Ilmailun historia

Ilmailun historia yltää yli kahden tuhannen vuoden takaisiin leijoihin ja tornista hyppäämisyrityksistä yli äänennopeudella lentäviin ilmaa raskaampiin suihkukoneisiin.

Leijan lennättäminen alkoi Kiinassa satoja vuosia ennen ajanlaskun alkua ja niitä pidetään ensimmäisinä ihmisen tekeminä lentolaitteina. Jotkut leijat olivat riittävän suuria nostamaan ihmisen ilmaan. Kiinalaiset lennättivät myös pieniä kuumailmalyhtyjä ja bambukoptereita pyörivällä potkurilla. Leonardo da Vinci hahmotteli lentolaitteita 1500-luvulla. Nämä olivat käytännöllisiä, mutta eivät tieteellisiä tutkielmia eikä hän yrittänyt rakentaa niitä. 1700-luvulla alkanut ilmakehän tutkiminen johti kaasujen kuten vedyn löytämiseen, mikä puolestaan johti ilmapallon keksimiseen. Erilaiset tuonaikaiset fysiikan teoriat, kuten virtausmekaniikka ja Newtonin mekaniikan peruslait johtivat nykyaikaisen aerodynamiikan kehittymiseen. Kuumalla ilmalla lentäviä kiintopalloja käytettiin 1800-luvun alkupuolella ja niillä oli merkittävää käyttöä tuon vuosisadan puolivälissä käydyissä sodissa taistelujen tarkkailussa.

Kokeet liidokeilla auttoivat ilmaa raskaampien kehitystä ja 1900-luvun alussa polttomoottorin ja aerodynamiikan kehitys oli edennyt niin pitkälle, että ilmaa raskaamman laitteen hallittu lento tuli mahdolliseksi. 1900-luvun jälkipuoliskolla yleistynyt suihkumoottori ja muu tekninen kehitys mahdollisti henkilöliikenteen nopean kasvun ja vuonna 2013 vuosittainen matkustajamäärä ylitti jo 3 miljardia. Päivittäinen 8 miljoonaa ihmistä lentää noin 100 000 eri lennolla.

Varhaiset lentoyritykset

Tornihypyt
Historiasta löytyy useita kertomuksia ihmisistä, jotka ovat yrittäneet lentää. Tyypillisesti lentokykyä on ajateltu saatavan linnuilta pukeutumalla näiden sulkiin ja rakentamalla siivet ja pyrstö. Tämän jälkeen on sitten hypätty korkealta paikalta kuten kirkon tornista. Kun ei ole ymmärretty nostetta, ja tasapainon hallintaa, niin yleisesti näissä hypyissä kävi huonosti. Varhainen tunnettu lentämistä käsittelevä kreikkalainen legenda kertoo Daidaloksesta ja Ikaroksesta. Tällaisiä tarinoita tunnetaan myös Intiasta, Kiinasta ja Euroopan varhaishistoriasta.  

Islamilaisen perimätiedon (”1001 Inventions”) mukaan ilmailun perustaja oli Abbas ibn Firnas, joka vuonna 852 hyppäsi Córdoban moskeijan minareetista tukikepeillä varustettuun viittaan pukeutuneena kärsien vain pieniä vaurioita alas tullessa. Seuraavaksi hän hyppäsi vuorenjyrkänteeltä linnunsulkiin varustautuneena. Lento jyrkänteeltä epäonnistui laskeutumisvaiheessa, koska hän oli unohtanut pyrstösulat. Eräs Bagdadin lentokentistä on nimetty hänen mukaansa ja Ibn Firnasin patsas löytyy Bagdadin päälentokentälle vievän tien varrelta. Ibn Firnasin hyppyä koskevat tiedot ovat  peräisin 1000-luvulta Ibn Hayanilta ja 1600-luvulta al-Maqqarilta.  Kumpikaan ei mainitse hyppyä minareetista, eikä Espanjan moskeijoissa sellaista ollutkaan ennen 900-lukua. Ibn Firnas tarkoittaa "leijonan poikaa", joten nimi symbolisoi rohkeaa ja vahvaa miehestä. 

Tornihypyn tekijöihin kuuluu muun muassa Eilmer Malmesburylainen. Niinkin myöhään kuin 1811 Ulmissa Albrecht Berblinger rakensi ornitopterin ja hyppäsi Tonavaan.

Leijat
Leija on ehkä ollut ensimmäinen ihmisen rakentama lentolaite. Se keksittiin Kiinassa todennäköisesti jo 400-luvulla eaa. ja keksijöinä mainitaan Mozi (Mo Di) ja Lu Ban (Gongshu Ban).  Myöhemmät leijat usein jäljittelivät lentäviä hyönteisiä, lintuja ja petoja, niin todellisia kuin myyttisiä. Joitakin varustettiin jousilla ja pilleillä tuottamaan musikaalista ääntä lentäessään. Muinaiset ja keskiaikaiset kiinalaiset kirjalliset lähteet kertovat leijoja käytetyn etäisyyksien mittaamiseen, tuulen testaamiseen, miesten nostamiseen ja viestintään.

Ihmistä kannattavat leijat
Ihmistä kannattavia leijoja tunnettiin vain Kiinassa, jossa niitä käytettiin niin siviili- kuin sodankäynnin tarpeisiin sekä joskus myös rangaistuksena. Näistä leijoista on tunnetaan tarinoita myös Japanista 600-luvulta alkaen.

Pyörivät siivet 
Pystyakselin ympäripyörivää potkuria tiedetään käytetyn vanhoissa kiinalaisissa leluissa vuoden 400 eaa. jälkeen. Samankaltainen "Moulinet à noix" tunnetaan 1300-luvun Euroopasta.

Kuumailmapallot

Kiinalaiset ovat jo varhain ymmärtäneet kuuman ilman nousevan ylös ja soveltaneet tätä ilmiötä pieniin kuumailmapallohin, joita kutsutaan taivaslyhdyiksi. Taivaslyhty koostuu paperipussista, jonka suuaukkoon laitetaan pieni palava lamppu. Taivaslyhtyjä lähetetään perinteisesti erilaisissa juhlallisuuksissa.

