Primi macchine volanti pratiche

Le prime macchine volanti comprendono tutte le forme di aeromobili studiati o costruiti prima dello sviluppo dell’aereo moderno. Una volta alimentato, il volo controllato era stato raggiunto, i progressi erano ancora necessari per creare una macchina volante pratica per uso generale. Questo periodo che porta alla prima guerra mondiale è talvolta chiamato l’era pioniera dell’aviazione.

I fratelli Wright
I Wright hanno risolto sia i problemi di controllo che quelli di potenza che hanno affrontato i pionieri aeronautici. Hanno inventato il controllo del rollio usando warping ala e rullo combinato con controllo di imbardata simultaneo utilizzando un timone posteriore sterzante. Sebbene l’orditura delle ali come mezzo di controllo del rollio sia stata utilizzata solo brevemente durante la prima storia dell’aviazione, l’innovazione nel combinare il controllo di rollio e imbardata è stato un progresso fondamentale nel controllo del volo. Per il controllo dell’intonazione, i Wright usavano un elevatore a prua (canard), un altro elemento di design che in seguito divenne obsoleto.

I Wright hanno effettuato test rigorosi in galleria del vento di profili aerodinamici e prove di volo di vele a grandezza naturale. Non solo hanno costruito un aereo a motore funzionante, il Wright Flyer, ma hanno anche notevolmente migliorato la scienza dell’ingegneria aeronautica.

Si sono concentrati sulla controllabilità di un aeromobile non alimentato prima di tentare di pilotare un progetto alimentato. Dal 1900 al 1902, costruirono e volarono una serie di tre alianti. I primi due erano molto meno efficienti di quanto non si aspettassero i Wright, basati su esperimenti e scritti dei loro predecessori del XIX secolo. Il loro aliante del 1900 aveva solo circa la metà dell’ascensore che avevano previsto, e l’aliante del 1901 si comportò ancora più male, finché le modifiche improvvise lo resero utile.

Alla ricerca di risposte, i Wright hanno costruito la propria galleria del vento e l’hanno dotata di un sofisticato dispositivo di misurazione per calcolare il sollevamento e la resistenza di 200 diversi modelli di ali di dimensioni del modello che hanno creato. Di conseguenza, i Wright hanno corretto gli errori precedenti nei calcoli di portanza e resistenza e hanno utilizzato questa conoscenza per costruire il loro aliante del 1902, il terzo della serie. Divenne la prima macchina volante più pesante con equipaggio che era meccanicamente controllabile su tutti e tre gli assi: beccheggio, rollio e imbardata. Il suo design pionieristico comprendeva anche ali con un allungamento più alto rispetto alle vele precedenti. I fratelli hanno volato con successo l’aliante del 1902 centinaia di volte, e ha funzionato molto meglio delle loro precedenti due versioni.

Per ottenere una potenza adeguata per il loro Flyer motorizzato, Wright progettò e costruì un motore a combustione interna a bassa potenza. Usando i loro dati della galleria del vento, hanno progettato e scolpito eliche in legno che erano più efficienti di qualsiasi altro, consentendo loro di ottenere prestazioni adeguate dalla loro bassa potenza del motore. Il design del Flyer è stato anche influenzato dal desiderio dei Wright di insegnare a volare senza rischi irragionevoli per la vita e gli arti, e di rendere gli incidenti sopravvissuti. La potenza del motore limitata ha portato a basse velocità di volo e la necessità di decollare in un vento contrario.

Secondo la Smithsonian Institution e la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), i Wrights hanno realizzato il primo volo con equipaggio più pesante, sostenuto, a Kill Devil Hills, nella Carolina del Nord, a 4 miglia (6,4 km) a sud di Kitty Hawk, North Carolina il 17 dicembre 1903. Il primo volo di Orville Wright, di 120 piedi (37 m) in 12 secondi, fu registrato in una famosa fotografia. Nel quarto volo dello stesso giorno, Wilbur Wright ha volato 852 piedi (260 m) in 59 secondi. L’analisi moderna del professor Fred E. C. Culick e Henry R. Rex (1985) ha dimostrato che il Wright Flyer del 1903 era così instabile da essere quasi ingestibile da chiunque tranne i Wright, che si erano addestrati nell’aliante del 1902.

