Le prime macchine volanti iniziano più di un secolo prima del primo aeroplano con equipaggio di successo, e il primo aereo migliaia di anni prima.

Inizi primitivi

Legends
Fin dai primi tempi ci sono state leggende di uomini che montavano dispositivi volanti o cingevano ali simili a uccelli, mantelli irrigiditi o altri congegni a se stessi e tentavano di volare, in genere saltando da una torre. La leggenda greca di Dedalo e Icaro è una delle prime a venire fino a noi. Secondo Ovidio, Dedalo congiunse le piume per imitare le ali di un uccello. Altre antiche leggende includono il palazzo volante indiano Vimana o carro, il carro di Ezechiele, varie storie sui tappeti magici e il mitico re britannico Bladud, che evocò ali volanti.

Ponti della torre
Alla fine alcuni hanno provato a costruire veri e propri dispositivi volanti, tipicamente ali simili a uccelli, e hanno tentato di volare saltando da una torre, da una collina o da una scogliera. Durante questo primo periodo non erano compresi i problemi fisici di portanza, stabilità e controllo, e la maggior parte dei tentativi terminava in gravi lesioni o morte quando l’apparato mancava di un’efficace coda orizzontale, o le ali erano semplicemente troppo piccole.

Nel 1 ° secolo dC, l’imperatore cinese Wang Mang reclutò uno specialista di esplorazione per essere legato con piume di uccello; si dice che abbia planato circa 100 metri. Nel 559 d.C., si dice che Yuan Huangtou sia sbarcato in sicurezza in seguito a un salto a torre forzato.

Nell’Europa medievale, il primo salto a torre registrato risale all’852 d.C., quando Abbas ibn Firnas fece un salto a Cordoba, in Spagna, stando a quanto riferito coprendo il suo corpo con piume di avvoltoio e attaccandogli due ali alle braccia; all’atterraggio si dice che si sia schiantato e abbia subito un infortunio alla schiena che alcuni critici hanno attribuito alla mancanza di coda. Nel 1010 d.C., il monaco inglese Eilmer di Malmesbury volò dalla torre dell’Abbazia di Malmesbury in un aliante primitivo. Si diceva che Eilmer avesse volato per oltre 200 metri (180 m) prima di atterrare, rompendogli entrambe le gambe. In seguito, Eilmer rimarcò che l’unica ragione per cui non volò oltre fu che si dimenticò di dare una coda alla sua macchina. Questa esplosione di attività fu seguita da una pausa di diversi secoli.

Jumping rianimato nel 1496 con Seccio che spezza entrambe le braccia a Norimberga. Nel 1507, John Damian legò le ali coperte di penne di pollo e saltò dalle mura del castello di Stirling in Scozia, rompendogli la coscia, in seguito incolpandolo di non usare penne d’aquila.

Simili tentativi continuarono fino all’inizio del XIX secolo, con un successo mai più che parziale. Il suggerimento di Francis Willughby, pubblicato nel 1676, secondo cui le gambe umane erano più paragonabili alle ali degli uccelli in forza che alle armi, aveva solo un’influenza occasionale. Il 15 maggio 1793, l’inventore spagnolo Diego Marín Aguilera saltò con il parapendio dalla parte più alta del castello di Coruña del Conde, raggiungendo un’altezza di circa 5 o 6 metri e planando per circa 360 metri. Ancora nel 1811, Albrecht Berblinger costruì un ornitottero e saltò nel Danubio a Ulm.

Aquiloni in anticipo
L’aquilone fu inventato in Cina, probabilmente già nel V secolo aC da Mozi (anche Mo Di) e Lu Ban (anche Gongshu Ban). Questi aquiloni sono stati costruiti stirando la seta su una struttura di bambù divisa. I primi aquiloni cinesi conosciuti erano piatti (non piegati) e spesso rettangolari. Più tardi, gli aquiloni senza coda incorporarono una linea di prua stabilizzante. I disegni spesso emulavano insetti volanti, uccelli e altre bestie, sia reali che mitiche. Alcuni erano dotati di corde e fischietti per produrre suoni musicali mentre volavano.