Renessanssi

Uuden ajan alussa muutamat tutkijat alkoivat selvittää lentämisen perusteita ja mahdollisia lentolaitteita. Tunnetuin heistä on Leonardo da Vinci, vaikka hänen työnsä pysyivät tuntemattomina vuoteen 1797 saakka, joten hänen töillään ei ollut ollut vaikutusta kehitykseen kolmeensataan vuoteen. Vaikka Leonardon työt ovat vähintään järkeviä, ne eivät kuitenkaan perustuneet erityisen hyvään tieteelliseen käsitykseen. Leonardo tutki lintujen lentoa, analysoiden sitä havaiten monia aerodynamiikan perusteita. Hän ainakin ymmärsi voiman ja vastavoiman periaatteen, esineen aiheuttaessa ilmaan yhtä paljon vastusta kuin ilma esineeseen. Tämä periaate sisältyi Newtonin lakeihin, jotka julkaistiin 1687. 1400-luvun lopulta alkaen Leonardo oli kirjoittanut ja piirtänyt lentäviä koneita, ornitoptereita, kiinteäsiipisiä liidokkeja, pystypotkurilaitteita ja laskuvarjoja. Varhaisimmissään töissä Leonardo keskittyi ihmiskäyttövoimaisiin lentolaitteisiin, mutta ymmärsi pian näiden olevan epäkäytännöllisiä ja keskittyi myöhemmin hallittuun liitoon, mutta piirtäen myös muutamia jousikäyttöisiä lentolaitteita.

Ilmaa kevyempien alusten kehitys

Ilmalaivojen teorian kehitys
Vuonna 1670 Italialainen jesuiitta Francesco Lana de Terzi julkaisi teoksen, jossa hän arvioi, että ilmaa kevyempi alus voisi olla mahdollinen kuparipeltisen tyhjiökammion avulla, koska sen syrjäyttämä ilma painaisi enemmän kuin ilmalaiva. Teoreettisesti tämä on järkevää, mutta käytännössä riittävän lujan vakuumiastian seinistä tulee paksut ja liian painavat.

Vuonna 1709 portugalilainen Bartolomeu de Gusmão esitti kuningas Juhanalle pyynnön tukea hänen työtään ilmalaivan kehittämiseksi. Elokuun 8. päivä 1709 Gusmão esitti hoville näytöksen, jossa pallo nousi tulen avulla Casa da Índia -rakennuksessa salin kattoon.

Ilmapallot 

Ranskasta tuli ilmalentojen kehityksen veturi ja vuosi 1783 oli siellä merkkipaalu ilmapallojen kehityksessä:
 Kesäkuun 4. Montgolfierin veljekset esittelivät miehittämättömän kuumailmapallon lennon Annonayssä.
 Elokuun 27. Jacques Charles ja Robertin veljekset lennättivät maailman ensimmäistä vetypalloa Marskentällä.
 Lokakuun 19. Montgolfierin veljekset nostivat ilmaan maahan sidotussa kuumailmapallossa kolme henkilöä "Folie Titon" puutarhassa Pariisissa. Ensimmäiset ilmapalloilijat olivat tiedemies Jean-François Pilâtre de Rozier, tehtailija Jean-Baptiste Réveillon ja Giroud de Villette.
 Marraskuun 21. Montgolfierit lähettivät matkaan ensimmäisen vapaasti lentävän kuumailmapallon, jossa oli ihmisiä matkustajina. Tällä matkalla matkustajina olivat Jean-François Pilâtre de Rozier yhdessä markiisi François Laurent d'Arlandesin kanssa. He ajautuivat noin 8 kilometriä pallossa, joka pysyi ilmassa pienellä nuotiolla.
 Joulukuun 1. Jacques Charles ja Robertin veljeksistä Nicolas-Louis lähtivät vetypallon mukana lentoon Tuileriesin puistossa Pariisissa. Lentoa seurasi arviolta 400 000 ihmistä. He nousivat arviolta 550 metrin korkeuteen ja laskeutuivat auringon laskun aikaan noin 2 tuntia ja 5 minuuttia myöhemmin Nesles-la-Valléessa 36 kilometrin päässä. Robertin poistuttua aluksesta Charles päätti lentää yksin, jolloin pallo nousi nopeasti 3 000 metrin korkeuteen ja Charles näki ylhäällä auringon uudelleen sekä kärsi kovasta korvasärystä. Epämiellyttävän kokemuksen takia hän jälkeen hän ei enää koskaan lentänyt.

Suomessa oululainen apteekkari Johan Julin lennätti kuumailmapalloa vuonna 1784, kun kaupunki juhli Kustaa III:n paluuta pitkältä Italian-matkalta. Kuninkaan nimikirjoituksin ja vaakunoin varustettu pallo nousi ilmaan Oulun torilta väkijoukon seuratessa.

Ilmapalloilu nosti Euroopassa suuren innon 1800-luvulla, minkä avulla saatiin ymmärrystä korkeuden ja ilmakehän suhteista. Palloja käytettiin paljon sodissa niin tiedusteluun kuin myös ihmisten pelastamiseen miehitetyistä kaupungeista. Ilmapalloja käytettiin myös Yhdysvaltain sisällissodassa, jossa nuori Ferdinand von Zeppelin lensi ensi lentonsa ilmapallossa Potomacin armeijan pallon matkustajana 1863.

Vuonna 1931 sveitsiläinen ja Belgiassa yliopistossa työssä ollut professori Auguste Piccard (1884–1962) nousi 15 781 metrin korkeuteen Saksasta lähteneellä ilmapallolla, jossa oli paineistettu kori. Seuraavana vuonna hän nousi Sveitsistä lähteneellä ilmapallolla 16 770 metrin korkeuteen. Vuonna 1935 yhdysvaltalaisen Stratobowl-projektin tuloksena ilmavoimien upseerit Albert William Stevens (1886–1949) ja Orvil Arson Anderson (1885–1965) nousivat stratosfääripallolla 22 570 metrin korkeuteen. Auguste Piccardin pojanpoika Bertrand Piccard (s. 1958) lensi Brian Jonesin (s. 1947) kanssa Breitling Orbiter -pallolla keskeytyksettä maapallon ympäri. Matka kesti 19 vuorokautta ja 21 tuntia.

