Machines volantes

Les premières machines volantes commencent plus d’un siècle avant le premier avion piloté avec succès, et les premiers avions des milliers d’années auparavant.

Débuts primitifs

Légendes
Depuis les temps les plus reculés, des hommes ont monté des appareils volants ou attaché des ailes d’oiseau, se sont raidis ou ont tenté de voler, généralement en sautant d’une tour. La légende grecque de Dédale et Icare est l’une des premières à nous parvenir. Selon Ovide, Daedalus a attaché des plumes pour imiter les ailes d’un oiseau. Parmi les autres légendes anciennes, citons le palais ou le char volant Vimana indien, le char Ezekiel, diverses histoires sur les tapis magiques et le mythique roi britannique Bladud, qui évoquait des ailes volantes.

Sauteurs de tour
Finalement, certains ont essayé de construire de véritables engins volants, typiquement des ailes d’oiseau, et ont tenté de voler en sautant d’une tour, d’une colline ou d’une falaise. Pendant cette période précoce, les problèmes physiques de portance, de stabilité et de contrôle n’étaient pas compris et la plupart des tentatives se sont soldées par des blessures graves ou la mort lorsque l’appareil n’avait pas de queue horizontale efficace ou que les ailes étaient simplement trop petites.

Au 1er siècle de notre ère, l’empereur chinois Wang Mang a recruté un scout spécialisé pour être attaché avec des plumes d’oiseaux; il aurait glissé d’environ 100 mètres. En 559, on dit que Yuan Huangtou a atterri en toute sécurité suite à un saut de tour forcé.

Dans l’Europe médiévale, le premier saut de la tour enregistré date de 852, lorsque Abbas ibn Firnas fit un saut à Cordoue, en Espagne, couvrant apparemment son corps de plumes de vautour et attachant deux ailes à ses bras; À l’atterrissage, il se serait écrasé et aurait subi une blessure au dos que certains critiques ont attribuée à un manque de queue. En 1010, le moine anglais Eilmer de Malmesbury a volé de la tour de l’abbaye de Malmesbury dans un planeur primitif. Eilmer aurait volé plus de 200 mètres (180 m) avant d’atterrir, brisant ses deux jambes. Eilmer a plus tard remarqué que la seule raison pour laquelle il ne volait pas plus était qu’il avait oublié de donner une queue à sa machine. Cette explosion d’activité a été suivie d’une accalmie de plusieurs siècles.

Le saut a repris en 1496 avec Seccio brisant les deux bras à Nuremberg. En 1507, John Damian a attaché des ailes recouvertes de plumes de poulet et a sauté des murs du château de Stirling en Écosse, lui brisant la cuisse, lui reprochant plus tard de ne pas utiliser de plumes d’aigle.

Des tentatives similaires se sont poursuivies jusqu’au début du XIXe siècle, avec un succès plus que partiel. La suggestion de Francis Willughby, publiée en 1676, selon laquelle les pattes humaines étaient plus comparables aux ailes des oiseaux que les bras, n’avait qu’une influence occasionnelle. Le 15 mai 1793, l’inventeur espagnol Diego Marín Aguilera a sauté avec sa voile depuis la partie la plus haute du château de Coruña del Conde, atteignant une hauteur d’environ 5 ou 6 m et planant sur environ 360 mètres. En 1811, Albrecht Berblinger construit un ornithoptère et saute dans le Danube à Ulm.

Premiers cerfs-volants
Le cerf-volant a été inventé en Chine, peut-être dès le 5ème siècle avant JC par Mozi (également Mo Di) et Lu Ban (également Ban Gongshu). Ces cerfs-volants ont été construits en étirant de la soie sur un cadre en bambou fendu. Les premiers cerfs-volants chinois connus étaient plats (non courbés) et souvent rectangulaires. Plus tard, les cerfs-volants sans queue ont incorporé une ligne de base stabilisatrice. Les dessins émulent souvent des insectes volants, des oiseaux et d’autres bêtes, à la fois réelles et mythiques. Certains étaient équipés de ficelles et de sifflets pour faire des sons musicaux pendant le vol.

