊ τα τοποθέτησε μαζί με μεγάλες ελπίδες.
Προς απογοήτευση του, το αεροσκάφος αποδείχθηκε πολύ εύθραυστο. Η απλή κλιμάκωση προς τα πάνω του αρχικού σχεδίου των μικρών μοντέλων είχε ως αποτέλεσμα ένα μοντέλο που ήταν πολύ αδύναμο να κρατηθεί μόνο του. Δύο απόπειρες στα τέλη του 1903 κατέληξαν με την άμεση πτώση του Aerodrome στο νερό. Ο κυβερνήτης, Μάνλι, διασώθηκε και τις δύο φορές. Επίσης, το σύστημα ελέγχου του αεροσκάφους ήταν ανεπαρκές για να επιτρέψει ταχεία αντίδραση του κυβερνήτη, δεν διέθετε καμία μέθοδο πλευρικού ελέγχου και έτσι η εναέρια σταθερότητα του Aerodrome ήταν οριακή.
Οι απόπειρες του Λάνγκλεϊ να εξασφαλίσει επιπλέον χρηματοδότηση απέτυχαν, και έτσι οι προσπάθειες του σταμάτησαν. Εννέα μέρες μετά την δεύτερη αποτυχημένη απογείωση του στις 8 Δεκεμβρίου, οι αδελφοί Ράιτ πέταξαν με επιτυχία το Flyer τους. Ο Γκλεν Κέρτις πραγματοποίησε 93 τροποποιήσεις στο Aerodrome και πέταξε με αυτό το εντελώς διαφορετικό αεροσκάφος το 1914. Χωρίς αναγνώριση αυτών των τροποποιήσεων, το Ινστιτούτο Σμιθσόνιαν ισχυρίστηκε πως το Aerodrome του Λάνγκλεϊ ήταν η πρώτη μηχανή «ικανή για πτήση».

Το πρώτο πρακτικό αεροσκάφος

Μιας και η τροφοδοτούμενη από μηχανή, και ελεγχόμενη πτήση είχαν επιτευχθεί, χρειαζόταν ακόμη πρόοδος για την δημιουργία μιας πρακτικής ιπτάμενης μηχανής γενικής χρήσης. Η περίοδος αυτή πριν από τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο ονομάζεται συχνά εποχή πρωτοπόρων της αεροπορίας.

Αξιόπιστη ισχύς

Η ιστορία των πρώτων τροφοδοτούμενων πτήσεων είναι περίπου η ιστορία της κατασκευής των πρώτων κινητήρων. Οι αδελφοί Ράιτ σχεδίασαν τους δικούς τους κινητήρες. Χρησιμοποίησαν έναν απλό κινητήρα πτήσης, ιπποδύναμης 12 αλόγων (8,9 kW), υδρόψυκτο με τέσσερις κυλίνδρους και πέντε ρουλεμάν και έγχυση καυσίμου. Το σκάφος του Γουάιτχεντ τροφοδοτούνταν από δύο κινητήρες του σχεδίου του: έναν κινητήρα εδάφους 10 αλόγων (7,5 kW) ο οποίος κινούσε τους μπροστινούς τροχούς ώστε το σκάφος να φτάσει σε ταχύτητα απογείωσης και έναν κινητήρα ασετιλίνης που κινούσε δύο έλικες, ιπποδύναμης 20 αλόγων (15 kW). Ο Γουάιτχεντ ήταν έμπειρος μηχανικός, και αναφέρεται πως μάζεψε χρήματα για το αεροσκάφος του κατασκευάζοντας και πουλώντας κινητήρες σε άλλους αεροπόρους. Οι περισσότεροι πρώιμοι κινητήρες δεν ήταν ούτε αρκετά ισχυροί, ούτε αρκετά αξιόπιστοι για πρακτική χρήση, και η ανάπτυξη βελτιωμένων κινητήρων έγινε «χέρι-χέρι» με τις βελτιώσεις στις ατράκτους.