Ilmalaivat 

Työ ohjattavien ilmapallojen eli ilmalaivojen kehittämiseksi jatkui 1800-luvulla. Ilmapallon ohjattavuus vaatii koneellista työntövoimaa ja ensimmäisen kokeellisen lennon teki Henri Giffard vuonna 1852 Ranskassa höyrykoneella varustetulla pallolla lentäen 15 kilometriä toista tuntia kestäneellä lennolla. Sähkömoottoria kokeiltiin Ranskan armeijassa vuonna 1884 La France-nimisellä ilmapallolla, jonka olivat rakentaneet Charles Renard ja Arthur Krebs. Aluksessa oli 8 ja puolen hevosvoiman sähkömoottori, jolla se lensi 23 minuutissa 8 km. Nämä lennot jäivät lyhyiksi ja rutiininomaisia hallittuja lentoja pystyttiin tekemään vasta polttomoottoreiden tultua käyttöön.

Ensimmäiset ilma-alus, joilla tehtiin säännöllisiä lentoja, olivat jäykistämättömiä ilmalaivoja. Menestynein ensimmäinen pioneeri näillä aluksilla oli brasilialainen Alberto Santos-Dumont, joka onnistui yhdistämään ilmalaivan ja polttomoottoin tehokkaasti. Lokakuun 19. vuonna 1901 hän lensi aluksellaan "number 6" Pariisin yli Parc de Sain Cloudista Eiffel-tornin ympäri ja takaisin alle 30 minuutissa. Hän voitti silloin ranskalaisen miljonäärin Henri Deutsch de la Meurthen asettaman palkinnon. Toinen ilmalaivojen kehittäjä oli Henri Julliot, joka oli Labaudyn veljeksien pääinsinööri. Julliot lisäsi 1902 Labaudyjen puolijäykkään ilmalaivaan siivekkeet, jotka rauhoittivat ilmalaivojen kallistelutaipumuksen.

Samaan aikaan kun jäykistämättömät ilmalaivat alkoivat menestyä, kehitettiin ensimmäisiä onnistuneita jäykistettyjä ilmalaivoja. Nämä tulivat olemaan vuosikymmeniä paljon kyvykkäämpiä kuin kiinteäsiipiset lentokoneet lastinkantokyvyssä. Jäykkien ilmalaivojen suunnittelun ja kehitysaskelten edelläkävijä oli saksalainen kreivi Ferdinand von Zeppelin. Ensimmäisen Zeppeliinin rakentaminen alkoi 1899 Friedrichshafenissa järvellä kelluvassa hallissa. Kelluvan hallin ideana oli mahdollisuus kääntyä tuuleen ja siten helpottaa lähtöä. Prototyyppialus, tyyppimerkinnältään LZ 1 (Luftschiffe Zeppelin), oli 128 metriä pitkä ja siinä oli kaksi Daimler-Motoren-Gesellschaft 14 hevosvoiman polttomoottoria ja siirrettävä tasapainotuspaino näiden välillä. Ensilento tehtiin 2. heinäkuuta 1900 ja se kesti vain 18 minuuttia. Lento paljasti useita rakenteellisia ongelmia, jotka korjattiin kesän aikana ja syksyllä alus teki jo useita lentoja. Aluksella, joka oli nopeampi kuin La France, ei kuitenkaan pystytty vakuuttamaan rahoittajia ja Zeppelin joutui keskeyttämään ilmalaivojen rakentamisen. Seuraavan ilmalaivan hän sai valmiiksi 1906. Neljäs versio saavutti 60 km/h matkanopeuden ja kaupalliset lennot alkoivat kuudennella ilmalaivalla 1909. Ensimmäisessä maailmansodassa ilmalaivoja käytettiin tiedustelun lisäksi pommituksiin.

Saksalaiset kehittivät 1920- ja 30-lukujen vaihteessa ilmalaivoja ja saivat aikaan niiden huippukauden. Ensimmäinen tällainen ilmalaiva oli Graf Zeppelin, jossa toteutettiin parannuksia Zeppelinin jäykkään rakenteeseen. Alumiiniprofiilista valmistettu pyöreä runko jakautui kahteen osaan. Ilmalaivaa ilmassa pitävä yläosa oli täytetty vedyllä ja rungon alaosa taas Blau-kaasulla, joka on seos metaania ja muita olefiineja sekä hieman vetyä. Polttoaineena viidelle 550 hevosvoiman Maybach-moottorille käytetty Blau-kaasu on suunnilleen yhtä raskasta kuin ilma, jolloin ilma-aluksen lentopaino ei juurikaan muuttunut lennon aikana, kun käytettyä Blau-kaasua korvattiin ilmalla. Suuria ilmalaivoja rakennettiin samanaikaisesti myös Yhdysvalloissa ja Englannissa ja niillä aloitettiin säännöllinen liikennöinti muun muassa Atlantin yli. Ilmalaivat olivat kuitenkin suuren kokonsa vuoksi altiita tuulelle ja onnettomuusherkkiä. Yksi suurista ilmalaivoista oli Hindenburg, jolle sattunut onnettomuus 1937 ja samanaikainen lentokoneiden kehitys lopettivat ilmalaivojen rakentamisen.

Ilmaa raskaampien lentolaitteiden pioneerit

1800-lukua varhaisemmat
Italialainen keksijä Tito Livio Burattini rakensi 1647 nelitasoisen lennokin ollessaan Vladislav IV Vaasan kutsumana tämän hovissa Varsovassa. Tämä pystyi lennättämään kissan, mutta ei ihmistä. Tätä pidetään kehittyneimpänä lennokkina ennen 1800-lukua. Emanuel Swedenborg julkaisi 1716 piirroksen ja selostuksen lihasvoimin isoilla airoilla tai siivillä liikuteltavasta koneesta. Hän oli tietoinen, että se ei lentäisi, koska siitä ei saataisi riittävän kevyttä ja ihmisen lihakset eivät riittäisi sen liikuttamiseen.

1800-luku
Läpi 1800-luvun ihmiset yrittivät hyppiä erilaisten siipien turvin korkealta, ei enää kirkon torneista, mutta ilmapalloista yhtä onnettomin lopputuloksin kuin aikaisemmin. Toisaalta tieteellinen tutkimus ilmaa raskaampien laitteiden lentojen edellytyksistä alkoi järjestelmällisemmin.