En 549, un cerf-volant en papier fut utilisé comme message pour une mission de sauvetage. Les sources chinoises anciennes et médiévales énumèrent d’autres utilisations des cerfs-volants pour mesurer les distances, tester le vent, soulever des hommes, signaler et communiquer pour des opérations militaires.

Après son introduction en Inde, le cerf-volant est devenu le cerf-volant de combat. Traditionnellement, il s’agit de petits cerfs-volants plats à une seule ligne instables où seule la tension de ligne est utilisée pour le contrôle et une ligne abrasive est utilisée pour couper d’autres cerfs-volants.

Les cerfs-volants se sont également répandus dans toute la Polynésie, jusqu’en Nouvelle-Zélande. Des cerfs-volants anthropomorphes en tissu et en bois étaient utilisés lors des cérémonies religieuses pour envoyer des prières aux dieux.

En 1634, les cerfs-volants atteignirent l’Ouest, avec une illustration d’un cerf-volant de diamant avec une queue apparaissant dans les Mystères de la nature et de l’art de Bate.

Cerfs-volants porteurs d’homme
On pense que les cerfs-volants porteurs d’hommes ont été largement utilisés dans la Chine ancienne, à des fins civiles et militaires, et parfois comme punition.

Des histoires de cerfs-volants porteurs d’hommes se produisent également au Japon, après l’introduction du cerf-volant en provenance de Chine vers le VIIe siècle de notre ère. On dit qu’à une époque il y avait une loi japonaise contre les cerfs-volants porteurs d’hommes.

En 1282, l’explorateur européen Marco Polo décrit les techniques chinoises alors en vigueur et commente les dangers et la cruauté impliqués. Pour prédire si un navire devait naviguer, un homme serait attaché à un cerf-volant ayant un cadre de grille rectangulaire et le schéma de vol suivant utilisé pour deviner les perspectives.

Ailes de rotor
L’utilisation d’un rotor pour le vol vertical existe depuis 400 av. J.-C. sous la forme d’un hélicoptère en bambou, un ancien jouet chinois. Le bambou est entraîné en roulant un bâton attaché à un rotor. La rotation crée un soulèvement et le jouet vole lorsqu’il est relâché. Le livre du philosophe Ge Hong, le Baopuzi (Maitre qui embrasse la simplicité), écrit vers 317, décrit l’utilisation apocryphe d’un éventuel rotor dans un avion: « Certains ont fabriqué des voitures volantes [feiche iche] avec du bois provenant en cuir de bœuf (lanières) attaché aux lames de retour afin de mettre la machine en mouvement « .

Le « moulinet à noix » similaire est apparu en Europe au 14ème siècle après JC.

Montgolfières
Depuis l’antiquité, les Chinois ont compris que l’air chaud montait et a appliqué le principe à un type de petite montgolfière appelée lanterne céleste. Une lanterne de ciel consiste en un ballon de papier sous ou juste à l’intérieur duquel une petite lampe est placée. Les lanternes célestes sont traditionnellement lancées pour le plaisir et pendant les festivals. Selon Joseph Needham, de telles lanternes étaient connues en Chine à partir du 3ème siècle avant JC. Leur usage militaire est attribué au général Zhuge Liang, qui les aurait utilisés pour faire peur aux troupes ennemies.

Il existe des preuves que les Chinois ont également « résolu le problème de la navigation aérienne » en utilisant des ballons, des centaines d’années avant le 18ème siècle.

La Renaissance
Finalement, certains chercheurs ont commencé à découvrir et à définir certaines des bases de la conception des avions scientifiques. Les conceptions motorisées étaient toujours alimentées par l’homme ou utilisaient un ressort métallique. L’Anglais Roger Bacon a prédit des conceptions futures pour un ballon rempli d’un éther non spécifié et d’un ornithoptère à propulsion humaine dans son livre De mirabili potestate carto et naturae, 1250.

Léonard de Vinci
Leonardo da Vinci a étudié le vol des oiseaux pendant de nombreuses années, en l’analysant rationnellement et en anticipant de nombreux principes aérodynamiques. Il a compris que « un objet offre autant de résistance à l’air que l’air à l’objet ». Newton ne publierait pas la troisième loi du mouvement jusqu’en 1687.

À partir des dernières années du XVe siècle, il a écrit et dessiné de nombreux modèles de machines et de mécanismes volants, notamment des ornithoptères, des planeurs à voilure fixe, des giravions et des parachutes. Ses premières conceptions étaient de type homme, y compris des ornithoptères et des giravions, mais il en vint à réaliser l’impraticabilité de ce projet et se tourna ensuite vers le vol plané contrôlé, dessinant également des dessins animés par un ressort.

En 1488, il dessine un planeur dans lequel les parties intérieures des ailes sont fixées et des surfaces de contrôle sont prévues vers les bouts (comme dans le vol à voile chez les oiseaux). Bien que ses dessins existent et soient jugés en principe dignes de voler, il ne s’y est jamais embarqué. Un modèle qu’il a construit pour un vol d’essai en 1496 n’a pas volé, et certains autres modèles, comme l’hélicoptère à vis à quatre personnes, présentent de graves défauts. Il a dessiné et écrit un dessin pour un ornithoptère dans c. 1490.

Les travaux de Da Vinci sont restés inconnus jusqu’en 1797 et n’ont donc eu aucune influence sur les développements des trois cents prochaines années. Ses conceptions ne reposaient pas non plus sur de bonnes connaissances scientifiques.

Plus léger que l’air

des ballons
L’ère moderne du vol plus léger que l’air a débuté au début du XVIIe siècle avec les expériences de Galilée dans lesquelles il a montré que l’air avait un poids. Vers 1650, Cyrano de Bergerac écrivit des romans fantastiques dans lesquels il décrivait le principe de l’ascension à l’aide d’une substance (rosée) qu’il était censé être plus léger que l’air et descendait en libérant une quantité contrôlée de la substance. Francesco Lana de Terzi a mesuré la pression de l’air au niveau de la mer et a proposé en 1670 le premier moyen de levage scientifiquement crédible sous la forme de sphères métalliques creuses dont tout l’air avait été pompé. Celles-ci seraient plus légères que l’air déplacé et capables de soulever un dirigeable. Ses méthodes proposées pour contrôler la hauteur sont encore utilisées aujourd’hui; en transportant du ballast qui peut être largué par-dessus bord pour gagner de la hauteur et en ventilant les conteneurs de levage pour perdre de la hauteur. Dans la pratique, les sphères de Terzi se seraient effondrées sous la pression atmosphérique, et de nouveaux développements devaient attendre des gaz de levage plus pratiques.

Le premier vol en ballon documenté en Europe était un modèle réalisé par le prêtre brésilien Bartolomeu de Gusmão. Le 8 août 1709, à Lisbonne, il fabriqua un petit ballon en papier avec un feu en dessous, le soulevant à environ 4 mètres devant le roi John V et le tribunal portugais.

Au milieu du 18ème siècle, les frères Montgolfier ont commencé à expérimenter avec des parachutes et des ballons en France. Leurs ballons étaient en papier et les premières expériences utilisant de la vapeur comme gaz de levage ont été de courte durée en raison de leur effet sur le papier lorsqu’il s’est condensé. Fumant de la fumée pour une sorte de vapeur, ils ont commencé à remplir leurs ballons d’air chaud enfumé qu’ils ont appelé « fumée électrique ». Même s’ils ne comprenaient pas bien les principes au travail, ils ont effectué des lancements fructueux et, en décembre 1782, ils ont fait voler un ballon de 20 m3 (710 pi cu) à une hauteur de 300 m (980 pi). L’Académie des sciences française les a rapidement invités à Paris pour une démonstration.

Pendant ce temps, la découverte de l’hydrogène a amené Joseph Black à proposer son utilisation comme gaz de levage vers 1780, bien que des démonstrations pratiques attendaient un matériau en ballon étanche au gaz. En entendant l’invitation des frères Montgolfier, Jacques Charles, membre de l’Académie française, a présenté une démonstration similaire d’un ballon à hydrogène, ce qui a été accepté. Charles et deux artisans, les frères Robert, ont mis au point un matériau étanche à la lumière en soie caoutchoutée et mis au travail.

1783 fut une année décisive pour le vol en ballon. Entre le 4 et le 1 er décembre, cinq ballons français distincts ont réalisé des premières dans l’aviation:

4 juin: La montgolfière des frères Montgolfier soulève un mouton, un canard et une poule dans un panier suspendu à Annonay.
27 août: le professeur Jacques Charles et les frères Robert ont piloté un ballon à hydrogène sans pilote. Le gaz hydrogène a été généré par une réaction chimique au cours du processus de remplissage.
19 octobre: ​​Les Montgolfiers lancent le premier vol habité, un ballon captif avec des humains à bord, au Folie Titon à Paris. Les aviateurs étaient le scientifique Jean-François Pilâtre de Rozier, le directeur de fabrication Jean-Baptiste Réveillon et Giroud de Villette.
21 novembre: Les Montgolfiers lancent le premier ballon libre avec des passagers humains. Le roi Louis XVI avait d’abord décrété que les criminels condamnés seraient les premiers pilotes, mais Jean-François Pilâtre de Rozier, avec le marquis François d’Arlandes, avait sollicité avec succès cet honneur. Ils ont dérivé 8 km dans un ballon propulsé par un feu de bois. 9 kilomètres parcourus en 25 minutes,
1er décembre: Jacques Charles et Nicolas-Louis Robert lancent un ballon à hydrogène habité du Jardin des Tuileries à Paris. Ils ont atteint une hauteur d’environ 1 800 pieds (550 m) et ont atterri au coucher du soleil à Nesles-la-Vallée après un vol de 2 heures et 5 minutes, couvrant 22 milles (35 km). Après que Robert eut atterri, Charles décida de monter seul. Cette fois, il monta rapidement à une altitude d’environ 3 000 mètres (9 800 pieds), où il revit le soleil mais souffrit aussi d’extrême douleur aux oreilles.
Les modèles de Montgolfier présentaient plusieurs inconvénients, notamment la nécessité d’un temps sec et une tendance des étincelles provenant du feu à éclairer le ballon en papier. Le design habité comportait une galerie autour de la base du ballon plutôt que le panier suspendu du premier, sans pilote, ce qui rapprochait le papier du feu. Lors de leur vol libre, De Rozier et d’Arlandes prirent des seaux d’eau et des éponges pour éteindre ces feux au fur et à mesure qu’ils surgissaient. D’autre part, le design habité de Charles était essentiellement moderne. À la suite de ces exploits, la montgolfière est connue sous le nom de Montgolfière et le ballon à hydrogène le Charlière.

Le prochain ballon de Charles et des frères Robert, La Caroline, était une Charlière qui suivait les propositions de Jean Baptiste Meusnier pour un ballon dirigeable allongé et se distinguait par une enveloppe extérieure avec le gaz contenu dans un deuxième ballonnet intérieur. Le 19 septembre 1784, il achève le premier vol de plus de 100 kilomètres, entre Paris et Beuvry, en dépit du fait que les dispositifs de propulsion à propulsion humaine se révèlent inutiles.

En janvier de l’année suivante, Jean Pierre Blanchard et John Jeffries ont traversé la Manche de Douvres au Bois de Felmores dans une Charlière. Mais une tentative similaire dans l’autre sens s’est soldée par une tragédie. Pour tenter à la fois de l’endurance et de la contrôlabilité, de Rozier a mis au point un ballon avec des sacs à air chaud et à gaz hydrogène, ce qui lui a rapidement valu le nom de Rozière. Son idée était d’utiliser la section à hydrogène pour une portance constante et de naviguer verticalement en chauffant et en permettant de refroidir la section d’air chaud afin de capter le vent le plus favorable à n’importe quelle altitude. L’enveloppe du ballon était faite de peau de goldbeaters. Peu de temps après le début du vol, on a constaté que de Rozier dégageait de l’hydrogène quand il s’est enflammé par une étincelle et que le ballon s’est enflammé, tuant les personnes à bord. La source de l’étincelle n’est pas connue, mais les suggestions incluent l’électricité statique ou le brasier pour la section d’air chaud.

La montgolfière est rapidement devenue une «rage» majeure en Europe à la fin du 18ème siècle, fournissant la première compréhension détaillée de la relation entre l’altitude et l’atmosphère. Au début des années 1900, la montgolfière était un sport populaire en Grande-Bretagne. Ces ballons privés utilisaient généralement le gaz de houille comme gaz de levage. Cela a environ la moitié de la puissance de levage de l’hydrogène, donc les ballons devaient être plus gros; Cependant, le gaz de charbon était beaucoup plus facilement disponible et les usines de gaz locales fournissaient parfois une formule légère spéciale pour les événements de montgolfière.

Des ballons captifs ont été utilisés pendant la guerre de Sécession par le corps de ballons de l’armée de l’Union. En 1863, le jeune Ferdinand von Zeppelin, qui jouait le rôle d’observateur militaire auprès de l’armée de l’Union du Potomac, vola d’abord en tant que passager de ballon dans un ballon qui avait servi dans l’armée de l’Union. Plus tard dans le siècle, l’armée britannique utiliserait des ballons d’observation pendant la guerre des Boers.

Dirigeables ou dirigeables
Les travaux de développement d’un ballon dirigeable (orientable), aujourd’hui appelé dirigeable, se sont poursuivis sporadiquement tout au long du XIXe siècle.

Le 24 septembre 1852, Henri Giffard aurait effectué son premier vol de longue durée, contrôlé et contrôlé, entre Paris et Trappes, avec un dirigeable de Giffard, un dirigeable non rigide rempli d’hydrogène par un moteur à vapeur de 3 chevaux (2,2 kW) entraînant une hélice à 3 pales.

En 1863, Solomon Andrews a piloté son aereon design, un dirigeable non motorisé et contrôlable à Perth Amboy, dans le New Jersey. Il a volé plus tard en 1866 autour de New York et jusqu’à Oyster Bay, à New York. Sa technique de glisse sous l’effet de la pesanteur fonctionne en changeant l’ascenseur pour fournir une force de propulsion lorsque le dirigeable monte et descend alternativement et n’a donc pas besoin de moteur.

Le 9 août 1884, Charles Renard et Arthur Constantin Krebs effectuèrent un premier vol libre entièrement contrôlable dans un dirigeable électrique de l’armée française, La France. Le dirigeable de 66 000 pieds cubes (1 900 m3), d’une longueur de 170 pieds (52 m), a parcouru 8 km en 5,0 minutes à l’aide d’un moteur électrique de 6,3 kW (8,5 chevaux) qui a retrouvé son point de départ. C’était le premier vol au-dessus d’un circuit fermé.

Ces avions n’étaient pas pratiques. En plus d’être fragiles et de courte durée, ils étaient non rigides ou au mieux semi-rigides. Par conséquent, il était difficile de les rendre suffisamment grands pour transporter une charge commerciale.

Le comte Ferdinand von Zeppelin s’est rendu compte qu’une armature extérieure rigide permettrait un dirigeable beaucoup plus grand. Il fonde la firme Zeppelin, dont le Luftschiff Zeppelin 1 (LZ 1) rigide est parti du Bodensee à la frontière suisse le 2 juillet 1900. Le vol a duré 18 minutes. Les deuxième et troisième vols, respectivement en octobre 1900 et le 24 octobre 1900, ont battu le record de vitesse de 6 m / s (13 mi / h) du dirigeable français La France de 3 m / s (6,7 mi / h).

Le Brésilien Alberto Santos-Dumont est devenu célèbre en concevant, en construisant et en volant des dirigeables. Il construisit et pilota le premier dirigeable entièrement fonctionnel capable de voler en routine et sous contrôle. Avec son dirigeable n ° 6, il remporte le 19 octobre 1901 le prix Deutsch de la Meurthe avec un vol qui décolle de Saint-Cloud, contournant la tour Eiffel et retourne à son point de départ.

À ce jour, le dirigeable était la première forme de transport aérien praticable.

Plus lourd que l’air: parachutes et cerfs-volants

Parachutes
Le design de Da Vinci pour un parachute en forme de pyramide est resté inédit pendant des siècles. Le premier dessin publié était l’homo volans (homme volant) du croate Fausto Veranzio, apparu dans son livre Machinae novae (Nouvelles machines) en 1595. Basé sur une voile de navire, il comprenait un carré de matériau tendu sur un cadre carré et retenu par des cordes. . Le parachutiste était suspendu par des cordes à chacun des quatre coins.

Louis-Sébastien Lenormand est considéré comme le premier humain à avoir fait une descente avec un parachute. Le 26 décembre 1783, il saute de la tour de l’observatoire de Montpellier en France, devant une foule comprenant Joseph Montgolfier, à l’aide d’un parachute de 14 pieds (4,3 m) à ossature de bois rigide.

Entre 1853 et 1854, Louis Charles Letur met au point un parachute-planeur comprenant un parachute en forme de parapluie avec des ailes triangulaires plus petites et une queue verticale en dessous. Letur est mort après son crash en 1854.

Cerfs-volants
Les cerfs-volants sont les plus remarquables dans l’histoire récente de l’aviation, principalement pour leurs capacités de transport ou de levage, bien qu’ils aient également joué un rôle important dans d’autres domaines tels que la météorologie.

Le Français Gaston Biot a développé un cerf-volant de levage en 1868. Plus tard, en 1880, Biot a montré à la Société française de navigation aérienne un cerf-volant basé sur un cône ouvert, semblable à une manche à air mais fixé à une surface plane. En 1894, le capitaine Baden Baden-Powell, frère de Lord Baden-Powell, monte une chaîne de cerfs-volants hexagonaux sur une seule ligne. En 1893, l’Australien Lawrence Hargrave invente le cerf-volant et des expériences de transport d’hommes sont réalisées en Australie et aux États-Unis. Le 27 décembre 1905, Neil MacDearmid a été transporté en altitude à Baddeck, en Nouvelle-Écosse, au Canada, par un grand cerf-volant nommé The King Frost, conçu par Alexander Graham Bell.

Les ballons étaient alors utilisés à la fois pour la météorologie et l’observation militaire. Les ballons ne peuvent être utilisés que dans des vents légers, tandis que les cerfs-volants ne peuvent être utilisés que dans des vents forts. L’américain Samuel Franklin Cody, qui travaillait en Angleterre, s’est rendu compte que les deux types d’engins entre eux permettaient une exploitation dans des conditions météorologiques très variées. Il a développé le design de base de Hargrave, en ajoutant des surfaces de levage supplémentaires pour créer de puissants systèmes de levage pour homme utilisant plusieurs cerfs-volants sur une seule ligne. Cody fit de nombreuses démonstrations de son système et vendra plus tard quatre de ses systèmes de «cerf-volant» à la Royal Navy. Ses cerfs-volants ont également été utilisés pour transporter des instruments météorologiques en altitude et il a été nommé membre de la Royal Meteorological Society. En 1905, le sapeur Moreton de la section des ballons de l’armée britannique a été soulevé à 790 m (2600 pieds) par un cerf-volant à Aldershot sous la supervision de Cody. En 1906, Cody a été nommé instructeur en chef à Kiting à l’École de ballons de l’armée à Aldershot. Il a rapidement rejoint la toute nouvelle usine de ballons de l’armée à Farnborough et a continué à développer ses cerfs-volants de guerre pour l’armée britannique. En son temps, il a développé un « planeur-cerf-volant » habité qui a été lancé sur un filin comme un cerf-volant et ensuite libéré pour glisser librement. En 1907, Cody monta ensuite un moteur d’avion sur un «cerf-volant» sans pilote modifié, le précurseur de ses avions ultérieurs, et le fit voler à l’intérieur du hangar à ballons, suspendu à des poteaux, devant le prince et la princesse de Galles. L’armée britannique a officiellement adopté ses cerfs-volants de guerre pour leurs compagnies de ballons en 1908.