Las primeras máquinas voladoras comienzan más de un siglo antes del primer avión tripulado exitoso, y las primeras aeronaves miles de años antes.
Primitivos
Leyendas
Desde los primeros tiempos ha habido leyendas de hombres montando dispositivos voladores o alas de pájaro, capas rígidas u otros dispositivos para sí mismos e intentando volar, generalmente saltando de una torre. La leyenda griega de Dédalo e Ícaro es una de las primeras en venir a nosotros. Según Ovidio, Daedalus ataba plumas juntas para imitar las alas de un pájaro. Otras leyendas antiguas incluyen el palacio o carro volador indio Vimana, el carruaje de Ezekiel, varias historias sobre alfombras mágicas y el mítico rey británico Bladud, que conjuraron alas voladoras.
Puentes de la torre
Finalmente, algunos trataron de construir dispositivos reales de vuelo, generalmente alas de pájaro, e intentaron volar saltando de una torre, una colina o un acantilado. Durante este período inicial, los problemas físicos de sustentación, estabilidad y control no se entendieron, y la mayoría de los intentos terminaron en lesiones graves o la muerte cuando el aparato carecía de una cola horizontal efectiva, o las alas eran simplemente demasiado pequeñas.
En el siglo I d. C., el emperador chino Wang Mang reclutó a un explorador especialista para que se vistiera con plumas de ave; se dice que planeó unos 100 metros. En 559 d. C., se dice que Yuan Huangtou aterrizó de forma segura tras un salto de torre forzado.
En la Europa medieval, el salto de torre más antiguo registrado data del año 852 dC, cuando Abbas ibn Firnas dio un salto en Córdoba, España, según los informes cubriendo su cuerpo con plumas de buitre y uniendo dos alas a sus brazos; al aterrizar, se dice que se estrelló y sufrió una lesión en la espalda que algunos críticos atribuyeron a la falta de cola. En 1010 DC, el monje inglés Eilmer de Malmesbury voló desde la torre de la Abadía de Malmesbury en un planeador primitivo. Se dijo que Eilmer había volado más de 200 yardas (180 m) antes de aterrizar, rompiéndole ambas piernas. Más tarde, Eilmer comentó que la única razón por la que no había volado más fue porque olvidó darle una cola a su máquina. Este estallido de actividad fue seguido por una pausa de varios siglos.
El salto revivió en 1496 con Seccio rompiendo ambos brazos en Nuremberg. En 1507, John Damian se colocó unas alas cubiertas con plumas de pollo y saltó de las paredes del Castillo de Stirling en Escocia, rompiéndose el muslo, y luego culpó a la mujer por no usar plumas de águila.
Intentos similares continuaron hasta principios del siglo XIX, con nunca más que un éxito parcial. La sugerencia de Francis Willughby, publicada en 1676, de que las piernas humanas eran más comparables a las alas de las aves en cuanto a fuerza que las armas, solo tuvo una influencia ocasional. El 15 de mayo de 1793, el inventor español Diego Marín Aguilera, saltó con su parapente desde la parte más alta del castillo de La Coruña del Conde, alcanzando una altura de aproximadamente 5 o 6 m, y planeando aproximadamente 360 metros. Todavía en 1811, Albrecht Berblinger construyó un ornitóptero y saltó al Danubio en Ulm.
Cometas tempranas
La cometa fue inventada en China, posiblemente ya en el siglo V aC por Mozi (también Mo Di) y Lu Ban (también Gongshu Ban). Estas cometas de hojas se construyeron estirando la seda sobre un armazón de bambú partido. Las primeras cometas chinas conocidas eran planas (no arqueadas) y, a menudo, rectangulares. Más tarde, las cometas sin cola incorporaron una bolina estabilizadora. Los diseños a menudo emulan insectos voladores, aves y otras bestias, tanto reales como míticas. Algunos fueron equipados con cuerdas y silbatos para hacer sonidos musicales mientras vuelan.