Sir George Cayley ja ensimmäinen moderni lentolaite 

Sir George Cayley alkoi 1700-luvun viimeisinä vuosina tutkia aerodynamiikan perusteita ja suunnitteli myöhemmin ensimmäisen ilmaa raskaamman lentolaitteen. Hänen tärkeimmät oivalluksensa ilmailun kehittämisessä ovat:
Ilmaa raskaampien lentolaitteiden periaatteiden selvittäminen.
Lintujen lentämisen perusteiden ymmärtäminen.
Kokeellinen tutkimus aerodymaniikasta, jossa todennettiin noste ja virtaviivaisuus, paineen keskiön asema ja nostovoiman kasvattaminen lisäämällä siiven kuperuutta.
Nykyaikaisen lentokoneen pääosien muodostuminen kiinteistä siivistä, rungosta ja pyrstörakenteesta.
Miehitetyn lennokkilennon kokeilu
Teho–paino-suhteen määrittäminen miehitetylle lennolle.

Cayleyn keksintö oli testata nosteen toimintaa testilaitteella, joka oli sijoitettu kääntyvään varteen.

Vuonna 1799 hän loi nykyaikaisen lentokoneen konseptin, jossa oli kiinteät siivet ja erilliset järjestelyt nostetta, työntövoimaa ja ohjattavuutta varten.

Vuonna 1809–1810 hän julkaisi kolmiosaisen julkaisun otsikolla "On Aerial Navigation", joka ilmailun perusteos. Cayley erotti neljä lentämiseen vaikuttavaa voimaa, jotka olivat työntövoima, nostovoima, ilmanvastus ja massa, ja erotti käsitteet tasapaino ja ohjattavuus tutkimuksessaan. Hän myös kuvasi siipiprofiilin muotoilun, siipikulman, vinotukien ja vastuksen minimoimisen tärkeyden ja vaikutti ornitoptereiden ja laskuvarjojen rakentamisperusteiden ymmärtämiseen.

Vuonna 1848 Cayley rakensi lennokin, joka oli riittävän suuri kantamaan kevyen lentäjän. Sitä kokeili paikallinen kymmenvuotias lapsi. Vuonna 1852 hän julkaisi suunnitelman miehen kantavasta lennokista tai hallittavasta laskuvarjosta, joka lähetettäisiin ilmapallosta. Tältä pohjalta hän rakensi version, jonka lentoonlähtö tehtäisiin mäen päältä. Se kannatti aikuisen lentäjän yli Bromptonin laakson vuonna 1853. Cayleyn keksintöihin voidaan katsoa myös kuminauhavetoiset lennokit.

Höyryn aikakausi

Englantilainen ilmailun pioneeri William Samuel Henson jatkoi Cayleyn töistä ja suunnitteli 1842 höyrykäyttöisen ilmavaunun (Aerial steam carriage), joka jäi kuitenkin vain suunnitelmaksi. Siinä oli kuitenkin esitetty ensimmäisen kerran potkurikäyttö kiinteäsiipisessä aluksessa.

Vuodesta 1858 alkaen Francis Herbert Wenham rakensi useita liitäjiä, niin miehitettyjä kuin miehittämättömiä ja joissa oli jopa viisi siipikerrosta. Hän teki merkittäviä havaintoja lentokoneen siipisuhteesta. Hän havaitsi, että pitkä kapea siipi toimii paremmin kuin lepakkomainen suuremman etureunapituuden vuoksi. Hän raportoi löydöistään 1866 perustetun Aeronautical Societyn (myöhemmin Royal Aeronautical Society) järjestämässä ilmailunäyttelyssä vuonna 1868 Kristallipalatsissa. Samassa näyttelyssä palkittiin John Stringfellow parhaasta höyrykoneen tehopainosuhteesta. Vuonna 1868 Matthew Piers Watt Boulton sai patentin ohjaussiivekeille, joilla voidaan säätää koneen kaltevuutta lennon aikana. Vuonna 1871 Wenham rakensi ensimmäisen tuulitunnelin.

Ilmailun tutkimusta tehtiin myös Ranskassa. Vuonna 1857 Félix du Temple ehdotti yksitasoista pyrstöllistä lentokonetta, jossa olisi sisäänvedettävä alusta pyörillä. Hän kehitti ideaansa aluksi kellokoneistolla toimivana ja sitten höyrykäyttöisena niin pitkälle, että vuonna 1874 sillä pystyttiin tekemään miehitettynä ensimmäinen konekäyttöinen lyhyt höyrylentokoneen lento lähtörampilta irtauduttuaan ja lopuksi ohjattu liito. Vuonna 1856 Jean-Marie Le Bris pääsi ilmaan hevosten vetämänä ja hänen raportoitiin nousseen noin 100 metriin ja lentäneen 200 metriä.

Ranskalainen Alphonse Pénaud (1850–1870) edisti siiven muodon teoriaa ja aerodynamiikkaa sekä rakensi menestyksekkäitä malleja lentokoneista, helikoptereista ja ornitoptereista. Vuonna 1871 hän lennätti 40 metriä ensimmäistä aerodynaamisesti vakaata kiinteäsiipistä lentokonetta, yksitasoa, jota hän kutsui "Planophoreksi". Pénaudin malli sisälsi useita Cayleyn ajatuksia mukaan lukien pyrstö, siipien V-kulma ja kuminauhakäyttö. Planophorella oli mahdollista säätää nousu- ja laskukulmaa, koska siinä oli ensimmäisenä pyrstössä korkeusvakaimet, jotka toimivat trimmaamalla pyrstösiipien kohtauskulmaa toiseksi kuin siipien.

Vuonna 1879 Viktor Tatin lennätti lennokkia, joka oli yksitaso kahdella potkurilla ja erillisellä pyrstöllä. Kone oli paineilmakäyttöinen. Se lensi tolppaan sidottuna tolppaa ympäri ja oli ensimmäinen omalla moottorillaan lentoon noussut lentokone. Vuonna 1890 Clément Ader sai valmiiksi ensimmäisen kolmesta höyrykäyttöisestä lentokoneesta, joka tunnetaan nimellä Éole. 9. lokakuuta 1890 Ader teki ensimmäisen hallitsemattoman hypyn lentokoneella sen oman moottorin voimin.

Sir Hiram Maxim oli amerikkalainen insinööri, joka muutti Englantiin. Hän rakensi suuren lentokoneen, jonka siipien väli oli 32 metriä ja pituus 44 metriä. Miehistöä oli kolme henkeä ja kahdessa kevytrakenteisessä höyrykoneessa tehoa molemmissa 180 hevosvoimaa. Laite painoi 3 200 kiloa. Sitä kokeiltiin vuonna 1894 kiskoilla, joista sen ei ollut tarkoitus irrota, mutta kiinnitys petti, koneen runko murtui ja etuosa lensi satakunta metriä noin metrin korkeudessa.