I Wright continuarono a sviluppare le loro macchine volanti e volarono a Huffman Prairie vicino a Dayton, Ohio, nel 1904-05. Dopo un incidente nel 1905, hanno ricostruito il Flyer III e apportato importanti modifiche al design. Hanno quasi raddoppiato le dimensioni dell’ascensore e del timone e li hanno spostati di circa il doppio rispetto alle ali. Aggiunsero due pale verticali fisse (chiamate “paraocchi”) tra gli ascensori e diedero alle ali un leggerissimo diedro. Scollegarono il timone dal controllo della deformazione alare e, come in tutti gli aerei futuri, lo mise su una maniglia di comando separata. Il Flyer III divenne il primo aereo pratico (sebbene senza ruote e con un dispositivo di lancio), volando costantemente sotto il pieno controllo e riportando il pilota al punto di partenza in sicurezza e atterrando senza danni. Il 5 ottobre 1905 Wilbur volò per 24 miglia (39 km) in 39 minuti e 23 secondi “.

Alla fine i Wright abbandonarono del tutto il foreplane, con il modello B del 1910 che aveva invece un piano di coda nel modo in cui stava diventando convenzionale.

Secondo il numero di aprile 1907 della rivista Scientific American, i fratelli Wright sembravano avere la conoscenza più avanzata della navigazione più pesante dell’aria al momento. Tuttavia, lo stesso numero della rivista affermava anche che nessun volo pubblico era stato effettuato negli Stati Uniti prima della sua emissione dell’aprile 1907. Quindi, hanno ideato il Scientific American Aeronautic Trophy per incoraggiare lo sviluppo di una macchina volante più pesante dell’aria.

Il primo aereo pratico
Una volta alimentato, il volo controllato era stato raggiunto, i progressi erano ancora necessari per creare una macchina volante pratica per uso generale. Questo periodo che porta alla prima guerra mondiale è talvolta chiamato l’era pioniera dell’aviazione.

Potenza affidabile
La storia del volo a propulsione precoce è molto la storia della costruzione iniziale del motore. I Wright hanno progettato i propri motori. Hanno usato un solo motore di volo, un quattro cilindri in linea da 12 cavalli (8,9 kW) raffreddato ad acqua con cinque cuscinetti principali e iniezione di carburante. Il motore di Whitehead era alimentato da due motori del suo progetto: un motore di terra da 10 cavalli (7,5 kW) che guidava le ruote anteriori nel tentativo di raggiungere la velocità di decollo e un motore in acetilene da 20 CV (15 kW) che alimentava le eliche. Whitehead era un esperto macchinista, e si dice che abbia raccolto fondi per il suo aereo producendo e vendendo motori ad altri aviatori. La maggior parte dei primi motori non erano né potenti né abbastanza affidabili per l’uso pratico, e lo sviluppo di motori migliorati andava di pari passo con il miglioramento delle strutture stesse.

In Europa, l’esempio pionieristico di Antoinette 8V di Léon Levavasseur sul formato del motore V-8, brevettato per la prima volta nel 1902, ha dominato il volo per diversi anni dopo la sua introduzione nel 1906, alimentando molte imbarcazioni notevoli di quell’epoca. Incorporando l’iniezione diretta di carburante, il raffreddamento ad acqua per evaporazione e altre caratteristiche avanzate, ha generato circa 50 CV (37 kW).

Il britannico Green C.4 del 1908 seguì lo schema di Wright di un motore raffreddato ad acqua a quattro cilindri, ma produsse 52 CV (39 kW). Ha alimentato molti aerei pionieri di successo, compresi quelli di A.V. Roe.