En 549 dC, se usó una cometa hecha de papel como mensaje para una misión de rescate. Las fuentes chinas antiguas y medievales enumeran otros usos de cometas para medir distancias, probar el viento, levantar hombres, señalar y comunicarse para operaciones militares.
Después de su introducción en India, la cometa evolucionó hasta convertirse en la cometa de caza. Tradicionalmente, se trata de cometas planas de una línea, pequeñas e inestables, donde la tensión de la línea por sí sola se utiliza para el control, y una línea abrasiva se utiliza para reducir otras cometas.
Las cometas también se extendieron por toda la Polinesia, hasta Nueva Zelanda. Las cometas antropomórficas hechas de tela y madera se usaban en ceremonias religiosas para enviar oraciones a los dioses.
En 1634 las cometas habían alcanzado el oeste, con una ilustración de una cometa de diamantes con una cola que aparece en los Misterios de la naturaleza y el arte de Bate.
Cometas que llevan al hombre
Se cree que las cometas que portan el hombre se usaron extensamente en la antigua China, tanto para propósitos civiles como militares, y algunas veces se aplicaron como castigo.
Las historias de cometas que transportan hombres también ocurren en Japón, luego de la introducción de la cometa de China alrededor del siglo VII dC. Se dice que en algún momento existió una ley japonesa contra las cometas que transportaban al hombre.
En 1282, el explorador europeo Marco Polo describió las técnicas chinas entonces actuales y comentó sobre los peligros y la crueldad involucrados. Para predecir si un barco debería navegar, un hombre estaría amarrado a una cometa con un marco de rejilla rectangular y el patrón de vuelo subsiguiente utilizado para adivinar la perspectiva.
Alas de rotor
El uso de un rotor para vuelo vertical existe desde el 400 aC en forma de un helicóptero de bambú, un antiguo juguete chino. El helicóptero de bambú se gira haciendo rodar una palanca unida a un rotor. El giro crea elevación, y el juguete vuela cuando es lanzado. El libro del filósofo Ge Hong, Baopuzi (Maestro que abraza la simplicidad), escrito alrededor de 317, describe el uso apócrifo de un posible rotor en un avión: «Algunos han hecho autos voladores [fechís 飛車] con madera de la parte interior del árbol de azufaifa, usando cuero de buey (correas) sujeto a las cuchillas de retorno para poner la máquina en movimiento «.
El «moulinet à noix» similar (rotor en una tuerca) apareció en Europa en el siglo XIV dC.
Globos aerostáticos
Desde la antigüedad, los chinos han comprendido que el aire caliente se eleva y han aplicado el principio a un tipo de pequeño globo de aire caliente llamado linterna del cielo. Una linterna de cielo consiste en un globo de papel debajo o justo dentro del cual se coloca una lámpara pequeña. Las linternas del cielo se lanzan tradicionalmente por placer y durante los festivales. Según Joseph Needham, tales linternas eran conocidas en China desde el siglo tercero antes de Cristo. Su uso militar se atribuye al general Zhuge Liang, de quien se dice que los usó para asustar a las tropas enemigas.
Existe evidencia de que los chinos también «resolvieron el problema de la navegación aérea» usando globos, cientos de años antes del siglo XVIII.
El Renacimiento
Finalmente, algunos investigadores comenzaron a descubrir y definir algunos de los conceptos básicos del diseño científico de aviones. Los diseños motorizados todavía eran impulsados por la fuerza del hombre o usaban un muelle de metal. El inglés Roger Bacon predijo futuros diseños de un globo lleno de un éter no especificado y un ornitóptero con motor humano en su libro De mirabili potestate carto et naturae (Secretos de arte y naturaleza), 1250.
Leonardo da Vinci
Leonardo da Vinci estudió el vuelo de las aves durante muchos años, analizándolo racionalmente y anticipando muchos principios de la aerodinámica. Entendió que «un objeto ofrece tanta resistencia al aire como el aire al objeto». Newton no publicaría la Tercera ley del movimiento hasta 1687.
Desde los últimos años del siglo XV escribió y dibujó muchos diseños de máquinas y mecanismos voladores, incluidos ornitópteros, planeadores de alas fijas, helicópteros y paracaídas. Sus primeros diseños fueron los tipos de propulsión humana, incluidos los ornitópteros y helicópteros, sin embargo, se dio cuenta de la impracticabilidad de esto y más tarde se convirtió en vuelo de vuelo controlado, también esbozando algunos diseños impulsados por un muelle.
En 1488, diseñó un ala delta en el que se fijan las partes internas de las alas, y se proporcionan algunas superficies de control hacia las puntas (como en el vuelo de deslizamiento de las aves). Si bien sus dibujos existen y en principio se consideran fugaces, él mismo nunca voló en él. Un modelo que construyó para un vuelo de prueba en 1496 no salió volando, y algunos otros diseños, como el helicóptero tipo tornillo de cuatro personas, tienen fallas severas. Dibujó y escribió sobre un diseño para un ornitóptero en c. 1490.
El trabajo de Da Vinci permaneció desconocido hasta 1797, y por lo tanto no tuvo influencia en los desarrollos en los siguientes trescientos años. Sus diseños tampoco se basaban en una ciencia particularmente buena.
Más liviano que el aire
Globos
La era moderna del vuelo más ligero que el aire comenzó a principios del siglo XVII con los experimentos de Galileo en los que demostró que el aire tiene peso. Alrededor de 1650, Cyrano de Bergerac escribió algunas novelas de fantasía en las que describió el principio del ascenso utilizando una sustancia (rocío) que supuestamente era más ligero que el aire, y descendió liberando una cantidad controlada de la sustancia. Francesco Lana de Terzi midió la presión del aire a nivel del mar y en 1670 propuso el primer medio de levantamiento científicamente creíble en forma de esferas metálicas huecas de las que se había bombeado todo el aire. Estos serían más ligeros que el aire desplazado y capaces de levantar un dirigible. Sus métodos propuestos para controlar la altura todavía están en uso hoy en día; llevando lastre que puede caerse por la borda para ganar altura, y al ventilar los contenedores de elevación para perder altura. En la práctica, las esferas de Terzi habrían colapsado bajo la presión del aire, y los desarrollos posteriores debieron esperar a la elevación de gases más practicables.
El primer vuelo en globo documentado en Europa fue de un modelo realizado por el sacerdote brasileño Bartolomeu de Gusmão. El 8 de agosto de 1709, en Lisboa, hizo un pequeño globo de papel caliente con un fuego encendido debajo de él, elevándolo a unos 4 metros frente al rey Juan V y la corte portuguesa.
A mediados del siglo XVIII, los hermanos Montgolfier comenzaron a experimentar con paracaídas y globos en Francia. Sus globos estaban hechos de papel, y los primeros experimentos con vapor como el gas de levantamiento duraron poco debido a su efecto sobre el papel a medida que se condensaba. Confundiendo el humo con una especie de vapor, comenzaron a llenar sus globos con aire caliente y ahumado que llamaron «humo eléctrico». A pesar de no haber comprendido completamente los principios en el trabajo, hicieron algunos lanzamientos exitosos y en diciembre de 1782 voló un globo de 20 m3 (710 pies cúbicos) a una altura de 300 m (980 pies). La Académie des Sciences francesa pronto los invitó a París para dar una demostración.
Mientras tanto, el descubrimiento de hidrógeno llevó a Joseph Black a proponer su uso como un gas de elevación en alrededor de 1780, aunque la demostración práctica aguardaba a un material de globo hermético. Al escuchar la invitación de los Hermanos Montgolfier, el miembro de la Academia francesa Jacques Charles ofreció una demostración similar de un globo de hidrógeno y esto fue aceptado. Charles y dos artesanos, los hermanos Robert, desarrollaron un material hermético de seda cauchutada y se pusieron a trabajar.
1783 fue un año decisivo para el vuelo en globo. Entre el 4 de junio y el 1 de diciembre, cinco globos franceses separados lograron importantes novedades en aviación:
4 de junio: El globo aerostático no tripulado de los hermanos Montgolfier levantó una oveja, un pato y un pollo en una cesta que colgaba debajo de Annonay.
27 de agosto: el profesor Jacques Charles y los hermanos Robert volaron un globo de hidrógeno no tripulado. El gas de hidrógeno se generó por reacción química durante el proceso de llenado.
19 de octubre: los Montgolfier lanzaron el primer vuelo tripulado, un globo atado con humanos a bordo, en el Folie Titon en París. Los aviadores fueron el científico Jean-François Pilâtre de Rozier, el gerente de fabricación Jean-Baptiste Réveillon, y Giroud de Villette.
21 de noviembre: los Montgolfier lanzan el primer globo de vuelo libre con pasajeros humanos. El rey Luis XVI había decretado originalmente que los criminales condenados serían los primeros pilotos, pero Jean-François Pilâtre de Rozier, junto con el marqués François d’Arlandes, solicitaron con éxito el honor. Se desplazaron 8 km (5.0 millas) en un globo impulsado por un fuego de leña. 9 kilómetros (5.6 mi) cubiertos en 25 minutos,
1 de diciembre: Jacques Charles y Nicolas-Louis Robert lanzan un globo de hidrógeno tripulado desde el Jardín de las Tullerías en París. Ascendieron a una altura de unos 1.800 pies (550 m) y aterrizaron al atardecer en Nesles-la-Vallée después de un vuelo de 2 horas y 5 minutos, cubriendo 22 millas (35 km). Después de que Robert se apeara, Charles decidió ascender solo. Esta vez ascendió rápidamente a una altitud de aproximadamente 3.000 metros (9.800 pies), donde volvió a ver el sol pero también sufrió un dolor extremo en los oídos.
Los diseños de Montgolfier tenían varias deficiencias, como la necesidad de tiempo seco y la tendencia de las chispas del fuego a encender el globo de papel. El diseño tripulado tenía una galería alrededor de la base del globo en lugar de la cesta colgante del primer diseño no tripulado, que acercó el papel al fuego. En su vuelo libre, De Rozier y D’Arlandes tomaron cubos de agua y esponjas para apagar estos incendios a medida que se levantaban. Por otro lado, el diseño tripulado de Charles era esencialmente moderno. Como resultado de estas hazañas, el globo de aire caliente se conoce como el tipo Montgolfière y el globo de hidrógeno el Charlière.
El siguiente globo de Charles y Robert Brothers, La Caroline, fue un Charlière que siguió las propuestas de Jean Baptiste Meusnier para un globo dirigible alargado, y se destacó por tener un sobre exterior con el gas contenido en una segunda esfera interna. El 19 de septiembre de 1784, completó el primer vuelo de más de 100 kilómetros (62 millas), entre París y Beuvry, a pesar de que los dispositivos de propulsión propulsados por el hombre eran inútiles.
En enero del año siguiente, Jean Pierre Blanchard y John Jeffries cruzaron el Canal de la Mancha de Dover al Bois de Felmores en un Charlière. Pero un intento similar al otro lado terminó en tragedia. En un intento por proporcionar resistencia y capacidad de control, de Rozier desarrolló un globo con bolsas de aire caliente y gas hidrógeno, un diseño que pronto recibió su nombre de Rozière. Su idea era usar la sección de hidrógeno para un levantamiento constante y para navegar verticalmente calentando y permitiendo enfriar la sección de aire caliente, a fin de atrapar el viento más favorable a cualquier altitud que soplara. El sobre del globo estaba hecho de piel de bebedores de oro. Poco después de que comenzara el vuelo, se vio que de Rozier estaba ventilando hidrógeno cuando se encendió por una chispa y el globo se incendió, matando a los que estaban a bordo. La fuente de la chispa no se conoce, pero las sugerencias incluyen electricidad estática o el brasero para la sección de aire caliente.
Los vuelos en globo se convirtieron rápidamente en una gran «furia» en Europa a fines del siglo XVIII, proporcionando la primera comprensión detallada de la relación entre la altitud y la atmósfera. A principios de la década de 1900, el hinchazón era un deporte popular en Gran Bretaña. Estos globos de propiedad privada usualmente usaban gas de carbón como gas de elevación. Esto tiene aproximadamente la mitad del poder de elevación del hidrógeno, por lo que los globos tenían que ser más grandes; sin embargo, el gas de carbón estaba mucho más fácilmente disponible, y el gas local a veces proporcionaba una fórmula ligera especial para eventos de hinchamiento.
Los globos atados fueron utilizados durante la Guerra Civil Americana por el Cuerpo de Balones del Ejército de la Unión. En 1863, el joven Ferdinand von Zeppelin, que actuaba como observador militar en el Ejército de la Unión del Potomac, voló por primera vez como pasajero en globo en un globo que había estado en servicio con el ejército de la Unión. Más tarde ese siglo, el ejército británico haría uso de globos de observación durante la Guerra Boer.
Dirigibles o dirigibles
El trabajo en el desarrollo de un globo dirigible (dirigible), hoy en día llamado un dirigible, continuó esporádicamente a lo largo del siglo XIX.
Se cree que el primer vuelo sostenido y controlado de la historia tuvo lugar el 24 de septiembre de 1852 cuando Henri Giffard voló 15 millas (24 km) en Francia desde París a Trappes con el dirigible Giffard, una aeronave no rígida llena de hidrógeno y alimentada por una máquina de vapor de 3 caballos de fuerza (2,2 kW) que impulsa una hélice de 3 palas.
En 1863, Solomon Andrews voló su diseño aereon, un dirigible sin motor y controlable en Perth Amboy, Nueva Jersey. Voló un diseño posterior en 1866 alrededor de la ciudad de Nueva York y hasta Oyster Bay, Nueva York. Su técnica de deslizamiento bajo la gravedad funciona cambiando la elevación para proporcionar fuerza de propulsión a medida que la aeronave se eleva y se hunde alternativamente, y por lo tanto no necesita un motor.
Se hizo un nuevo avance el 9 de agosto de 1884, cuando Charles Renard y Arthur Constantin Krebs realizaron el primer vuelo libre totalmente controlable en un dirigible de propulsión eléctrica del ejército francés, La France. El dirigible de 170 pies (52 m) de largo y 66,000 pies cúbicos (1,900 m3) cubrió 8 km (5.0 mi) en 23 minutos con la ayuda de un motor eléctrico de 8.5 caballos de fuerza (6.3 kW), volviendo a su punto de partida. Este fue el primer vuelo sobre un circuito cerrado.
Estas aeronaves no fueron prácticas. Además de ser generalmente frágiles y de corta duración, no eran rígidos o, en el mejor de los casos, semirrígidos. En consecuencia, era difícil hacerlos lo suficientemente grandes como para llevar una carga comercial.
El conde Ferdinand von Zeppelin se dio cuenta de que un marco exterior rígido permitiría un dirigible mucho más grande. Fundó la empresa Zeppelin, cuyo rígido Luftschiff Zeppelin 1 (LZ 1) voló por primera vez desde el Bodensee en la frontera suiza el 2 de julio de 1900. El vuelo duró 18 minutos. El segundo y tercer vuelo, en octubre de 1900 y el 24 de octubre de 1900, respectivamente, superaron los 6 m / s (13 mph) del récord de velocidad de la nave francesa La France en 3 m / s (6.7 mph).
El brasileño Alberto Santos-Dumont se hizo famoso diseñando, construyendo y volando dirigibles. Él construyó y voló el primer dirigible completamente práctico capaz de vuelo controlado y rutinario. Con su dirigible No.6 ganó el premio Deutsch de la Meurthe el 19 de octubre de 1901 con un vuelo que despegó de Saint-Cloud, rodeó la Torre Eiffel y regresó a su punto de partida.
Por ahora, la aeronave se estableció como la primera forma viable de viajar en avión.