Suomessa höyrylentokoneista kiinnostui viipurilainen Jakob Runeberg, joka vuonna 1879 teki höyrykoneella varustetulla lentoveneellä lentoonlähtöyrityksen siinä kuitenkin epäonnistuen.

Liitämisen opettelu

1800-luvun lopulla oli selvää, että puuttui riittävän tehokas moottori, joten lentämisen kehitys keskittyi hallittuun ja tasapainoiseen liitämiseen. Englantilainen Horatio Phillips (1845-1924) teki aerodynamiikan perustutkimusta siipiprofiilin toiminnasta tuulitunnelissa ja todisti Cayleyn ja Wenhamin periaatteet.

Otto Lilienthal tuli tunnetuksi Saksan lentävänä miehenä. Hän todisti Wenhamin työt ja laajensi niitä vuonna 1884 ja julkaisi vuonna 1889 kirjan "Linnunlento lentotaidon lähtökohtana" (Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst). Hän rakensi sarjan riippuliitimiä, lepakkosiipisinä, yksi- ja kaksitasoisina. Vuodesta 1891 alkaen hän oli ensimmäinen ihminen, joka teki vapaita liitolentoja rutiininomaisesti ja ensimmäinen, joka valokuvattiin ilmassa. Hän valokuvasi myös itse. Kuvat tekivät hänestä tunnetun maailmanlaajuisesti. Lilienthal teki yli 2 000 lentoa, kunnes kuoli lennokin pudottua 1896.

Octave Chanute jatkoi siitä mihin Lilienthal jäi ja rahoitti usean liitimen kehityksen. Vuonna 1896 hänen tiiminsä tuli siihen tulokseen, että kaksitaso oli paras malli.

Australialaisen Lawrence Hargraven keksimä laatikkoleija johti käyttökelpoisen kaksitason rakenteeseen. Vuonna 1894 hän yhdisti neljä leijaansa, lisäsi keinuistuimen ja lensi 4,9 metriä. Myöhempiä pioneereja ihmistä kantavissa leijoissa olivat yhdysvaltalainen Englannissa vaikuttanut Samuel Franklin Cody ja ranskalainen Captain Génie Saconney.

Lentokoneiden alkuvuodet (1900–1914)

Tällä aikakaudella syntyi moottoroitu ja täysin ohjattavissa oleva ilmaa raskaampi miehitetty lentokone, jollaisen ensimmäisenä saivat lentoon Wrightin veljekset joulukuussa 1903. Edellisellä vuosisadalla oli selvitetty aerodynamiikan perusteet, mutta höyrykoneita ei kyetty rakentamaan riittävän hyvällä tehopainosuhteella. Sen jälkeen kun polttomoottori saatiin toimivaksi, moottoroituja lentokoneita rakennettiin usealla taholla.

Langley 

Samuel Langley (1834–1906) oli tehnyt merkittävän uran tähtitieteessä kun hän hieman ennen nimitystään Smithsonian-instituutin sihteeriksi kiinnostui aerodynamiikasta. Hän julkaisi 1891 tutkimuksiaan otsikolla Experiments in Aerodynamics ja alkoi sen jälkeen rakentaa suunnitelmiaan. Hän tavoitteli aerodynaamista tasapainoa eikä niinkään kiinnittänyt huomiota ohjattavuuteen. Asuntoveneen katolle rakennetusta katapultista hän lähetti toukokuussa 1896 Potomac-joella konekäyttöisen miehittämättömän lennokin kahdelle onnistuneelle lennolle, joista toinen oli 1005 ja toinen 700 metriä pitkä lentonopeuden ollessa noin 25 km/h. Laskutelineetön kone laskeutui veteen. Marraskuun 1896 lennon valokuvasi Alexander Graham Bell.

Onnistuneiden testien jälkeen Langley alkoi etsiä rahoitusta miehitetyille lennoille. Espanjan-Yhdysvaltain sodan kannustaman Yhdysvaltain hallitus antoi Langleylle 50 000 dollarin rahoituksen projektiin tiedustelukoneen rakentamiseksi. Hän rakensi ensin mittakaavassa 1:4 moottoroidun lennokin, joka lensi ensi kerran kesällä 1901 ja suuremmalla moottorilla 1903. Kun perusrakenne oli ilmeisen onnistuneesti testattu, Langley keskittyi sopivan moottorin löytämiseen. Hän teki sopimuksen Stephen Balzerin kanssa, mutta tämän rakentamasta moottorista saatiin vain 12 hevosvoimaa tehoa. Langleyn apulainen Charles M. Manly muutti koneen rakennetta viisisylinteriksi vesijäähdytteiseksi tähtimoottoriksi, joka tuotti 52 hevosvoimaa pyörimisnopeudella 950 kierrosta minuutissa. Tämän jälkeen hänellä oli riittävän tehokas kone ja lentolaite. Suureksi pettymykseksi pienestä lennokista suuremmaksi skaalattu rakenne ei ollut riittävän kestävä ja vuoden 1903 lopulla tehdyt kaksi koelentoa päättyivät heti putoamisella veteen. Lentäjänä ollut Manly saatiin pelastettua. Wrightin veljesten kone lensi vain yhdeksän päivää näiden testien jälkeen. Langleyn koneen ohjattavuus oli heikko ja sen tasapainoisuus ilmassa mitätön.

Whitehead

Gustave Weißkopf oli saksalainen emigrantti, joka Yhdysvalloissa muutti nimensä Gustave Whiteheadiksi. Vuodesta 1897 vuoteen 1915 hän rakensi varhaisia lennokkeja ja moottoreita. 14. elokuuta 1901 hän väitti tehneensä hallitun moottoroidun lennon yksitasollaan No.21 Fairfieldissä Connecticutissa. Lennosta raportoitiin paikallisessa Bridgeport Sunday Herald -lehdessä. Kolmekymmentä vuotta myöhemmin haastattelijan kysellessä löytyi useita ihmisiä, jotka väittivät nähneensä lennon. Tämä on aiheuttanut väittelyä siitä, pitäisikö kunnia ensimmäisestä lentokoneesta antaa Whiteheadille.