Στην Ευρώπη, το πρωτοποριακό παράδειγμα κινητήρα διάταξης V-8, ο Antoinette 8V του Λέων Λεβαβασέρ, για τον οποίο δηλώθηκε ευρυσιτεχνία για πρώτη φορά το 1902, κυριάρχησε στις πτήσεις για πολλά χρόνια μετά την παρουσίασή του το 1906, τροφοδοτώντας πολλά αξιοσημείωτα σκάφη της εποχής. Ενσωματώνοντας άμεση έγχυση καυσίμου, εξατμιστική υδρόψυξη, και άλλα πρωτοπόρα χαρακτηριστικά, παρήγαγε ιπποδύναμη περίπου 50 αλόγων (37 kW).
Ο Βρετανικός Green C.4 του 1908 ακολούθησε το σχήμα των Ράιτ, και ήταν ένας τετρακύλινδρος κινητήρας με εσωτερική υδρόψυξη, αλλά παρήγαγε ιπποδύναμη 52 αλόγων (39 kW). Χρησιμοποιήθηκε σε πολλά πρωτοποριακά αεροσκάφη, συμπεριλαμβανομένων και αυτών του Άλιοτ Βέρντον Ρόε.
Ακόμη κατασκευάζονταν οριζοντίως αντίθετα σχέδια. Ο τετρακύλινδρος υδρόψυκτος κινητήρας de Havilland Iris πέτυχε ισχύ 45 αλόγων, αλλά χρησιμοποιήθηκε ελάχιστα, ενώ ο επιτυχημένος Nieuport με δύο κυλίνδρους πέτυχε 28 άλογα (21 kW) το 1910.
Το 1909 οι ακτινωτοί κινητήρες άρχισαν να θεωρούνται πιο σημαντικοί. Οι ημι-ακτινωτοί Anzani με τρεις κυλίνδρους ή κινητήρες ανεμιστήρα του 1909 (κατασκευάστηκαν επίσης σε πραγματική γωνία 120° σε ακτινωτή μορφή) είχαν τη δυνατότητα μόνο 25 αλόγων (19 kW) αλλά ήταν πολύ πιο ελαφριοί από τον Antoinette, και επελέγησαν από τον Λουί Μπλεριό στην πτήση του πάνω από την Μάγχη. Πιο ανατρεπιτκοί ήταν οι ακτινωτοί ελικοειδείς κινητήρες της σειρας Gnôme των αδερφών Σεγκίν, με κυρίαρχο τον αερόψυκτο με επτά κυλίνδρους Gnome Omega που παρήγαγε 50 άλογα το 1906. Σε έναν ελικοειδή κινητήρα, ο στροφαλοφόρος άξονας είναι τοποθετημένος στην άκτρακτο, ολόκληρος ο κινητήρας καλύπτεται και οι κύλινδροι περιστρέφονται με τον έλικα. Αν και αυτός ο τύπος παρουσιάστηκε το 1887 από τον Λόρενς Χάργκρεϊβ, οι βελτιώσεις που έγιναν στους Gnome τον κατέστησαν έναν εύρωστο, σχετικά αξιόπιστο και ελαφροβαρύ κινητήρα ο οποίος έφερε την επανάσταση στην αεροπορία και συνάντησε συνεχείς βελτιώσεις τα επόμενα δέκα χρόνια. Το καύσιμο εισερχόταν σε κάθε κύλινδρο άμεσα από τον στροφαλοθάλαμο, που σημαίνει πως απαιτούνταν μόνο μια βαλβίδα εξάτμισης. Ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος ελικοειδής με εννέα κυλίνδρους κινητήρας Le Rhône 9C ισχύος 80 αλόγων παρουσιάστηκε το 1913 και υιοθετήθηκε ευρέως για στρατιωτική χρήση.
Οι εσωτερικοί και οι VEE κινητήρες παρέμειναν δημοφιλείς, με την Γερμανική εταιρεία Mercedes να παράγει μια σειρά από υδρόψυκτους κινητήρες με έξι κυλίνδρους. Το 1913, παρουσίασε την επιτυχημένη σειρά D.I με ιπποδύναμη 101 αλόγων (75 kW).