Sono stati anche prodotti disegni opposti orizzontalmente. Il quattro cilindri raffreddato ad acqua di Havilland Iris ha raggiunto 45 cavalli (34 kW), ma è stato poco utilizzato, mentre il successo del design Nieuport a due cilindri ha raggiunto 28 CV (21 kW) nel 1910.

Nel 1909 le forme del motore radiale sono diventate importanti. Il motore Anzani a 3 cilindri semi-radiale o ventaglio del 1909 (anch’esso costruito in una vera forma radiale ad angolo di 120 °) ha sviluppato solo 25 cavalli (19 kW) ma era molto più leggero dell’Antoninette, ed è stato scelto da Louis Blériot per il suo volo cross-channel. Più radicale è stata la serie di fratelli radiali rotanti Gnôme dei fratelli Seguin, con protagonista il motore rotativo a sette cilindri raffreddato ad aria di Gnome Omega 50 cavalli (37 kW) nel 1906. In un motore rotativo, l’albero motore è fissato alla cellula e l’intero cofano motore e i cilindri ruotano con l’elica. Sebbene questo tipo fosse stato introdotto nel lontano 1887 da Lawrence Hargrave, i miglioramenti apportati allo Gnome hanno creato un design robusto, relativamente affidabile e leggero che ha rivoluzionato il settore aeronautico e che vedrebbe uno sviluppo continuo nei prossimi dieci anni. Il carburante è stato introdotto in ogni cilindro direttamente dal carter, il che significa che era necessaria solo una valvola di scarico. Il più grande e più potente nove cilindri, 80 cavalli di potenza Le Rhône 9C è stato introdotto nel 1913 ed è stato ampiamente adottato per uso militare.

I tipi Inline e Vee rimasero popolari, con la società tedesca Mercedes che produceva una serie di modelli a sei cilindri raffreddati ad acqua. Nel 1913 introdussero la fortunata serie D.I da 75 kilowatt (101 CV).

Lift ed efficienza
La leggerezza e la forza del biplano sono compensate dall’inefficienza inerente al posizionamento di due ali così vicine tra loro. I progetti di biplano e monoplano si contendevano l’un l’altro, con entrambi ancora in produzione dallo scoppio della guerra nel 1914.

Uno sviluppo notevole, sebbene un fallimento, fu il primo monoplano a sbalzo mai costruito. L’Antoinette Monobloc del 1911 aveva un pozzetto completamente chiuso e un carro già carenato, ma la sua potenza del motore V-8 da 50 cavalli (37 kW) non era sufficiente per volare per più di pochi metri al massimo. Più successo fu il monoplano rinforzato dalla Deperdussin, che vinse la gara inaugurale del 1913 Schneider Trophy pilotata da Maurice Prévost, completando 28 circuiti del percorso di 10 km con una velocità media di 73,63 chilometri all’ora (45,75 mph).

Anche i triplani furono sperimentati, in particolare una serie costruita tra il 1909 e il 1910 dal pioniere britannico A.V. Roe. Facendo uno migliore con quattro ali anche il quadruplano fece rare apparizioni. Il Multiplane, con un gran numero di ali molto sottili, è stato anche sperimentato, con maggior successo da Horatio Phillips. Il suo prototipo finale ha confermato l’inefficienza e le scarse prestazioni dell’idea.

Sono stati anche sperimentati altri approcci radicali alla progettazione delle ali. L’inventore di origine scozzese Alexander Graham Bell ha inventato una forma di ala octahedral cellulare che, come il multiplano, si è rivelata deludentemente inefficiente. Altri artisti poco brillanti includevano l’ala anulare di Edwards, l’anulare di Lee-Richards e diversi numeri di ali uno dopo l’altro in tandem.

Molte di queste prime forme sperimentali erano in linea di principio piuttosto pratiche e da allora sono riapparse.

Stabilità e controllo
I primi lavori si erano concentrati principalmente sul rendere un mestiere abbastanza stabile da volare, ma non riusciva a offrire la piena controllabilità, mentre i Wright avevano sacrificato la stabilità per rendere il loro Flyer completamente controllabile. Un aereo pratico richiede entrambi. Sebbene la stabilità fosse stata raggiunta da diversi progetti, i principi non erano stati completamente compresi e il progresso era irregolare. L’alettone ha lentamente sostituito l’orditura dell’ala per il controllo laterale, anche se a volte i progettisti, come con il Blériot XI, sono tornati brevemente alla deformazione delle ali. Allo stesso modo, le superfici di coda all-flying hanno ceduto il passo a stabilizzatori fissi con superfici di controllo a cerniera collegate. La configurazione del paniere di canard degli Early Wright Flyers è stata soppiantata dai progetti di aerei a elica di trattori.

In Francia, i progressi sono stati relativamente rapidi.
Nel 1906, il brasiliano Alberto Santos-Dumont realizzò voli pubblici in Francia con il suo 14-bis. Un biplano a spillo di canard con un diedro pronunciato dell’ala, aveva un’ala a cella di tipo Hargrave con un assemblaggio “boxkite” montato in avanti che era mobile per fungere sia da ascensore che da timone. In seguito aggiunse le superfici ausiliarie tra le ali come alettoni primitivi per fornire il controllo laterale. Il suo volo è stato il primo realizzato da una macchina più pesante dell’aria che doveva essere verificata dall’Aéro-Club de France, e ha vinto il premio Deutsch-Archdeacon per il primo volo ufficiale di oltre 25 metri (82 piedi). In seguito ha stabilito il primo record mondiale riconosciuto dalla Federazione Aeronautique Internationale volando a 220 metri (720 piedi) in 21,5 secondi.

L’anno successivo Louis Blériot volò sul Blériot VII, un monoplano di trattore con controllo a tre assi completo usando le superfici di coda orizzontali come ascensori e alettoni combinati. Il suo immediato discendente, il Blériot VIII, fu la prima cellula ad assemblare gli elementi riconoscibili del moderno sistema di controllo dei velivoli nell’aprile del 1908. Dove Horatio Phillips e Traian Vuia avevano fallito, Blériot’s fu il primo monoplano pratico da trattore e segnò l’inizio di una tendenza nell’aviazione francese. Nel 1909, aveva sviluppato questa configurazione fino al punto in cui il Blériot XI era in grado di attraversare il Canale della Manica, tra gli altri affinamenti che usavano le superfici di coda solo come ascensori e usando la warping ad ala per il controllo laterale. Un altro progetto apparso nel 1907 fu il biplano Voisin. Questo mancava di qualsiasi disposizione per il controllo laterale, e poteva solo compiere svolte poco profonde usando solo il controllo del timone, ma fu volato con crescente successo durante l’anno da Henri Farman, e il 13 gennaio 1908 vinse il Gran Premio Deutsch de la Meurthe-Archdeacon di 50.000 franchi de l’Aviation per essere stato il primo aviatore a completare un volo a circuito chiuso da 1 km ufficialmente osservato, incluso il decollo e l’atterraggio sotto la potenza del velivolo.

I disegni del pioniere francese Léon Levavasseur sono meglio conosciuti con il nome della compagnia Antoinette da lui fondata. La sua Antonietta IV del 1908 era un monoplano di quella che ora è la configurazione convenzionale, con piano di coda e pinna ciascuna con superfici mobili di controllo e alettoni sulle ali. Gli alettoni non erano sufficientemente efficaci e sui modelli successivi vennero sostituiti da orditi alari.

Alla fine del 1908, i fratelli Voisin vendettero un aereo ordinato da Henri Farman a J. T. C. Moore-Brabazon. Irritato, Farman costruì il suo aereo, adattando il progetto Voisin aggiungendo alettoni. In seguito ad ulteriori modifiche alle superfici della coda e agli alettoni, Farman III divenne l’aereo più popolare venduto tra il 1909 e il 1911 e fu ampiamente imitato. In Gran Bretagna, l’americano Samuel Cody espulse un aereo simile a quello del volantino Wright nel 1908, comprendente un piano di coda e un grande ascensore anteriore. Nel 1910 un modello migliorato equipaggiato con alettoni ad ala chiusa vinse la competizione della Coppa Michelin, mentre il secondo velivolo in stile Farman di Geoffrey de Havilland aveva alettoni sull’ala superiore e divenne la Royal Aircraft Factory F.E.1. Il Bristol Boxkite, una copia di Farman III, è stato prodotto in quantità. Negli Stati Uniti Glenn Curtiss aveva volato prima l’AEA June Bug e poi il suo Golden Flyer, che nel 1910 ottenne il primo atterraggio e decollo del mazzo navale. Nel frattempo, gli stessi Wright avevano anche lottato con il problema di raggiungere sia la stabilità che il controllo, sperimentando ulteriormente con il foreplane prima di aggiungere un secondo piccolo aereo alla coda e poi di rimuovere definitivamente il foreplane. Annunciarono il loro modello B a due posti nel 1910 e lo concessero in licenza per la produzione nel 1911 come il modello Burgess F.

Molti altri layout più radicali sono stati provati, con solo pochi mostrando qualche promessa. Nel Regno Unito, J. W. Dunne ha sviluppato una serie di design di spintori senza taillare che hanno ali battenti con una superficie superiore conica. Il suo biplano D.5 volò nel 1910 e si dimostrò completamente stabile. Dunne evitò deliberatamente il pieno controllo a tre assi, escogitando invece un sistema più facile da usare e che considerava molto più sicuro nella pratica. Il sistema di Dunne non sarebbe stato ampiamente adottato. Il suo design senza coda raggiunse il suo apogeo con la D.8, prodotta sotto licenza in Francia da Nieuport e negli Stati Uniti come Burgess-Dunne, tuttavia fu respinta come un pratico aereo da guerra dall’esercito britannico, in cui Dunne era un ufficiale, perché era troppo stabile e quindi non abbastanza manovrabile in battaglia.

Seaplanes
1901 in Austria, Wilhelm Kress non riesce a decollare nel suo Drachenflieger sottodimensionato, un idrovolante con due pontoni in alluminio e tre ali in tandem.

1910 in Francia, Henri Fabre realizza il primo volo in idrovolante nella sua Hydravion. Era un monoplano con un biplano foreplane e tre corti galleggianti in triciclo.

1912 La prima nave aliscafo al mondo, la francese Foudre della Marina, imbarca il suo primo idrovolante, un Voisin Canard.

Un problema con i primi idrovolanti era la tendenza all’aspirazione tra l’acqua e l’aereo quando la velocità aumentava, tenendo l’aereo abbassato e ostacolando il decollo. Il designer britannico John Cyril Porte ha inventato la tecnica di posizionare un gradino sul fondo dell’aereo per interrompere l’aspirazione, e questo è stato incorporato nel modello Curtiss H.

Uso militare
Nel 1909 gli aeroplani rimasero fragili e di scarsa utilità pratica. La limitata potenza del motore disponibile significava che il carico utile effettivo era estremamente limitato. La tecnologia di base delle strutture e dei materiali delle cellule per l’aria consisteva principalmente di materiali di legno duro o tubi di acciaio, rinforzati con fili d’acciaio e ricoperti di tessuto di lino drogato con un rinforzo e sigillante infiammabile. La necessità di risparmiare peso significava che la maggior parte degli aeromobili era strutturalmente fragile, e non di rado si ruppe in volo, specialmente quando si eseguivano manovre violente, come uscire da un’immersione ripida, che sarebbe richiesta in combattimento.

Tuttavia queste macchine volanti in evoluzione sono state riconosciute come non solo giocattoli, ma armi in divenire. Nel 1909 l’ufficiale di stato italiano Giulio Douhet osservò:

Il cielo sta per diventare un altro campo di battaglia non meno importante dei campi di battaglia sulla terra e sul mare … Per conquistare l’aria, è necessario privare il nemico di tutti i mezzi del volo, colpendolo nell’aria, nelle sue basi operative o nei suoi centri di produzione. Faremo meglio ad abituarci a questa idea e prepararci.