Wrightin veljekset 

Wrightin veljekset testasivat vuodesta 1900 vuoteen 1902 järjestelmällisellä tavalla suhtautumalla ja keskittymällä ohjattavuuteen erilaisia leijoja ja liidokkeja tavoitteenaan rakentaa moottoroitu laite. Leijat eivät saanneet tarpeeksi nostovoimaa, ja ratkaistakseen ongelman veljekset rakensivat oman tuulitunnelin. Näiden tuloksena veljekset korjasivat aikaisempia laskelmien virheitä koskien ilmanvastusta ja nostetta. Heidän kolmas lennokkinsa oli täysin ohjattavissa kolmiaksiaalisesti. He lennättivät sitä satoja kertoja vuonna 1902. Wrightin veljekset eivät vain rakentaneet ensimmäistä lentokonetta Wright Flyer vaan myös kehittivät aerodynaamiikan ymmärrystä.

Wrightin veljekset olivat ensimmäisiä, jotka useilla kokeellisilla yrityksillä löysivät ratkaisun sekä voimanlähteen että ohjauksen suhteen. Korkeuden ohjauksessa he käyttivät siivenmuodon vääntöä ja sivusuunnan ohjaukseen suuntaperäsintä. He rakensivat pienitehoisen polttomoottorin. He valmistivat myös puisen potkurin, joka oli hyötysuhteeltaan parempi kuin aikaisemmat potkurit. Korkeussäätö, suuntaperäsin ja potkuri olivat kaikki tunnettuja, mutta tässä ne yhdistettiin ensimmäisen kerran. Wrightien lähestymisessä lentämiseen oli selvänä ajatuksena hallita ilmassa olo eikä ottaa turhia riskejä. Tämä tavoite oli syynä pieneen konetehoon ja vastaavasti pieneen nopeuteen samoin kuin ilmaan nousu vastatuuleen, jolloin sivutuulet eivät päässeet ohjaamaan konetta. Alaspäin v-kulmassa olevat siivet olivat vähemmän herkkiä sivutuulille ja aiheuttivat vastaavsti herkkyyttä sivusuuntaiselle pyörähdykselle.

Orville Wrightin ohjaama ensilento kesti 12 sekuntia ja se ikuistettiin kuuluisaan valokuvaan. Neljäs lento samana päivänä kesti 59 sekuntia. Lentoja todistivat rannikon meripelastajat, paikallinen liikemies ja poika läheisestä kylästä. Lennosta tuli siten ensimmäisen julkinen ja dokumentoitu lento. Kaikki neljä lentoa keskeytyivät tuulen aiheuttamiin pakkolaskuihin. Lentokorkeus ei ylittänyt kolmea metriä turvallisuussyistä. Flyer oli niin vaikeasti ohjattavissa, ettei sitä olisi pystynyt ohjaamaan kukaan muu kuin liidokeilla harjoitelleet Wrightin veljekset.

Veljekset jatkoivat kehitystyötä ja siirtyivät Daytoniin Ohioon vuosiksi 1904–1905. Toukokuussa 1904 heidän raskaampi ja parannettu Flyer II:nsa oli testissä. Vuonna 1905 lensi Flyer III, johon oli tehty merkittäviä muutoksia. Wrightit miltei kaksinkertaistivat suunta- ja korkeusperäsimein koon ja siirsivät ne kauemmaksi taakse. He myös lisäsivät kaksi kiinteää siivekettä korkeusperäsimien väliin. Siivet laitettiin loivaan ylöspäin aukenevaan V-asentoon. Näillä toimenpiteillä Flyer I- ja II -koneissa ilmennyt korkeusepävakaisuus saatiin hallintaan ja kevyet maahan törmäykset kyettiin välttämään. 5. lokakuuta 1905 Wilbur lensi Flyer III -koneella 39 minuuttia ja 23 sekuntia palaten turvallisesti lähtöpaikkaan. Flyer III:kaan ei ollut pyöriä ja se lähti alustalta. Flyer III:a voidaan pitää ensimmäisenä käyttökelpoisena lentokoneena.

Euroopan lentokoneiden pioneerit

 

Vaikka Wrightin veljesten lennosta ja lentokoneesta raportoitiin yksityiskohtaisesti tammikuussa 1906 ranskalaisessa l'Aerophile-lehdessä, lennon merkistystä ei tunnistettu ja eurooppalaiset jatkoivat yrittämistä rakentaa luontaisesti stabiili lentokone. Ranskalainen Traian Vuia suoritti maaliskuun 18. ja elokuun 19. päivä 1906 12 ja 24 metrin lennot itse suunnittelemallaan, täysin omavoimaisella kiinteäsiipisellä lentokoneella, jossa oli laskutelineet.
 Hänen jälkeensä tanskalainen Jacob Ellehammer lensi itse rakentamallaan yksitasoisella koneella syyskuussa 1906 42 metriä. Kone oli sidottu köydellä maahan.

13. syyskuuta 1906, päivä Ellehammerin jälkeen, brasilialainen Alberto Santos-Dumont teki julkisen lennon Pariisissa 14-bis-lentokoneellaan. Kone oli takasiipinen ja siivet olivat voimakkaasti ylöspäin aukenevassa V-kulmassa. Kone lensi 60 metriä Bois de Boulognessa suuren yleisön todistaessa. Marraskuussa 1906 Santos-Dumont lensi 220 metriä 21 sekunnissa.

Lentokonetekniikan vakiintuminen
Vuonna 1908 Wilbur Wright matkusti Eurooppaan ja elokuusta alkaen hän antoi useita lentonäytöksiä Le Mansissa Ranskassa. Ensimmäisen lentonäytöksen yleisössä elokuun 8. päivänä oli mukana useita Euroopan ilmailun pioneereja, jotka hämmästyivät Wrightin veljesten lentokoneen ohjattavuutta, erityisesti tiukkoja käännöksiä, joiden suorittamiseen koneen siivissä oli siivekkeet koneen kallistamiseksi käännön aikana. Tämä ominaisuus kopioitiin eurooppalaisiin lentokoneisiin.

Seuraavien vuosien aikana moottoroituja lentoja alettiin yhä laajemmin pitää muuna kuin uneksijoiden ja poikkeusyksilöiden toimintana. 25. kesäkuuta 1909 Louis Blériot saavutti maailmanmainetta lentämällä ensimmäisenä lentokoneella Englannin kanaalin yli ja voittamalla 1 000 punnan palkinnon Daily Mail -lehden asettamassa kilpailussa. Kone oli Blériot XI ja matka Calaisista Doveriin kesti 39 minuuttia.