Ανύψωση και αποδοτικότητα

Η ελαφρότητα και η δύναμη του διπλάνου αντισταθμίζεται από την εγγενή αναποτελεσματικότητα να τοποθετηθούν δύο πτέρυγες τόσο κοντά. Τα διπλάνα και τα μονοπλάνα ανταγωνίζονται μεταξύ τους, ενώ είναι ακόμη σε παραγωγή στο ξέσπασμα του πολέμου το 1914.
Μια αξιοσημείωτη βελτίωση, αν και απέτυχε, ήταν το πρώτο αρθρωτό μονοπλάνο που κατασκευάστηκε. Το Antoinette Monobloc του 1911 διέθετε ένα πλήρως περίφρακτο πιλοτήριο και εξομαλυμένο σύστημα προσγείωσης, αλλά η έξοδος των 50 αλόγων (37 kW) του κινητήρα V-8 δεν επαρκούσε ώστε αυτό να πετάξει σε μεγάλη απόσταση. Μεγαλύτερη επιτυχία σημείωσε το ενισχυμένο μονοπλάνο Deperdussin, το οποίο κέρδισε τον εναρκτήριο αγώνα του Κυπέλλου Σνάιντερ, οδηγούμενο από τον Μωρίς Πρεβόστ, ολοκληρώνοντας τους 28 γύρους των 10 χιλιομέτρων (6,2 μίλια) με μέση ταχύτητα 73,63 χλμ/ώρα (45,75 μίλια/ώρα).
Τα τριπλάνα ήταν ακόμη σε πειραματικό στάδιο, με πιο αξιοσημείωτη τη σειρά που κατασκευάστηκε μεταξύ 1909 και 1910 από τον Βρετανό πρωτοπόρο Άλιοτ Βέρντον Ρόε. Πηγαίνοντας παραπέρα τα τεταρτοπλάνα πραγματοποίησαν λίγες εμφανίσεις. Το πολυπλάνο, που διαθέτει μεγάλο αριθμό λεπτών πτερύγων, ήταν και αυτό σε πειραματικό επίπεδο, με τη μεγαλύτερη επιτυχία να σημειώνεται από τον Οράτιο Φίλιπς. Το τελικό πρωτότυπο του, επιβεβαίωσε την αναποτελεσματικότητα και την χαμηλή απόδοση της ιδέας.
Δοκιμάστηκαν και άλλες ριζοσπαστικές προσεγγίσεις στο σχεδιασμό των πτερύγων. Ο γεννημένος στην Σκωτία εφευρέτης Αλεξάντερ Γκράχαμ Μπελ σχεδίασε μια οκταεδρική κυψελοειδή πτέρυγα, η οποία όπως και το πολυπλάνο, αποδείχθηκε απογοητευτικά αναποτελεσματική. Σε άλλα ατυχή σχέδια συμπεριλαμβάνονται το Edwards Rhomboidal, η δακτυλοειδής πτέρυγα των Λη-Ρόμπερτς και ποικίλος αριθμός πτερύγων που ήταν η μία μετά την άλλη στη σειρά.
Πολλά από αυτά τα πειραματικά σχέδια ήταν πρακτικά στις αρχές τους και ξαναεμφανίστηκαν έκτοτε.

Σταθερότητα και έλεγχος

Οι πρώτες κατασκευές εστίαζαν κυρίως σε ένα σκάφος αρκετά σταθερό ώστε να πετάξει αλλά απέτυχαν να προσφέρουν πλήρη ελεγξιμότητα, ενώ οι Ράιτ θυσίασαν την σταθερότητα ώστε να κάνουν το Flyer πλήρως ελέγξιμο. Ένα πρακτικό αεροσκάφος χρειάζεται και τα δύο. Αν και υπήρχε σταθερότητα σε πολλά αεροσκάφη, οι αρχές της δεν είχαν κατανοηθεί πλήρως και η πρόοδος ήταν ασταθής. Τα πτερύγια αντικατέστησαν σταδιακά τις πτέρυγες στρέβλωσης στον πλευρικό έλεγχο αν και οι σχεδιαστές μερικές φορές, όπως στο Blériot XI, επέστρεφαν σποραδικά στις πτέρυγες στρέβλωσης. Παρομοίως, όλες οι ουραίες επιφάνειες έδωσαν την θέση του σε σταθεροποιητές με τοποθετημένες αρθρωτές επιφάνειες ελέγχου. Η διάταξη ψευδοελκυστήρων των πρώτων Flyers των Ράιτ αντικαταστάθηκε από αεροσκάφη με έλικες ελκυστήρα.
Στην Γαλλία, η πρόοδος ήταν σχετικά γρήγορη.
Το 1906, ο Βραζιλιάνος Αλμπέρτου Σάντους-Ντουμό πραγματοποίησε δημόσιες πτήσεις στην Γαλλία με το αεροσκάφος του, 14-bis. Ένα διπλάνο με διάταξη ψευδοελκυστήρων, σαφείς διεδρικές πτέρυγες, το οποίο διέθετε μια πτέρυγα «κουτί-κυψέλη» στο στυλ του Χάργκρεϊβ μπροστά από την οποία βρισκόταν η συνδεσμολογία του «χαρταετού-κουτιού» η οποία κινούνταν και του επέτρεπε να κινείται ως ελκυστήρας και ως πηδάλιο. Αργότερα προσέθεσε βοηθητικές επιφάνειες μεταξύ των πτερύγων ως αρχέγονα πτερύγια, οι οποίες παρείχαν πλευρικό έλεγχο. Η πτήση του ήταν η πρώτη που έγινε από τροφοδοτούμενη από κινητήρα, βαρύτερη από τον αέρα μηχανή η οποία πιστοποιήθηκε από την Αερολέσχη της Γαλλίας, και κέρδισε το έπαθλο Ντόιτς-Αρκντίκον (Deutsch-Archdeacon) για την πρώτη καταγεγραμμένη πτήση πάνω από 25 μέτρα (82 πόδια). Στη συνέχεια έθεσε το πρώτο παγκόσμιο ρεκόρ που αναγνωρίστηκε από την Διεθνή Ομοσπονδία Αεροναυτικής πετώντας 220 μέτρα (720 πόδια) σε 21,5 δευτερόλεπτα.
Την επόμενη χρονιά ο Λουί Μπλεριό πέταξε με το Blériot VII, ένα μονοπλάνο με ελκυστήρα με πλήρη έλεγχο των τριών αξόνων επιτρέποντας την χρήση οριζόντιων ουραίων επιφανειών ως συνδυασμένους ελκυστήρες και πτερύγια. Το αμέσως επόμενο μοντέλο, το Blériot VIII, διέθετε την πρώτη άτρακτο που ήταν εξοπλισμένη με όλα τα αναγνωρίσιμα στοιχεία ενός σύγχρονου συστήματος ελέγχου πτήσης, τον Απρίλιο του 1908. Εκεί που απέτυχαν οι Οράτιο Φίλιπς και Τράιαν Βούια, το σκάφος του Μπλεριό ήταν το πρώτο πρακτικό μονοπλάνο ελκυστήρα και έθεσε την αρχή μιας τάσης στην Γαλλική αεροπορία. Από το 1909, ανέπτυξε αυτή τη διάταξη σε τέτοιο σημείο ώστε το Blériot XI είχε τη δυνατότητα να διασχίσει την Μάγχη μετά από πολλές διορθώσεις χρησιμοποιώντας τις ουραίες επιφάνειες ως ελκυστήρες και τις πτέρυγες στρέβλωσης για τον πλευρικό έλεγχο. Ακόμη ένα σκάφος το οποίο εμφανίστηκε το 1907 ήταν το διπλάνο Voisin. Αυτό δεν διέθετε καμία πρόβλεψη για πλευρικό έλεγχο, και μπορούσε να πραγματοποιεί μόνο ρηχές στροφές με την χρήση ενός πηδαλίου ελέγχου, αλλά πέταξε με μεγάλη επιτυχία κατά τη διάρκεια του χρόνου από τον Ανρί Φαρμάν, και στις 13 Ιανουαρίου 1908 κέρδισε τα 50.000 φράγκα του επάθλου Ντόιτς ντε λα Μέρτ-Αρκντίκον του Αεροπορικού Γραν Πρι όντας ο πρώτος αεροπόρος που ολοκλήρωσε επισήμως καταγεγραμμένα την κλειστή πίστα 1 χιλιομέτρου, συμπεριλαμβανομένων της απογείωσης και της προσγείωσης με την ισχύ του ιδιού του αεροσκάφους.
Ο Σάντους Ντουμό συνέχισε να πραγματοποιεί σημαντική συμβολή στον τομέα του σχεδιασμού αεροσκαφών. Τα τελευταία του αεροσκάφη, η σειρά Demoiselle (Αρ. 19 έως 22), ήταν επίσης μονοπλάνα ελκυστήρα. Ήταν πλήρως ελέγξιμα κατά την διάρκεια της πτήσης από μια μονάδα ουράς η οποία λειτουργούσε τόσο ως ελκυστήρας όσο και ως πηδάλιο, και με πτέρυγες στρέβλωσης (Αρ. 20). Η άτρακτος του Demoiselle Αρ. 19 του 1908 αποτελούνταν από τρεις ενισχυμένους βραχίονες μπαμπού, με τη θέση του κυβερνήτη να βρίσκεται μεταξύ των κύριων τροχών ενός τρίκυκλου συστήματος προσγείωσης. Το Demoiselle μπορούσε να κατασκευαστεί σε διάστημα 15 ημερών και έγινε η πρώτη σειρά παραγωγής αεροσκαφών παγκοσμίως. Το 1909, προσφερόταν με την επιλογή 3 κινητήρων: έναν Clement 20 αλόγων, έναν τετρακύλινδρο Wright 30 αλόγων (Η Clement-Bayard είχε την άδεια κατασκευής των κινητήρων των Ράιτ), και ενός Clement-Bayard 40 αλόγων σχεδιασμένο από τον Πιέρ Κλερζέ. Το Demoiselle μπορούσε να φτάσει σε ταχύτητα 120 χλμ/ώρα. Ο Σάντους-Ντουμό άφησε τα σχέδια του Demoiselle ελεύθερα προς χρήση, ελπίζοντας πως η αεροπορία θα καθοδηγούνταν σε μια νέα ακμάζουσα εποχή για την ανθρωπότητα. Το περιοδικό Popular Mechanics αναπαρήγαγε τα σχέδια και ανέφερε, «Αυτή η μηχανή είναι καλύτερη από οποιαδήποτε έχει κατασκευαστεί μέχρι τώρα, για αυτούς που θέλουν να πετύχουν αποτελέσματα με τα λιγότερα έξοδα και με μικρή ποσότητα πειραματισμού.»
Τα σχέδια του Γάλλου πρωτοπόρου Λέων Λεβαβασέρ είναι περισσότερο γνωστά υπό την ονομασία της εταιρείας Antoinette την οποία ίδρυσε ο ίδιος. Το Antoinette IV του 1908 ήταν μονοπλάνο αυτής που πλέον θεωρείται συμβατικής διάταξης, με ουραίο πτέρωμα και πτερύγιο τα οποία στήριζαν κινούμενες επιφάνειες ελέγχου, και πτερύγια στα φτερά. Τα πτερύγια δεν ήταν επαρκώς αποτελεσματικά και έτσι σε μεταγενέστερα μοντέλα του, αντικαταστάθηκαν από πτέρυγες στρέβλωσης.
Στο τέλος του 1908, οι αδελφοί Βουαζάν πούλησαν ένα αεροσκάφος που τους παρήγγειλε ο Ανρί Φαρμάν στον Τζον Μουρ Μπράμπαζον. Εξοργισμένος ο Φαρμάν κατασκεύασε το δικό του αεροσκάφος υιοθετώντας το σχέδιο των Βουαζάν και προσθέτοντας πτερύγια. Μετά από επιπλέον τροποποιήσεις στις ουραίες επιφάνειες και τα πτερύγια, το Farman III έγινε το πιο δημοφιλές αεροπλάνο που πωλήθηκε μεταξύ 1909 και 1911, και αντιγράφηκε από πολλούς. Στην Βρετανία ο Αμερικανός εκπατρισμένος Σάμουελ Κόντι πέταξε με ένα αεροσκάφος παρόμοιας με το Flyer των Ράιτ διάταξης το 1908, ενσωματώνοντας ουραίο πτέρωμα καθώς και έναν τεράστιο πρόσθιο ελκυκστήρα. Το 1910 ένα βελτιωμένο μοντέλο με πτερύγια τοποθετημένα ανάμεσα στις πτέρυγες κέρδισε το Κύπελλο Μισελέν, ενώ το αεροσκάφος του τύπου του Φαρμάν του Ζοφρουά ντε Χάβιλαντ διέθετε πτερύγια στο πάνω μέρος του φτερού και έτσι γεννήθηκε το Royal Aircraft Factory F.E.1. Το Bristol Boxkite, αντίγραφο του Farman III, κατασκευάστηκε σε μεγάλη ποσότητα. Στις ΗΠΑ ο Γκλεν Κέρτις μέταξε με το AEA June Bug και μετά με το Golden Flyer του, με το οποίο το 1910 πραγματοποίησε την πρώτη απογείωση και προσγείωση σε ναυτική γέφυρα. Την ίδια στιγμή οι Ράιτ μαχόταν με το πρόβλημα επίτευξης τόσο σταθερότητας όσο και ελέγχου, και πειραματίστηκαν περεταίρω με τις πρόσθιες πτέρυγες προτού προσθέσουν ένα μικρό αεροπλάνο στην ουρά και στο τέλος αφαίρεσαν τις πτέρυγες ολοκληρωτικά. Δημοσίευσαν το διθέσιο τους Model B το 1910 και έλαβαν άδεια για παραγωγή το 1911 ως Burgess Model F.
Δοκιμάστηκαν πολλές ριζικές διατάξεις, με λίγες όμως να έχουν προοπτική. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο Τζον Γουίλιαμ Ντιούν ανέπτυξε μια σειρά από αεροσκάφη ωθητήρα χωρίς ουρά τα οποία διέθεταν πτέρυγες σάρωσης με κωνική ανώτερη επιφάνεια. Το διπλάνο του D.5 πέταξε το 1910 και αποδείχθηκε πλήρως σταθερό. Ο Ντιούν απέφυγε επίτηδες τον πλήρη έλεγχο των τριών αξόνων, σχεδιάζοντας αντ' αυτού ένα σύστημα το οποίο ήταν ευκολότερο στην χρήση και αποδείχθηκε πιο ασφαλές στην πράξη. Το σύστημα του Ντιούν δεν υιοθετήθηκε ευρέως. Η σειρά του έφτασε στο απόγειό της με το D.8 το οποίο κατασκευάστηκε με άδεια στην Γαλλία ως Nieuport και στις ΗΠΑ ως Burgess-Dunne.

Υδροπλάνα

Το 1901 στην Αυστρία, ο Βίλχελμ Κρες, απέτυχε να απογειώσει το μικρής ισχύος Drachenflieger, ένα υδροπλάνο πλωτήρων με δίδυμες σχεδίες από αλουμίνιο και τρεις παράλληλες πτέρυγες.
Το 1910 στην Γαλλία, ο Ανρί Φαμπρ πραγματοποίησε την πρώτη πτήση υδροπλάνου με το Hydravion του. Ήταν μονοπλάνο με πρόσθιες πτέρυγες διπλάνου και τρεις μικρούς πλωτήρες σε διάταξη τρίκυκλου.
Το 1912 η πρώτη εταιρεία υδροπλάνων η Foudre του Γαλλικού Ναυτικού, πραγματοποιεί πτήση με το πρώτο της υδροπλάνο πλωτήρων, ένα Voisin Canard.
Ένα πρόβλημα με τα πρώτα υδροπλάνα ήταν η τάση για αναρρόφηση μεταξύ νερού και αεροσκάφους καθώς η ταχύτητα αυξανόταν, κρατώντας το αεροσκάφος κάτω και εμποδίζοντας την απογείωση. Ο Βρετανός σχεδιαστής Τζον Κύριλ Πορτ εφηύρε την τεχνική της τοποθέτησης ενός σκαλοπατιού κάτω από το αεροσκάφος ώστε να μην υπάρχει αναρρόφηση, και αυτό το χαρακτηριστικό ενσωματώθηκε στο Curtiss Model H του 1914.