Más pesado que el aire: paracaídas y cometas
Paracaídas
El diseño de Da Vinci para un paracaídas en forma de pirámide permaneció inédito durante siglos. El primer diseño publicado fue el homo volans (hombre volador) croata de Fausto Veranzio, que apareció en su libro Machinae novae (Máquinas nuevas) en 1595. Basado en una vela de barco, comprendía un cuadrado de material estirado a través de un marco cuadrado y retenido por cuerdas. . El paracaidista fue suspendido por cuerdas de cada una de las cuatro esquinas.
Louis-Sébastien Lenormand es considerado el primer humano en hacer un descenso atestiguado con un paracaídas. El 26 de diciembre de 1783, saltó desde la torre del observatorio de Montpellier en Francia, frente a una multitud que incluía a Joseph Montgolfier, usando un paracaídas de 14 pies (4.3 m) con un rígido armazón de madera.
Entre 1853 y 1854, Louis Charles Letur desarrolló un paracaídas que comprende un paracaídas tipo paraguas con alas triangulares más pequeñas y una cola vertical debajo. Letur murió después de que se estrelló en 1854.
Cometas
Las cometas son más notables en la historia reciente de la aviación principalmente por su capacidad para llevar hombres o levantar hombres, aunque también han sido importantes en otras áreas, como la meteorología.
El francés Gaston Biot desarrolló una cometa de elevación de hombre en 1868. Más tarde, en 1880, Biot le mostró a la Sociedad Francesa de Navegación Aérea una cometa basada en un cono abierto, similar a una manga de viento, pero sujeto a una superficie plana. La cometa que transportaba al hombre se desarrolló un estadio más en 1894 por el capitán Baden Baden-Powell, hermano de Lord Baden-Powell, quien ensartó una cadena de cometas hexagonales en una sola línea. Un desarrollo significativo se produjo en 1893 cuando el australiano Lawrence Hargrave inventó la cometa y algunos experimentos con hombres se llevaron a cabo tanto en Australia como en los Estados Unidos. El 27 de diciembre de 1905, Neil MacDearmid fue llevado arriba en Baddeck, Nueva Escocia, Canadá por una cometa grande llamada Rey Escarcha, diseñada por Alexander Graham Bell.
Los globos estaban en uso para la meteorología y la observación militar. Los globos solo se pueden usar con vientos suaves, mientras que los barriletes solo se pueden usar con vientos más fuertes. El estadounidense Samuel Franklin Cody, trabajando en Inglaterra, se dio cuenta de que los dos tipos de naves entre ellos le permitían operar en una amplia gama de condiciones climáticas. Desarrolló el diseño básico de Hargrave, agregando superficies de levantamiento adicionales para crear poderosos sistemas de levantamiento de hombres usando múltiples cometas en una sola línea. Cody hizo muchas demostraciones de su sistema y luego vendió cuatro de sus sistemas de «cometa de guerra» a la Royal Navy. Sus cometas también encontraron uso en el transporte de instrumentos meteorológicos y fue nombrado miembro de la Royal Meteorological Society. En 1905, Sapper Moreton de la sección de globos del ejército británico fue levantada a 2.600 pies (790 m) por una cometa en Aldershot bajo la supervisión de Cody. En 1906, Cody fue nombrado Instructor Jefe de Kiting en la Escuela de Ballooning del Ejército en Aldershot. Pronto también se unió a la recientemente establecida Army Balloon Factory en Farnborough y continuó desarrollando sus cometas de guerra para el ejército británico. En su propio tiempo, desarrolló un «kite-kite» tripulado que se lanzó sobre una cuerda como una cometa y luego se soltó para deslizarse libremente. En 1907, Cody conectó un motor de avión a un «power-kite» no tripulado modificado, el precursor de sus aviones posteriores, y lo voló dentro de Balloon Shed, a lo largo de un cable suspendido de postes, ante el Príncipe y la Princesa de Gales. El ejército británico adoptó oficialmente sus cometas de guerra para sus Compañías de Globos en 1908.