Nel 549 d.C., un aquilone di carta fu usato come messaggio per una missione di salvataggio. Le fonti cinesi antiche e medievali elencano altri usi degli aquiloni per misurare le distanze, testare il vento, sollevare uomini, segnalare e comunicare per operazioni militari.

Dopo la sua introduzione in India, l’aquilone si è evoluto ulteriormente nel kite da combattimento. Tradizionalmente si tratta di aquiloni piatti a linea singola, piccoli e instabili, in cui viene utilizzata solo la tensione di linea per il controllo e viene utilizzata una linea abrasiva per abbattere altri aquiloni.

Gli aquiloni si sono diffusi anche in tutta la Polinesia, fino alla Nuova Zelanda. Aquiloni antropomorfi di stoffa e legno venivano usati nelle cerimonie religiose per inviare preghiere agli dei.

Nel 1634 gli aquiloni avevano raggiunto l’Ovest, con l’illustrazione di un aquilone di diamanti con una coda che appariva nei Misteri della natura e dell’arte di Bate.

Aquiloni portatori di uomini
Si ritiene che gli aquiloni portatori di uomini siano stati ampiamente usati nell’antica Cina, sia per scopi civili che militari e talvolta applicati come punizione.

Storie di aquiloni che trasportano l’uomo si verificano anche in Giappone, in seguito all’introduzione dell’aquilone dalla Cina intorno al VII secolo d.C. Si dice che una volta esistesse una legge giapponese contro gli aquiloni che trasportavano uomini.

Nel 1282, l’esploratore europeo Marco Polo descrisse le tecniche cinesi allora attuali e commentò i pericoli e la crudeltà coinvolti. Per predire se una nave dovrebbe navigare, un uomo sarebbe legato ad un aquilone con una griglia rettangolare e il successivo schema di volo usato per divinare la prospettiva.

Ali del rotore
L’uso di un rotore per il volo verticale esiste dal 400 aC sotto forma di bambù-elicottero, un antico giocattolo cinese. L’elicottero di bambù viene filato facendo rotolare un bastone attaccato ad un rotore. La rotazione crea sollevamento, e il giocattolo vola quando rilasciato. Il libro del filosofo Ge Hong Baopuzi (Master Who Abbraces Simplicity), scritto intorno al 317, descrive l’uso apocrifo di un possibile rotore in aereo: “Alcuni hanno fabbricato autovetture [feiche 飛車] con legno proveniente dalla parte interna dell’albero della giuggiola, usando la pelle di bue (cinghie) fissata alle lame di ritorno in modo da mettere in movimento la macchina “.

Il simile “moulinet à noix” (rotore su un dado) apparve in Europa nel XIV secolo d.C.

Mongolfiera
Fin dall’antichità i cinesi hanno capito che l’aria calda si alza e ha applicato il principio a un tipo di mongolfiera chiamato lanterna del cielo. Una lanterna del cielo consiste in un palloncino di carta sotto o appena all’interno del quale è posizionata una piccola lampada. Lanterne del cielo sono tradizionalmente lanciate per il piacere e durante le feste. Secondo Joseph Needham, tali lanterne erano conosciute in Cina dal 3 ° secolo aC. Il loro uso militare è attribuito al generale Zhuge Liang, che si dice li abbia usati per spaventare le truppe nemiche.

Ci sono prove che i cinesi hanno anche “risolto il problema della navigazione aerea” usando palloncini, centinaia di anni prima del XVIII secolo.

Il Rinascimento
Alla fine alcuni investigatori hanno iniziato a scoprire e definire alcune delle basi della progettazione di velivoli scientifici. I progetti alimentati erano ancora guidati da forza uomo o usati una molla metallica. L’inglese Roger Bacon predisse i progetti futuri di un pallone pieno di un eterogeneo etere e di un ornitottero alimentato dall’uomo nel suo libro De mirabili potestate carto et naturae (1200).

Leonardo Da Vinci
Leonardo da Vinci studiò il volo degli uccelli per molti anni, analizzandolo razionalmente e anticipando molti principi dell’aerodinamica. Capì che “Un oggetto offre tanta resistenza all’aria come l’aria fa all’oggetto”. Newton non pubblicherebbe la terza legge della mozione fino al 1687.