Pyöriväsiipiset lentolaitteet 

Vuonna 1877 Enrico Forlanini kehitti miehittämättömän helikopterin, jossa oli höyrykone voimalähteenä. Se nousi 13 metrin korkeuteen, jossa se pysyi 20 sekuntia noustuaan ensin pystysuoraan ylös milanolaisessa puistossa. Ensimmäisen miehitetyn helikopterin, Breguet-Richet Gyroplanen tiedetään nousseen ilmaan vuonna 1907, kuitenkin maahan sidotuilla köysillä ohjattuna. Myöhemmin samana vuonna ranskalainen Cornu-helikopteri teki ensimmäisen vapaan lennon Lisenuxissa, Ranskassa. Nämä laitteet eivät kuitenkaan olleet käytännöllisiä.

Lentokoneiden sotilaallinen käyttö 
Lähes alusta alkaen lentokoneita on käytetty sotilaallisiin tarkoituksiin. Ensimmäisenä niitä käytti sodassa Italia, jonka lentokoneet tekivät tiedustelu-, pommitus- ja tykistön tulenohjauslentoja Libyassa Italian-Turkin sodassa vuosina 1911–1912. Seuraavaksi Bulgaria käytti lentokoneita ensimmäisessä Balkanin sodassa vuosina 1912–1913. Varsinainen oma aselajinsa ilmavoimista tuli ensimmäisessä maailmansodassa vuosina 1914–1918.

Lentokone ensimmäisessä maailmansodassa

Ensimmäisen maailmansodan aikana ymmärrettiin, että lentokoneesta on merkittäväksi tiedustelu- ja taisteluvälineeksi. Lentokone kehittyi sodan aikana huomattavasti ja tämä johti sodan jälkeen lentoliikenteen käynnistymiseen. Sodan alussa sen osapuolilla oli kaikkiaan alle 1 000 lentokonetta ja sodan aikana rakennettiin noin 200 000 lentokonetta. Lentokoneesta kehittyi sodassa oma aselaji maa- ja merivoimien rinnalle.

Ensimmäisessä maailmansodassa lentokonetyypit vanhenivat nopeasti. Niiden perusrakenne oli alussa yhä puu ja kangas. Koska lentokoneiden moottorit olivat alussa heikkotehoisia, rakenteen oli oltava äärimmäisen kevyt. Polttoaine yhdessä puun, kankaan ja epävarman ohjattavuuden kanssa teki koneista helposti tuleen syttyviä.

Sodan alussa lentokoneita käytettiin vastustajan asemien selvittämiseen ilmasta käsin. Pian koneissa alettiin kuljettaa pommeja ja niihin asennettiin konetuliaseita. Ongelmana koneesta ampumisessa oli koneen oma potkuri. Jotta se ei rikkoontuisi, aseet piti sijoittaa potkurikehän ulkopuolelle, mikä teki niistä epätarkkoja. Merkittävä sotilaallinen askel ilmassa oli Anthony Fokkerin luoma tahdistin, joka vuonna 1916 mahdollisti ampumisen pyörivien potkurin lapojen välistä. Saksalaiset saivat sillä etulyöntiaseman lyhyeksi aikaa, mutta laite kopioitiin nopeasti englantilaisiin ja ranskalaisiin koneisiin.

Sodan alussa käytettiin pyörivää tähtimoottoria, joka oli kokonaisuutena varsin heikkotehoinen, mutta painoonsa nähden voimakas. Sodan lopussa yleistyivät nestejäähdytteiset rivimoottorit ja tähtimoottorit.

Junkers J1 oli maailman ensimmäinen kokometallikone. Ensimmäisen maailmansodan alussa koneet nousivat 3 000, mutta lopussa 7 000 metrin korkeuteen, missä tarvittiin jo happipulloja.

Sotien välisen ajan 1918–1939 ilmailu

Merkkipaaluna lentämisen historiassa pidetään Charles Lindberghin vuonna 1927 Atlantin yli tekemää yksinlentoa, joka alkoi muokata asenteita lentoliikenteelle suotuisiksi. Lyhyillä matkoilla 1920-luvun alussa saksalaisilla kokometallisilla Junkers-koneilla pystyttiin kuljettamaan matkustajia ilman tappiota. 1930-luvun tunnettuja liikennelentokoneita ovat Junkers Ju-52 ja Douglas DC3. 1930-luvun lopussa isoja lentoveneitä käytettiin mannerten välisissä lennoissa.

1920-luvulla sotilasilmailun kehitys oli hidasta, koska ensimmäisen maailmansodan jäljiltä oli varastoissa paljon lentokoneita. Kehitys kulkikin siviili-ilmailun puolella nopeammin. Nopeusennätyksiä pitivät hallussaan 1920-luvulta pitkälle 1930-luvulle Schneider Trophyn tapaisissa nopeuskilpailuissa kellukkein varustetut lentokoneet. Vuonna 1921 kilpailu voitettiin tuloksella 189,66 km/h, vuonna 1931 tuloksella 547,31 km/h ja vielä vuonna 1934 maailmanennätyksen rikkoi vesikone – Macchi M.C.72 – tuloksella 709 km/h. Tulos pysyi voimassa kunnes se rikottiin Messerschmitt Bf 209 -pyöräkoneella vuonna 1939 tuloksella 755,13 km/h.

Ensimmäinen kokometallinen matkustajalentokone – Junkers F 13 – lensi ensilentonsa jo vuonna 1919. Siitä huolimatta puu säilytti asemansa lentokoneiden rakennusmateriaalina aina 1920-luvun lopulle saakka, jolloin metalli alkoi korvata puuta lentorangon rakennusmateriaalina. Pintamateriaalina oli pitkään vielä tämänkin jälkeen kangas, jonka korvaajaksi tuli metalli ensin rungon ja siiven etuosaan ja lopuksi koko koneeseen. 1930-luvun puolessa välissä ensilentonsa lentäneet koneet kuten Messerschmitt Bf 109 tai Douglas DC-3 edustivatkin jo seuraavaa vaihetta, jossa pintapelti oli niitattu yhteen tukien kanssa kuorirakenteeksi.