– Giulio Douhet (funzionario italiano dello staff), 1909
Nel 1911 il capitano Bertram Dickson, il primo ufficiale militare britannico a volare e il primo ufficiale militare britannico a svolgere una missione di ricognizione aerea su un velivolo ad ala fissa durante le manovre dell’esercito nel 1910, predisse l’uso militare degli aerei e il conseguente sviluppo ed escalation di combattimento aereo in sottomissione al sottocomitato tecnico britannico per la difesa imperiale.

I missili sono stati lanciati da un aereo per la prima volta quando il tenente dell’esercito statunitense Paul W. Beck ha sganciato sacchi di sabbia simulando bombe su Los Angeles, in California.

Gli aerei furono usati per la prima volta in guerra durante la guerra italo-turca del 1911-1912. Il primo utilizzo operativo avvenne il 23 ottobre 1911, quando il capitano Carlo Piazza fece un volo vicino a Bengasi in un Blériot XI. Il primo bombardamento aereo è seguito poco dopo il 1 ° novembre, quando il sottotenente Giulio Gavotti ha lanciato quattro bombe su due oasi detenute dai turchi. Il primo volo di ricognizione fotografica ebbe luogo nel marzo 1912, anch’esso pilotato dal Capitano Piazza.

Alcuni tipi sviluppati durante questo periodo vedrebbero il servizio militare in, o anche in tutto, la prima guerra mondiale. Tra questi l’Etrich Taube del 1910, Fokker Spin del 1911, Royal Aircraft Factory BE.2, Sopwith Tabloid / Schneider e una varietà di tipi obsolescenti che verrebbe utilizzato per l’addestramento dei piloti. Il Sikorsky Ilya Muromets è stato il primo aereo a quattro motori ad entrare nella produzione e il più grande del suo tempo, il prototipo del primo volo nel 1914 poco prima dello scoppio della guerra. Il tipo continuerà a vedere il servizio in entrambi i ruoli di bombardiere e trasporto.

elicotteri
I primi lavori sul sollevamento del rotore motorizzato sono stati seguiti da investigatori successivi, indipendentemente dallo sviluppo di velivoli ad ala fissa.

Nel 19 ° secolo in Francia fu creata un’associazione per collaborare a progetti di elicotteri, molti dei quali. Nel 1863 Gustave de Ponton d’Amécourt costruì un modello utilizzando i rotori controrotanti stabiliti. Inizialmente alimentato a vapore, non funzionava, ma una versione a orologeria funzionava. Altri disegni, che coprono una grande varietà di forme, comprendevano Pomés e De la Pauze (1871), Pénaud, Achenbach (1874), Dieuaide (1887), Melikoff (1877), Forlanini (1877), Castel (1878) e Dandrieux ( 1878-1879). Di questi, il modello controrotante alimentato a vapore di Forlanini ha volato per 20 secondi, raggiungendo un’altezza di 13 metri (43 piedi), e anche il modello gommato di Dandrieux ha volato.

Il padre di Hiram Maxim concepì un elicottero azionato da due rotori controrotanti, ma non fu in grado di trovare un motore abbastanza potente per costruirlo. Hiram stesso progettò i piani per un elicottero nel 1872 prima di rivolgere la sua attenzione al volo ad ala fissa.

Nel 1907, il francese Breguet-Richet Gyroplane n. 1 decollò in un volo di prova “ancorato”, diventando il primo elicottero con equipaggio a sollevarsi da terra. È aumentato di circa 60 centimetri (24 pollici) e si è librato per un minuto. Tuttavia, il volo si è dimostrato estremamente instabile.

Due mesi dopo a Lisenux, in Francia, Paul Cornu ha fatto il primo volo libero in un velivolo con ala rotante con equipaggio nel suo elicottero Cornu, sollevando fino a 30 centimetri (12 in) e rimanendo in alto per 20 secondi.