Dagli ultimi anni del XV secolo, ha scritto e disegnato molti disegni per macchine volanti e meccanismi, inclusi ornitotteri, alianti ad ala fissa, velivoli ad ala rotante e paracadute. I suoi primi progetti erano di tipo man-powered, inclusi ornitotteri e velivoli ad ala rotante, ma si rese conto dell’impraticabilità di questo e più tardi si voltò verso il volo a vela controllata, disegnando anche alcuni progetti alimentati da una molla.

Nel 1488, disegnò un disegno di deltaplano in cui le parti interne delle ali sono fisse, e alcune superfici di controllo sono fornite verso le punte (come nel volo planato negli uccelli). Mentre i suoi disegni esistono e sono ritenuti validi per il volo in linea di principio, lui stesso non ci ha mai volato. Un modello che ha costruito per un volo di prova nel 1496 non ha volato, e alcuni altri progetti, come l’elicottero a quattro viti a vite, presentano gravi difetti. Disegna e scrive su un disegno per un ornitottero in c. 1490.

L’opera di Leonardo Da Vinci rimase sconosciuta fino al 1797, e quindi non ebbe alcuna influenza sugli sviluppi dei successivi trecento anni. Né i suoi progetti erano basati su una scienza particolarmente buona.

Più leggero dell’aria

palloncini
L’era moderna del volo più leggero dell’aria iniziò all’inizio del XVII secolo con gli esperimenti di Galileo in cui dimostrò che l’aria ha un peso. Intorno al 1650, Cyrano de Bergerac scrisse alcuni romanzi fantasy in cui descriveva il principio dell’ascensione usando una sostanza (rugiada) che avrebbe dovuto essere più leggera dell’aria, e scendendo rilasciando una quantità controllata della sostanza. Francesco Lana de Terzi misurò la pressione dell’aria al livello del mare e nel 1670 propose il primo mezzo di sollevamento scientificamente credibile sotto forma di sfere di metallo vuote da cui era stata pompata tutta l’aria. Questi sarebbero più leggeri dell’aria sfollata e in grado di sollevare un dirigibile. I suoi metodi proposti di controllo dell’altezza sono ancora in uso oggi; trasportando la zavorra che può essere gettata fuori bordo per guadagnare altezza, e sfogando i contenitori di sollevamento per perdere l’altezza. In pratica, le sfere di de Terzi sarebbero crollate sotto la pressione dell’aria, e ulteriori sviluppi hanno dovuto attendere gas di sollevamento più praticabili.

Il primo volo in mongolfiera documentato in Europa era di un modello realizzato dal sacerdote brasiliano Bartolomeu de Gusmão. L’8 agosto 1709, a Lisbona, fece una piccola mongolfiera di carta con un fuoco che bruciava sotto di essa, sollevandolo di circa 4 metri (13 piedi) di fronte al re Giovanni V e alla corte portoghese.

A metà del XVIII secolo i fratelli Montgolfier iniziarono a sperimentare paracaduti e mongolfiere in Francia. I loro palloncini erano fatti di carta, e i primi esperimenti usando il vapore come gas di sollevamento erano di breve durata a causa del suo effetto sulla carta mentre si condensava. Spegnendo il fumo per una specie di vapore, iniziarono a riempire i loro palloncini con aria calda e fumosa che chiamarono “fumo elettrico”. Nonostante non comprendessero appieno i principi sul lavoro, fecero alcuni lanci di successo e nel dicembre 1782 volarono un pallone da 20 m3 (710 piedi) a un’altezza di 300 m (980 piedi). Ben presto l’Académie des Sciences francese li invitò a Parigi per fare una dimostrazione.

Nel frattempo, la scoperta dell’idrogeno portò Joseph Black a proporre il suo uso come gas di sollevamento nel 1780 circa, anche se la dimostrazione pratica attese un materiale per il pallone a tenuta di gas. Sentendo l’invito dei Montgolfier Brothers, il membro dell’Academy francese Jacques Charles ha offerto una dimostrazione simile di un pallone a idrogeno e questo è stato accettato. Charles e due artigiani, i fratelli Robert, svilupparono un materiale a tenuta stagna di seta gommata e si misero al lavoro.

Il 1783 fu uno spartiacque per il mongolfiera. Tra il 4 giugno e il 1 ° dicembre cinque palloni francesi separati hanno raggiunto importanti traguardi nel settore dell’aviazione:

4 giugno: La mongolfiera senza equipaggio dei fratelli Montgolfier ha sollevato una pecora, un’anatra e un pollo in una cesta appesa sotto ad Annonay.
27 agosto: il professor Jacques Charles ei fratelli Robert hanno volato un pallone a idrogeno senza equipaggio. Il gas idrogeno è stato generato dalla reazione chimica durante il processo di riempimento.
19 ottobre: ​​i Montgolfiers lanciano il primo volo con equipaggio, un pallone legato con umani a bordo, al Folie Titon di Parigi. Gli aviatori erano lo scienziato Jean-François Pilâtre de Rozier, il direttore di produzione Jean-Baptiste Réveillon e Giroud de Villette.
21 novembre: i Montgolfiers lanciano il primo pallone di volo libero con passeggeri umani. Il re Luigi XVI aveva originariamente decretato che i criminali condannati sarebbero stati i primi piloti, ma Jean-François Pilâtre de Rozier, insieme al marchese François d’Arlandes, fece una petizione con successo per l’onore. Andarono alla deriva per 8 km (5.0 mi) in un pallone alimentato da un fuoco di legna. 9 chilometri (5,6 miglia) coperti in 25 minuti,
1 dicembre: Jacques Charles e Nicolas-Louis Robert lanciano un pallone a idrogeno con equipaggio proveniente dal Jardin des Tuileries a Parigi. Salirono ad un’altezza di circa 1800 piedi (550 m) e sbarcarono al tramonto a Nesles-la-Vallée dopo un volo di 2 ore e 5 minuti, percorrendo 22 miglia (35 km). Dopo che Robert si è fermato, Charles ha deciso di salire da solo. Questa volta è salito rapidamente fino a un’altitudine di circa 3.000 metri, dove ha visto di nuovo il sole, ma ha anche sofferto molto dolore alle orecchie.
I progetti di Montgolfier avevano diversi difetti, non ultima la necessità di tempo secco e la tendenza a scintille dal fuoco per far luce sul pallone di carta. Il design con equipaggio aveva una galleria attorno alla base del pallone piuttosto che il cesto appeso del primo disegno senza equipaggio, che avvicinava la carta al fuoco. Durante il loro volo libero, De Rozier e d’Arlandes hanno preso secchi d’acqua e spugne per spegnere questi fuochi mentre si alzavano. D’altra parte, il design umano di Charles era essenzialmente moderno. Come risultato di questi exploit, la mongolfiera divenne nota come il tipo Montgolfière e il pallone a idrogeno del Charlière.

La successiva mongolfiera di Charles e dei fratelli Robert, La Caroline, fu una Charlière che seguì le proposte di Jean Baptiste Meusnier per un pallone dirigibile allungato, ed era notevole per avere una busta esterna con il gas contenuto in un secondo, interno, ballonet. Il 19 settembre 1784, completò il primo volo di oltre 100 chilometri (62 miglia), tra Parigi e Beuvry, nonostante i dispositivi propulsivi alimentati dall’uomo si rivelassero inutili.

A gennaio dell’anno seguente Jean Pierre Blanchard e John Jeffries attraversarono il Canale della Manica da Dover al Bois de Felmores in una Charlière. Ma un tentativo simile nell’altro senso finì in tragedia. Nel tentativo di fornire sia resistenza che controllabilità, de Rozier ha sviluppato un pallone con sacchi di aria calda e gas idrogeno, un design che è stato presto nominato come Rozière. La sua idea era quella di utilizzare la sezione di idrogeno per il sollevamento costante e di navigare verticalmente riscaldando e permettendo di raffreddare la sezione di aria calda, al fine di catturare il vento più favorevole a qualsiasi altitudine stava soffiando. La busta a palloncino era fatta di pelle dorata. Poco dopo l’inizio del volo, de Rozier è stato visto per sfogare l’idrogeno quando è stato acceso da una scintilla e il pallone è andato in fiamme, uccidendo quelli a bordo. La fonte della scintilla non è nota, ma i suggerimenti includono elettricità statica o braciere per la sezione aria calda.

La mongolfiera divenne rapidamente una grande “rabbia” in Europa alla fine del XVIII secolo, fornendo la prima comprensione dettagliata della relazione tra altitudine e atmosfera. All’inizio del 1900, il mongolfiera era uno sport popolare in Gran Bretagna. Questi palloncini di proprietà privata usavano solitamente il gas di carbone come gas di sollevamento. Questo ha circa la metà della potenza di sollevamento dell’idrogeno, quindi i palloncini dovevano essere più grandi; tuttavia, il gas di carbone era molto più facilmente disponibile, e le opere locali del gas a volte fornivano una formula speciale leggera per gli eventi in mongolfiera.

I palloncini legati sono stati utilizzati durante la guerra civile americana dall’Unione Army Balloon Corps. Nel 1863, il giovane Ferdinand von Zeppelin, che fungeva da osservatore militare con l’Esercito dell’Unione del Potomac, volò per la prima volta come passeggero in mongolfiera in un pallone che era stato in servizio con l’esercito dell’Unione. Più tardi quel secolo, l’esercito britannico avrebbe fatto uso di palloncini di osservazione durante la guerra boera.

Dirigibili o dirigibili
Il lavoro sullo sviluppo di un pallone dirigibile (orientabile), oggi chiamato dirigibile, è continuato sporadicamente per tutto il XIX secolo.

Si ritiene che il primo volo a energia controllata e controllato della storia abbia avuto luogo il 24 settembre 1852 quando Henri Giffard volò per 15 miglia (24 km) in Francia da Parigi a Trappes con il dirigibile Giffard, un dirigibile non rigido pieno di idrogeno ed energia da un motore a vapore da 3 cavalli (2,2 kW) alla guida di un’elica a 3 pale.

Nel 1863, Solomon Andrews pilotò il suo progetto di aeronave, un dirigibile non pilotato e controllabile a Perth Amboy, nel New Jersey. Ha volato un disegno successivo nel 1866 intorno a New York e fino a Oyster Bay, New York. La sua tecnica di volo a vela sotto gravità funziona cambiando l’ascensore per fornire forza propulsiva mentre il dirigibile si alza e si abbassa alternativamente, e quindi non ha bisogno di una motopropulsore.

Un ulteriore progresso fu fatto il 9 agosto 1884, quando il primo volo libero completamente controllabile fu fatto da Charles Renard e Arthur Constantin Krebs in un dirigibile elettrico francese, La France. Il dirigibile lungo 170 piedi (52 m) di 66.000 piedi cubici (1.900 m3) ha percorso 8 km (5,0 mi) in 23 minuti con l’ausilio di un motore elettrico da 8,5 kW (8,5 kW), tornando al punto di partenza. Questo era il primo volo su un circuito chiuso.

Questi aerei non erano pratici. Oltre ad essere generalmente fragili e di breve durata, erano non rigidi o al massimo semi-rigidi. Di conseguenza, era difficile renderli abbastanza grandi da trasportare un carico commerciale.

Il conte Ferdinand von Zeppelin realizzò che una rigida cornice esterna avrebbe consentito un dirigibile molto più grande. Ha fondato la ditta Zeppelin, il cui rigido Luftschiff Zeppelin 1 (LZ 1) è volato per la prima volta dal Bodensee al confine svizzero il 2 luglio 1900. Il volo è durato 18 minuti. Il secondo e il terzo volo, rispettivamente nell’ottobre 1900 e il 24 ottobre 1900, hanno battuto il record di velocità di 6 m / s (13 mph) del dirigibile francese La France di 3 m / s (6,7 mph).

Il brasiliano Alberto Santos-Dumont è diventato famoso progettando, costruendo e dirigendo i dirigibili. Costruì e pilotò il primo dirigibile completamente pratico capace di un volo controllato e di routine. Con il suo dirigibile n. 6 vinse il premio Deutsch de la Meurthe il 19 ottobre 1901 con un volo decollato da Saint-Cloud, arrotondò la Torre Eiffel e tornò al punto di partenza.

Ormai, il dirigibile è stato stabilito come la prima forma praticabile di viaggio aereo.

Più pesante dell’aria: paracadute e aquiloni

Parachutes
Il disegno di Da Vinci per un paracadute a forma di piramide è rimasto inedito per secoli. Il primo disegno pubblicato fu l’homo volans croato di Fausto Veranzio (uomo volante) che apparve nel suo libro Machinae novae (Nuove macchine) nel 1595. Basato sulla vela di una nave, comprendeva un quadrato di materiale teso su una cornice quadrata e trattenuto da corde . Il paracadutista era sospeso con le corde da ciascuno dei quattro angoli.

Louis-Sébastien Lenormand è considerato il primo essere umano a fare una discesa testimone con un paracadute. Il 26 dicembre 1783, saltò dalla torre dell’osservatorio di Montpellier in Francia, di fronte a una folla che comprendeva Joseph Montgolfier, usando un paracadute di 4 piedi (4,3 m) con una struttura di legno rigida.

Tra il 1853 e il 1854, Louis Charles Letur sviluppò un paracadute con paracadute simile ad un ombrello con ali triangolari più piccole e una coda verticale al di sotto. Letur morì dopo che si schiantò nel 1854.

aquiloni
Gli aquiloni sono i più notevoli nella recente storia dell’aviazione, principalmente per le loro capacità di trasporto dell’uomo o di sollevamento dell’uomo, sebbene siano stati importanti anche in altre aree come la meteorologia.

Il francese Gaston Biot sviluppò un aquilone da uomo nel 1868. Più tardi, nel 1880, Biot dimostrò alla Società francese di navigazione aerea un aquilone basato su un cono aperto, simile a una manica a vento ma attaccato a una superficie piana. L’aquilone che trasportava l’uomo fu sviluppato ulteriormente nel 1894 dal capitano Baden Baden-Powell, fratello del signore Baden-Powell, che infilò una catena di aquiloni esagonali su un’unica linea. Uno sviluppo significativo arrivò nel 1893, quando l’australiano Lawrence Hargrave inventò il box aquilone e alcuni esperimenti di trasporto umano furono condotti sia in Australia che negli Stati Uniti. Il 27 dicembre 1905, Neil MacDearmid fu portato in alto a Baddeck, in Nuova Scozia, in Canada da un grande aquilone chiamato Frost King, progettato da Alexander Graham Bell.

I palloncini erano ormai in uso sia per la meteorologia che per l’osservazione militare. I palloncini possono essere utilizzati solo con venti leggeri, mentre gli aquiloni possono essere utilizzati solo con venti più forti. L’americano Samuel Franklin Cody, che lavorava in Inghilterra, si rese conto che i due tipi di imbarcazioni tra loro consentivano il funzionamento in un’ampia gamma di condizioni meteorologiche. Ha sviluppato il design di base di Hargrave, aggiungendo ulteriori superfici di sollevamento per creare potenti sistemi di sollevamento uomo che utilizzano più aquiloni su una singola linea. Cody fece molte dimostrazioni del suo sistema e in seguito vendette quattro dei suoi sistemi di “kite da guerra” alla Royal Navy. I suoi aquiloni trovarono anche uso nel trasportare in volo strumenti meteorologici e fu nominato membro della Royal Meteorological Society. Nel 1905, Sapper Moreton della sezione mongolfiera dell’esercito britannico fu sollevato a 700 m di altezza da un aquilone ad Aldershot sotto la supervisione di Cody. Nel 1906, Cody fu nominato Chief Instructor a Kiting presso la Army School of Ballooning di Aldershot. Presto si unì anche alla neonata Army Balloon Factory di Farnborough e continuò a sviluppare i suoi kite da guerra per l’esercito britannico. A suo tempo, ha sviluppato un “kite aliante” con equipaggio che è stato lanciato su una cavezza come un aquilone e poi rilasciato per planare liberamente. Nel 1907, Cody montò successivamente un motore per aeromobili su un “kite di potenza” senza equipaggio modificato, precursore dei suoi ultimi aerei, e lo fece volare all’interno del Capannone dell’aerostato, lungo un filo sospeso dai pali, davanti al Principe e Principessa del Galles. L’esercito britannico adottò ufficialmente i suoi aquiloni da guerra per le loro compagnie di palloncini nel 1908.