Ensimmäinen yksitasoinen kokometallinen hävittäjäkone Boeing P-26 lensi ensilentonsa vuonna 1932 – 13 vuotta ensimmäisen yksitasoisen kokometallisen matkustajakoneen jälkeen. Kaksitasoratkaisu piti pintansa 1930-luvun alkupuolelle saakka, jonka jälkeen ensilentonsa lentäneet koneet olivat lähes yksinomaan yksitasoisia. Ensimmäinen sisäänvedettävällä laskutelineellä varustettu yksitasoinen hävittäjä Polikarpov I-16 lensi ensilentonsa vuoden 1933 lopulla. Kehitys 1930-luvun jälkipuoliskolla oli nopeaa.

1930-luvun puolessa välissä sotilaskoneista pommikoneet olivat hävittäjiä nopeampia. Esimerkiksi vuonna 1935 matkustajakoneeksi rakennettu Bristol 142 Britain First mainitaan olleen 48 km/h senhetkistä hävittäjäkonetta nopeampi. Niinpä 142:sta kehitettiin nopeasti sotilasversio 142M, joka tunnettiin paremmin nimellä Bristol Blenheim. Panostus pommikoneisiin johtui 1920-luvulla nousseesta douhetismista, joka ylikorosti hävittäjien kustannuksella pommikoneiden merkitystä taistelukoneina.

Erään arvion mukaan vuonna 1924 ei seitsemän johtavan ilmailumaan yhteenlaskettu sotilaskonetuotanto ylittänyt 2 500 konetta. Vastaavasti viisi suurta ilmailumaata – Saksa, Japani, Iso-Britannia, Yhdysvallat ja Neuvostoliitto rakensivat vuonna 1932 vain runsaat 4 000 konetta, mutta vuonna 1939 jo 39 000 konetta. Maailma valmistautui toiseen maailmansotaan.

Helikopteri kehitettiin 30-luvun lopussa ja sitä käytetään tehtävissä, joissa tarvitaan paikoillaan ilmassa pysyvää konetta tai laskeutumista paikkoihin, joissa ei ole kiitotietä.

Lentokone toisessa maailmansodassa 1939–1945

Ennen toista maailmansotaa kilpavarustelun aikana kehitettiin hävittäjälentokoneita, kuten Spitfire, Messeschmitt ja Mitsubishi zero, joissa oli kaikissa hyvin tehokkaat moottorit.

Lentokone oli merkittävässä osassa toisessa maailmansodassa. Pommikoneet vaikuttivat alusta alkaen sodan kulkuun. Kun Saksa hyökkäsi Puolaan, sen Stuka-syöksypommittajat tuhosivat puolalaisia kohteita. Sodan aikana merkittävään asemaan tulivat liittoutuneiden raskaat pommikoneet, esimerkiksi Boeingin lentävä linnoitus. kun liittoutuneet pommittivat ankarasti akselivaltojen, erityisesti Saksan ja Japanin kaupunkeja. Koneita valmistettiin Yhdysvalloissa massatuotantona ja lennettiin Atlantin yli Englantiin jatkuvana virtana, mikä tuotti tietoa valtameren säistä ja lentoreiteistä.

Ilmailun kehitys sodan jälkeen 1945–1970

Toisen maailmansodan jälkeen pommikoneiden tekniikkaa siirrettiin matkustajakoneisiin, mistä esimerkkinä Lockheed Constellation. Sodan aikana oli kehitetty myös suihkumoottori, jolla saavutettiin mäntämoottoria parempi tehopainosuhde. 1950-luvun alussa tulivat suihkumatkustajakoneet, joista ensimmäinen oli De Havilland Comet. Ensimmäiset välilaskuttomat reittilennot Lontoosta New Yorkiin käynnistettiin nelimoottorisilla potkurikoneilla 1950-luvulla, mutta vasta vuosikymmenen lopussa riittävän korkealla lentävät suihkukoneet, kuten Boeing 707 ja Douglas DC-8, pystyivät luotettavaan säännölliseen reittiliikenteeseen Atlantin yli. 1960-luvulle siirryttäessä pääasialliseksi voimanlähteeksi suuremmissa liikennelentokoneissa tuli suihkumoottori. Todella jättimäinen suihkukone, jumbojetti Boeing 747 lensi 1960-luvun lopussa.

Tietokoneajan ilmailu vuodesta 1970 eteenpäin 
Mahdollisuus tehdä yliäänimatkustajakoneita johti 1970-luvulla Concorden kehittämiseen. Liikennöinti näillä koneilla alkoi 1976, ja niillä lennettiin 2000-luvun alkuun saakka, kunnes sattui tuhoisa onnettomuus. Suurin syy liikennelentojen lopettamiseen kyseisellä konetyypillä oli ehkä kuitenkin koneen suuresta polttoaineen kulutuksesta johtunut huono kannattavuus. Pitkän matkan lentoliikenteessä ovat viime vuosikymmeninä menestyneet laajarunkoiset ja taloudelliset mallit.

Lentoturvallisuus
Lentämisessä turvallisuus on suuri ongelma, sillä maahan syöksyssä useimmiten matkustajat kuolevat. Ilmailun alkuaikoina tämä kuoleman riski oli myös eräänlainen kiihotin, kun sensaatiolehdet rahoittivat otsikoiden toivossa lentokokeiluja. Ilmailun alkuaikojen uhkarohkeita pioneereja on paljolti kiittäminen nykyisen lentämisen turvallisuudesta, sillä lentokoneiden rakenteet ovat kehittyneet turvallisemmiksi paljolti tapahtuneiden onnettomuuksien syiden selvittämisen kautta. Turvallisuus on nykyisessä lentoliikenteessä parempi kuin maaliikenteessä. Jokainen onnettomuus johtaa tutkintaan ja mahdollisiin toimenpiteisiin. Laajempi onnettomuussarja liikennelentokoneilla oli 1950-luvulla, jolloin metallin väsyminen ja särönkasvu aiheutti useamman Comet-matkustajakoneen putoamisen. Tämä johti vikaturvallista käytäntöä noudattavien suunnittelumenetelmien kehittämiseen eli osa suunnitellaan siten, että vika havaitaan ennen kuin se aiheuttaa onnettomuuden. Myös lentokoneissa käytettävien alumiiniseosten ominaisuuksia on saatu parannettua.

Katso myös
Hävittäjälentokoneen kehitys 1918–1939
Ilmasodankäynnin historia
Lentoliikenteen historia
Lentokoneteollisuuden historia

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla