Les premières machines volantes

Les premières machines volantes comprennent toutes les formes d’appareils étudiés ou construits avant le développement de l’avion moderne. Une fois actionné, le vol contrôlé avait été réalisé, des progrès étaient encore nécessaires pour créer une machine volante pratique pour un usage général. Cette période qui a précédé la Première Guerre mondiale est parfois appelée l’ère des pionniers de l’aviation.

Les frères Wright
Les Wrights ont résolu les problèmes de contrôle et de puissance auxquels les pionniers de l’aéronautique étaient confrontés. Ils ont inventé le contrôle de roulis en utilisant le gauchissement des ailes et le roulis combiné avec un contrôle de lacet simultané à l’aide d’un gouvernail de direction orientable. Bien que le gauchissement des ailes comme moyen de contrôle du roulis ne soit utilisé que brièvement au début de l’aviation, l’innovation consistant à combiner le contrôle du roulis et du lacet était une avancée fondamentale dans le contrôle de vol. Pour le contrôle de la hauteur, les Wrights ont utilisé un ascenseur avant (canard), un autre élément de conception qui a été démodé par la suite.

Les Wrights ont fait des essais rigoureux en soufflerie des profils aérodynamiques et des essais en vol de planeurs de grande taille. Ils ont non seulement construit un avion propulsé, le Wright Flyer, mais ont également fait progresser de manière significative la science de l’ingénierie aéronautique.

Ils se sont concentrés sur la contrôlabilité des aéronefs sans moteur avant d’essayer de piloter une conception motorisée. De 1900 à 1902, ils construisirent et pilotèrent une série de trois planeurs. Les deux premiers étaient beaucoup moins efficaces que les Wrights attendus, basés sur des expériences et des écrits de leurs prédécesseurs du 19ème siècle. Leur planeur de 1900 n’avait que la moitié de l’ascenseur prévu, et le planeur de 1901 se comportait encore moins bien, jusqu’à ce que des modifications de fortune le rendent utilisable.

Cherchant des réponses, les Wrights ont construit leur propre soufflerie et l’ont équipé d’un appareil de mesure sophistiqué pour calculer la portance et la traînée de 200 modèles d’ailes de tailles différentes qu’ils ont créés. En conséquence, les Wrights ont corrigé des erreurs antérieures dans les calculs de portance et de traînée et ont utilisé cette connaissance pour construire leur planeur 1902, troisième de la série. Il est devenu le premier engin volant, plus lourd que l’air, pilotable mécaniquement sur les trois axes: tangage, roulis et lacet. Son design novateur incluait également des ailes avec un rapport hauteur / largeur supérieur à celui des planeurs précédents. Les frères ont piloté avec succès le planeur 1902 des centaines de fois, et ses performances ont été bien meilleures que leurs deux versions précédentes.

Pour obtenir une puissance suffisante pour leur Flyer à moteur, les Wrights ont conçu et construit un moteur à combustion interne de faible puissance. À l’aide de leurs données de soufflerie, ils ont conçu et sculpté des hélices en bois plus efficaces que jamais, leur permettant d’obtenir des performances suffisantes grâce à leur faible puissance. La conception du Flyer a également été influencée par le désir des Wrights de s’apprendre à voler en toute sécurité sans risque déraisonnable pour la vie et les membres, et de permettre aux accidents de survivre. La puissance moteur limitée a entraîné de faibles vitesses de vol et le besoin de décoller dans un vent contraire.

Selon la Smithsonian Institution et la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), les Wrights ont effectué le premier vol avec équipage plus lourd que l’air à Kill Devil Hills, en Caroline du Nord, à 6,4 km au sud de Kitty Hawk, dans le nord du pays. Carolina, le 17 décembre 1903. Le premier vol d’Orville Wright, de 120 pieds (37 m) en 12 secondes, a été enregistré sur une photographie célèbre. Dans le quatrième vol du même jour, Wilbur Wright a volé 852 pieds (260 m) en 59 secondes. Une analyse moderne du professeur Fred EC Culick et Henry R. Rex (1985) a démontré que le Wright Flyer de 1903 était si instable qu’il était quasiment impossible à gérer, sauf les Wrights, qui s’étaient entraînés au planeur de 1902.

Les Wrights ont continué à développer leurs machines volantes et ont volé à Huffman Prairie, près de Dayton, Ohio, en 1904-05. Après un accident en 1905, ils ont reconstruit le Flyer III et apporté des modifications de conception importantes. Ils ont presque doublé la taille de l’ascenseur et du gouvernail et les ont déplacés environ deux fois plus loin des ailes. Ils ont ajouté deux ailettes verticales fixes (appelées « clignotants ») entre les ascenseurs et ont donné aux ailes un très léger dièdre. Ils ont déconnecté le gouvernail du contrôle de la voilure et, comme dans tous les futurs avions, l’ont placé sur une poignée de contrôle séparée. Le Flyer III est devenu le premier avion pratique (mais sans roues et utilisant un dispositif de lancement), volant constamment sous le contrôle total et ramenant son pilote au point de départ en toute sécurité et atterrissant sans dommage. Le 5 octobre 1905, Wilbur a parcouru 39 km en 39 minutes 23 secondes « .

Finalement, les Wrights abandonnèrent complètement l’avion, le modèle B de 1910 ayant plutôt un plan de queue de la manière qui devenait alors conventionnelle.

Selon le numéro d’avril 1907 du magazine Scientific American, les frères Wright semblaient posséder les connaissances les plus avancées en matière de navigation plus lourde que l’air à l’époque. Cependant, le même numéro de magazine a également affirmé qu’aucun vol public n’avait été effectué aux États-Unis avant son numéro d’avril 1907. Ils ont donc conçu le Scientific American Aeronautic Trophy afin d’encourager le développement d’un engin volant plus lourd que l’air.

Le premier avion pratique
Une fois actionné, le vol contrôlé avait été réalisé, des progrès étaient encore nécessaires pour créer une machine volante pratique pour un usage général. Cette période qui a précédé la Première Guerre mondiale est parfois appelée l’ère des pionniers de l’aviation.

Pouvoir fiable
L’histoire des premiers vols propulsés est l’histoire de la construction des moteurs. Les Wrights ont conçu leurs propres moteurs. Ils ont utilisé un moteur à un seul vol, un moteur à quatre cylindres en ligne de 12 chevaux (8,9 kW) à refroidissement par eau avec cinq paliers principaux et une injection de carburant. Le moteur de Whitehead était propulsé par deux moteurs: un moteur terrestre de 10 chevaux (7,5 kW) qui permettait aux roues avant d’atteindre la vitesse de décollage et un moteur à acétylène de 20 chevaux (15 kW) propulsant les hélices. Whitehead était un machiniste expérimenté et il aurait collecté des fonds pour ses avions en fabriquant et en vendant des moteurs à d’autres aviateurs. La plupart des premiers moteurs n’étaient ni assez puissants ni assez fiables pour une utilisation pratique, et le développement de moteurs améliorés s’est accompagné d’une amélioration des cellules elles-mêmes.

En Europe, Antoinette 8V de Léon Levavasseur, exemple pionnier du moteur V-8, breveté pour la première fois en 1902, a dominé le vol pendant plusieurs années après son lancement en 1906, propulsant de nombreux bateaux de cette époque. Intégrant l’injection directe de carburant, le refroidissement par eau par évaporation et d’autres fonctions avancées, il génère environ 50 chevaux (37 kW).

Le British Green C.4 de 1908 a suivi le modèle de Wright d’un modèle refroidi à l’eau en ligne à quatre cylindres, mais a produit 52 chevaux (39 kW). Il a alimenté de nombreux avions pionniers à succès, y compris ceux d’AV Roe.

Des designs opposés horizontalement ont également été produits. Le De Havilland Iris refroidi à l’eau à quatre cylindres atteignait 45 chevaux (34 kW), mais il était peu utilisé, tandis que le modèle à deux cylindres Nieuport couronné de succès atteignait 28 ch (21 kW) en 1910.

1909 a vu la forme des moteurs radiaux prendre de l’importance. Le moteur semi-radial ou de ventilateur Anzani à trois cylindres de 1909 (également construit dans une forme radiale à angle de cylindre de 120 °) développa seulement 25 chevaux (19 kW) mais était beaucoup plus léger que l’Antoinette et fut choisi par Louis Blériot pour son vol transmanche. La série de moteurs radiaux rotatifs Gnôme des frères Seguin a été plus radicale, avec en 1906 le moteur rotatif à sept cylindres refroidi par air de 50 chevaux (37 kW). Dans un moteur rotatif, le vilebrequin est fixé à la cellule et Le carter moteur et les cylindres entiers tournent avec l’hélice. Bien que Lawrence Hargrave ait déjà introduit ce type en 1887, les améliorations apportées au Gnome ont créé une conception robuste, relativement fiable et légère, qui a révolutionné l’aviation et qui connaîtra un développement continu au cours des dix prochaines années. Du carburant a été introduit dans chaque cylindre directement depuis le carter moteur, ce qui signifie que seule une soupape d’échappement était nécessaire. Le plus gros et le plus puissant des neuf cylindres, 80 chevaux Le 9C rotatif a été introduit en 1913 et a été largement adopté pour un usage militaire.

Les types en ligne et en vé sont restés populaires, la société allemande Mercedes produisant une série de modèles à six cylindres refroidis à l’eau. En 1913, ils introduisirent la série DI à succès de 75 kilowatts (101 ch).

Ascenseur et efficacité
La légèreté et la résistance du biplan sont compensées par l’inefficacité inhérente à la proximité de deux ailes. Les conceptions de biplan et de monoplan rivalisaient entre elles, les deux étant encore en production au début de la guerre en 1914.

Un développement notable, bien qu’un échec, a été le premier monoplan en porte-à-faux jamais construit. L’Antoinette Monobloc de 1911 avait un poste de pilotage entièrement fermé et un train d’atterrissage caréné, mais la puissance de son moteur V-8 de 50 chevaux (37 kW) n’était pas suffisante pour voler au maximum quelques pieds. Le monoplan de Deperdussin, qui a remporté la première édition du trophée Schneider de 1913 piloté par Maurice Prévost, a complété 28 circuits du parcours de 10 km (6,2 mi) à une vitesse moyenne de 73,63 km / h.

Des triplans ont également été expérimentés, notamment une série construite entre 1909 et 1910 par le pionnier britannique AV Roe. En faisant mieux avec quatre ailes, le quadruplet a également fait des apparitions rares. Le Multiplane, avec un grand nombre d’ailes très fines, a également été expérimenté, avec le plus grand succès par Horatio Phillips. Son prototype final a confirmé l’inefficacité et la mauvaise performance de l’idée.

D’autres approches radicales de la conception des ailes ont également été essayées. L’inventeur d’origine écossaise Alexander Graham Bell a conçu une forme d’aile octaédrique cellulaire qui, comme le multiplan, s’est révélée décevante. Parmi les autres artistes médiocres, on peut citer le Rhomboidal d’Edwards, l’aile annulaire de Lee-Richards et le nombre variable d’ailes les unes après les autres en tandem.

Beaucoup de ces premières formes expérimentales étaient en principe assez pratiques et ont réapparu depuis.

Stabilité et contrôle
Les premiers travaux avaient porté principalement sur la fabrication d’une embarcation suffisamment stable pour voler, mais n’avaient pas réussi à offrir une contrôlabilité complète, alors que les Wrights avaient sacrifié la stabilité afin de rendre leur Flyer entièrement contrôlable. Un avion pratique nécessite les deux. Bien que la stabilité ait été obtenue grâce à plusieurs conceptions, les principes n’ont pas été complètement compris et les progrès ont été irréguliers. L’aileron remplaça lentement le gauchissement de l’aile pour un contrôle latéral, bien que les concepteurs, parfois, comme avec le Blériot XI, retournèrent brièvement au gauchissement des ailes. De la même manière, les surfaces de la queue se déplaçant complètement ont fait place à des stabilisateurs fixes avec des surfaces de contrôle articulées. La configuration du poussoir canard des premiers Wright Flyers a été supplantée par la conception des avions à hélices.

En France, les progrès ont été relativement rapides.
En 1906, le Brésilien Alberto Santos-Dumont effectue des vols publics en France avec son 14-bis. Un biplan de pousseur canard avec un dièdre à ailes prononcé, il avait une aile en caisson de style Hargrave avec un assemblage « boxkite » monté à l’avant qui était mobile à la fois comme ascenseur et gouvernail. Il a ensuite ajouté des surfaces auxiliaires entre les ailes comme des ailerons primitifs pour assurer un contrôle latéral. Son vol est le premier à être effectué par une machine à moteur plus lourde que l’air à vérifier par l’Aéro-Club de France. Il remporte le prix Deutsch-Archdeacon pour le premier vol officiellement observé de plus de 25 mètres. Elle a ensuite établi le premier record du monde reconnu par la Fédération aéronautique internationale en parcourant 220 mètres (720 ft) en 21,5 secondes.

L’année suivante, Louis Blériot a piloté le Blériot VII, un monoplan de tracteur à trois axes de contrôle intégrant les surfaces de queue horizontales combinées à des ascenseurs et des ailerons. Son descendant immédiat, le Blériot VIII, a été la toute première cellule à rassembler en avril 1908 les éléments reconnaissables du système moderne de pilotage des avions. Là où Horatio Phillips et Traian Vuia avaient échoué, Blériot était le premier monoplan de tracteur pratique et marquait le début d’une tendance dans l’aviation française. En 1909, il avait développé cette configuration à un point tel que le Blériot XI pouvait traverser la Manche, entre autres améliorations utilisant les surfaces de queue uniquement comme ascenseurs et utilisant un gauchissement des ailes pour un contrôle latéral. Un autre modèle apparu en 1907 était le biplan Voisin. Il ne disposait d’aucun moyen de contrôle latéral et ne pouvait effectuer que des virages peu profonds en utilisant uniquement le contrôle du gouvernail, mais Henri Farman réussit de plus en plus à le remporter. Le 13 janvier 1908, il remporta le Grand Prix Deutsch de la Meurthe-Archdeacon de l’aviation pour avoir été le premier aviateur à effectuer un vol en circuit fermé de 1 kilomètre officiellement observé, y compris décoller et atterrir sous sa propre puissance.

Les dessins du pionnier français Léon Levavasseur sont mieux connus sous le nom de la société Antoinette qu’il a fondée. Son Antoinette IV de 1908 était un monoplan de ce qui est actuellement la configuration conventionnelle, avec l’empennage et l’aileron portant chacun des gouvernes mobiles et des ailerons sur les ailes. Les ailerons n’étaient pas suffisamment efficaces et sur les modèles ultérieurs, ils ont été remplacés par un gauchissement des ailes.

À la fin de 1908, les frères Voisin vendirent un avion commandé par Henri Farman au JTC Moore-Brabazon. Irrité, Farman a construit son propre avion, en adaptant le design Voisin en ajoutant des ailerons. Suite à de nouvelles modifications des surfaces de queue et des ailerons, le Farman III est devenu l’avion le plus populaire vendu entre 1909 et 1911 et a été largement imité. En Grande-Bretagne, l’expatrié américain Samuel Cody a piloté un avion de configuration similaire à celui de Wright en 1908, incorporant un empennage ainsi qu’un grand ascenseur avant. En 1910, un modèle amélioré équipé d’ailerons entre les ailes remporta la compétition de la Coupe Michelin, tandis que le deuxième avion de style Farman de Geoffrey de Havilland était doté d’ailerons sur l’aile supérieure et devint la Royal Aircraft Factory FE1. Le Bristol Boxkite, une copie du Farman III, était fabriqué en quantité. Aux États-Unis, Glenn Curtiss a d’abord piloté l’AEA June Bug, puis son Golden Flyer, qui en 1910 a réalisé le premier atterrissage et décollage du pont naval. Pendant ce temps, les Wrights eux-mêmes se débattaient avec le problème de la stabilité et du contrôle, en expérimentant davantage avec l’avant-plan avant d’ajouter un deuxième petit avion à la queue et de retirer finalement l’avion. Ils ont annoncé leur modèle B à deux places en 1910 et l’ont autorisé à produire en 1911 sous le nom de Burgess Model F.

Beaucoup d’autres schémas plus radicaux ont été essayés, avec seulement quelques-uns montrant des promesses. Au Royaume-Uni, JW Dunne a mis au point une série de poussoirs sans queue dont les ailes ont une surface supérieure conique. Son biplan D.5 a volé en 1910 et s’est révélé totalement stable. Dunne a délibérément évité le contrôle complet sur trois axes, en élaborant à la place un système plus facile à utiliser et qu’il considérait beaucoup plus sûr dans la pratique. Le système de Dunne ne serait pas largement adopté. Sa conception sans queue a atteint son apogée avec le D.8 qui a été fabriqué sous licence en France par Nieuport et aux États-Unis sous le nom de Burgess-Dunne, mais il a été rejeté comme un avion de guerre pratique par l’armée britannique dans laquelle Dunne était officier. car il était trop stable et donc pas assez maniable au combat.

Hydravions
En Autriche, en 1901, Wilhelm Kress ne parvient pas à décoller avec son hydravion Drachenflieger, un hydravion doté de deux pontons en aluminium et de trois ailes en tandem.

1910 en France, Henri Fabre effectue le premier vol en hydravion de son Hydravion. C’était un monoplan avec un plan de biplan et trois flotteurs courts en tricycle.

1912 Le premier porte-hydravion au monde, le Foudre de la Marine française, embarque son premier hydravion, un Voisin Canard.

Un problème avec les premiers hydravions était la tendance à l’aspiration entre l’eau et l’aéronef à mesure que la vitesse augmentait, ce qui retenait l’avion et empêchait le décollage. Le designer britannique John Cyril Porte a inventé la technique consistant à placer une marche dans le bas de l’avion pour briser la succion, ce qui a été incorporé au modèle Curtiss modèle 1914.

Usage militaire
En 1909, les avions restent fragiles et peu utiles. La puissance moteur limitée disponible signifiait que la charge utile effective était extrêmement limitée. La technologie de base des matériaux et de la structure des cellules comprenait principalement des matériaux en bois dur ou des tubes en acier, renforcés de fils d’acier et recouverts de toile de lin dopée avec un raidisseur inflammable et un scellant. La nécessité de faire des économies de poids signifiait que la plupart des avions étaient structurellement fragiles et se séparaient souvent en vol, en particulier lors de manœuvres violentes, telles que la sortie d’une plongée abrupte, qui serait nécessaire au combat.

Cependant, ces machines volantes en évolution ont été reconnues pour être non seulement des jouets, mais des armes en devenir. En 1909, l’officier italien Giulio Douhet a fait remarquer:

Le ciel est sur le point de devenir un autre champ de bataille non moins important que les champs de bataille terrestres et maritimes … Pour conquérir l’air, il faut priver l’ennemi de tous les moyens de voler, en le frappant dans les airs, sur ses bases d’opération ou dans ses centres de production. Nous ferions mieux de nous habituer à cette idée et de nous préparer.

– Giulio Douhet (officier d’état-major italien), 1909
En 1911, le capitaine Bertram Dickson, le premier officier britannique à piloter et le premier officier britannique à effectuer une mission de reconnaissance aérienne dans un aéronef à voilure fixe lors des manœuvres de l’armée en 1910, prédit l’utilisation militaire des avions et le développement et l’escalade de combat aérien dans une soumission au sous-comité technique britannique pour la défense impériale.

Des missiles ont été largués d’un avion pour la première fois lorsque le lieutenant d’armée américain Paul W. Beck a largué des sacs de sable simulant des bombes au-dessus de Los Angeles, en Californie.

Les avions ont été utilisés pour la première fois en temps de guerre pendant la guerre italo-turque de 1911-1912. La première utilisation opérationnelle eut lieu le 23 octobre 1911, lorsque le capitaine Carlo Piazza fit un vol près de Benghazi dans un Blériot XI. Le premier bombardement aérien a suivi peu après le 1er novembre, lorsque le sous-lieutenant Giulio Gavotti a largué quatre bombes sur deux oasis tenues par les Turcs. Le premier vol de reconnaissance photographique eut lieu en mars 1912, également piloté par le capitaine Piazza.

Certains types développés au cours de cette période verront le service militaire dans la Première Guerre mondiale ou même pendant la Première Guerre mondiale. Parmi ceux-ci, on peut citer Etrich Taube de 1910, Fokker Spin de 1911, Royal Aircraft Factory BE.2, Sopwith Tabloid / Schneider qui serait utilisé pour la formation des pilotes. Le Sikorsky Ilya Muromets a été le premier avion à quatre moteurs à entrer en production et le plus gros de son temps, le prototype volant en 1914 juste avant le déclenchement de la guerre. Le type continuerait à voir le service dans les deux rôles de bombardier et de transport.

Hélicoptères
Les premiers travaux sur les élévateurs à rotor motorisé ont été suivis par des chercheurs plus récents, indépendamment du développement des aéronefs à voilure fixe.

Au 19ème siècle en France, une association a été créée pour collaborer à la conception d’hélicoptères, qui étaient nombreux. En 1863, Gustave de Ponton d’Amécourt construit un modèle à l’aide des rotors antirotationnels établis. Initialement propulsé par la vapeur, il a échoué, mais une version à remontage Pomés et De la Pauze (1871), Pénaud, Achenbach (1874), Dieuaide (1887), Melikoff (1877), Forlanini (1877), Castel (1878) et Dandrieux 1878-79). Parmi ceux-ci, le modèle de contre-rotation à vapeur de Forlanini a volé pendant 20 secondes, atteignant une hauteur de 13 mètres, et le modèle à moteur en caoutchouc de Dandrieux a également volé.

Le père d’Hiram Maxim a conçu un hélicoptère propulsé par deux rotors à rotation inverse, mais n’a pas été en mesure de trouver un moteur suffisamment puissant pour le construire. Hiram lui-même a dessiné des plans pour un hélicoptère en 1872 avant de se tourner vers le vol à voilure fixe.

En 1907, le gyroplane Breguet-Richet n ° 1 français a décollé dans un vol d’essai « attaché », devenant le premier hélicoptère habité à remonter du sol. Il a augmenté d’environ 60 centimètres et a plané pendant une minute. Cependant, le vol s’est avéré extrêmement instable.

Deux mois plus tard, à Lisenux, en France, Paul Cornu effectue le premier vol libre dans un hélicoptère Cornu à voilure tournante, à 30 centimètres (12 pouces) de hauteur et reste en l’air pendant 20 secondes.