Στρατωτική χρήση

Το 1909 τα αεροπλάνα ήταν ακόμη ευπαθή και είχαν μικρή πρακτική χρήση. Η περιορισμένη ισχύς στους κινητήρες σήμαινε πως το αποτελεσματικό ωφέλιμο φορτίου ήταν εξαιρετικά περιορισμένο. Η βασική δομική και υλική τεχνολογία των ατράκτων περιελάμβανε κυρίως ξύλινα υλικά ή σωλήνες από χάλυβα, ενισχυμένους με χαλύβδινα σύρματα και καλυμμένους με λινό ύφασμα ενισχυμένο με εύφλεκτο ενισχυτικό έλασμα και στεγανωτικά υλικά. Η ανάγκη για μείωση του βάρους σήμαινε πως τα περισσότερα αεροσκάφη ήταν δομικά εύθραυστα, και αρκετά συχνά έσπαζαν κατά την διάρκεια των πτήσεων ειδικά όταν εκτελούσαν ακραίους ελιγμούς, όπως η άνοδος από μια απότομη βουτιά, η οποία θα απαιτούνταν σε μια μάχη.
Ωστόσο, αυτές οι εξελισσόμενες ιπτάμενες μηχανές δεν αναγνωρίστηκαν για να είναι μόνο παιχνίδια, αλλά όπλα στα σκαριά. Το 1909 ο Ιταλός αξιωματικός Τζούλιο Ντουέ σημείωσε:
Ο ουρανός πρόκειται να γίνει ακόμη ένα πεδίο μάχης εξίσου σημαντικό με αυτά σε στεριά και θάλασσα... Για να κατακτήσουμε τους αιθέρες, είναι απαραίτητο να στερήσουμε από τον εχθρό όλα τα ιπτάμενα μέσα, χτυπώντας τους στον αέρα, στις βάσεις λειτουργίας τους, ή στα κέντρα παραγωγής τους. Θα πρέπει να συνηθίσουμε σε αυτή την ιδέα, και να προετοιμαστούμε.
— Τζούλιο Ντουέ (Ιταλός αξιωματικός), 
Το 1911 ο Σμηναγός Μπέρτραμ Ντίκσον, ο πρώτος Βρετανός αξιωματικός που πέταξε και ο πρώτος Βρετανός αξιωματικός που πραγματοποίησε αποστολή εναέριας αναγνώρισης με αεροσκάφος σταθερών πτερύγων κατά τη διάρκεια στρατιωτικών γυμνασίων το 1910, προέβλεψε την στρατιωτική χρήση του αεροσκάφους και την επακόλουθη ανάπτυξη και κλιμάκωση των εναέριων μαχών με μία υποβολή έκθεσης στην Τεχνική Υπο-Επιτροπή Αυτοκρατορικής Άμυνας του Ηνωμένου Βασιλείου.
Βλήματα ρίφθηκαν για πρώτη φορά από αεροπλάνο όταν ο Υπολοχαγός του Στρατού των Ηνωμένων Πολιτειών Πολ Μπεκ έριξε βόμβες που έμοιαζαν με σακιά πάνω από το Λος Άντζελες της Καλιφόρνια.
Αεροπλάνα χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά ως οπλισμός κατά τον Ιταλοτουρκικό Πόλεμο του 1911–1912. Η πρώτη λειτουργική χρήση του έγινε στις 23 Οκτωβρίου 1911, όταν ο Σμηναγός Κάρλο Πιάτσα πραγματοποίησε πτήση κοντά στην Βεγγάζη με ένα Blériot XI. Ο πρώτος εναέριος βομβαρδισμός έγινε λίγο αργότερα τη 1η Νοεμβρίου, όταν ο Ανθυπολοχαγός Τζούλιο Γκαβότι έριψε τέσσερις βόμβες σε δύο οάσεις που κατείχαν οι Τούρκοι. Η πρώτη φωτογραφική αναγνώριστική πτήση έγινε τον Μάρτιο του 1912, επίσης από τον Σμηναγό Πιάτσα.
Μερικοί τύποι αεροσκαφών που αναπτύχθηκαν την περίοδο αυτή απέκτησαν στρατιωτική χρήση, ακόμη και κατά τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο. Σε αυτούς περιλαμβάνονται τα Etrich Taube του 1910, Fokker Spin του 1911, Royal Aircraft Factory BE.2, Sopwith Tabloid/Schneider και πληθώρα πεπαλαιωμένων τύπων οι οποίοι χρησιμοποιούνταν για εκπαίδευση πιλότων. Το Sikorsky Ilya Muromets ήταν το πρώτο τετρακινητήριο αεροσκάφος το οποίο ξεκίνησε να παράγεται και ήταν το μεγαλύτερο στην εποχή του, με την πρώτη πτήση του πρωτότυπου να γίνεται το 1914, λίγο πριν το ξέσπασμα του πολέμου. Το αεροσκάφος αυτό χρησιμοποιήθηκε τόσο ως βομβαρδιστικό όσο και ως μεταγωγικό.

Ελικόπτερα

Η πρώιμη δουλειά στην τροφοδοτούμένη άνωση με στροφείο ακολουθήθηκε από μεταγενέστερους ερευνητές, ανεξάρτητα από την ανάπτυξη των αεροσκαφών σταθερών πτερύγων.
Κατά τον 19ο αιώνα στην Γαλλία ιδρύθηκε ένας συνεταιρισμός για την συνεργασία των σχεδιαστών ελικοπτέρων, μιας και υπήρχαν πολλοί. Το 1863 ο Γκυστάβ Ποντόν ντ'Αμεκούρ κατασκεύασε ένα μοντέλο τοποθετώντας ρότορες που περιστρέφονται αντίθετα. Η αρχική τροφοδοσία από ατμό απέτυχε, όμως αυτό που λειτούργησε ήταν ένας μηχανισμός ωρολογίου. Τα άλλα μοντέλα περιλαμβάνουν πληθώρα χαρακτηριστικών, και σε αυτά περιλαμβάνονται αυτά των Πομέ και Ντε λα Πάουζ (1871), Πενώ, Άχενμπαχ (1874), Ντιουαίντ (1887), Μελίκοφ (1877), Φορλανίνι (1877), Κάστελ (1878), και Νταντριέ (1878–79). Από αυτά, το ατμοκίνητο μοντέλο με τους αντίστροφους ρότορες πέταξε για 20 δευτερόλεπτα, φτάνοντας σε ύψος 13 μέτρων (43 πόδια), ενώ πέταξε ακόμη το μοντέλο του Νταντριέ το οποίο κινούνταν με καουτσούκ.
Ο πατέρας του Χίραμ Μαξίμ συνέλαβε την ιδέα ενός ελικοπτέρου το οποίο θα τροφοδοτούνταν από δύο αντίθετα περιστρεφόμενους ρότορες, αλλά δεν μπόρεσε να βρεί αρκετά ισχυρό κινητήρα. Ο Χίραμ ο ίδιος πραγματοποίησε σχέδια ελικοπτέρου το 1872 προτού στραφεί στις πτήσεις σταθερών πτερύγων.
Το 1907, το Γαλλικής κατασκευής Breguet-Richet Gyroplane No. 1 ανυψώθηκε με μια «προσδεδεμένη» δοκιμαστική πτήση, και έτσι έγινε το πρώτο επανδρωμένο ελικόπτερο που ανυψώθηκε από το έδαφος. Ανέβηκε περίπου 60 εκατοστά (24 ίντσες) και περιίπτατο για ένα λεπτό. Ωστόσο, αποδείχθηκε πως η πτήση του ήταν εξαιρετικά ανεπαρκής.
Δύο μήνες αργότερα στο Λισενού της Γαλλίας ο Πωλ Κορνού πραγματοποίησε την πρώτη ελεύθερη πτήση με ένα επανδρωμένο ελικοφόρο σκάφος, το ελικόπτερο Κορνού, το οποίο ανυψώθηκε για 30 εκατοστά (12 ίντσες) παραμέοντας στον αέρα για 20 δευτερόλεπτα.