Máquinas voadoras adiantadas

As primeiras máquinas voadoras começam mais de um século antes do primeiro avião tripulado bem-sucedido e das primeiras aeronaves, milhares de anos antes.

Começos primitivos

Legendas
Desde os tempos mais antigos, tem havido lendas de homens montando dispositivos voadores ou amarrando asas semelhantes a pássaros, mantos ou outros dispositivos para si mesmos e tentando voar, normalmente saltando de uma torre. A lenda grega de Dédalo e Ícaro é uma das primeiras a chegar até nós. De acordo com Ovídio, Dédalo amarrou as penas para imitar as asas de um pássaro. Outras lendas antigas incluem o palácio voador indiano Vimana, a carruagem de Ezequiel, várias histórias sobre tapetes mágicos e o mítico rei britânico Bladud, que conjurou asas voadoras.

Jumpers de torre
Eventualmente, alguns tentaram construir dispositivos voadores reais, tipicamente asas de pássaros, e tentaram voar pulando de uma torre, colina ou penhasco. Durante este período inicial, questões físicas de sustentação, estabilidade e controle não foram compreendidas, e a maioria das tentativas terminou em ferimentos graves ou morte quando o aparelho não tinha uma cauda horizontal efetiva, ou as asas eram simplesmente muito pequenas.

No século I dC, o imperador chinês Wang Mang recrutou um escuteiro especialista para se comprometer com penas de aves; Dizem que ele planou cerca de 100 metros. Em 559 dC, diz-se que Yuan Huangtou aterrissou com segurança após um salto de torre forçado.

Na Europa medieval, a torre mais antiga registrada data de 852 dC, quando Abbas ibn Firnas deu um salto em Córdoba, na Espanha, cobrindo seu corpo com penas de abutre e prendendo duas asas em seus braços; na aterrissagem, dizem que ele caiu e sofreu uma lesão nas costas, que alguns críticos atribuíram à falta de cauda. Em 1010 dC, o monge inglês Eilmer de Malmesbury voou da torre de Malmesbury Abbey em um planador primitivo. Eilmer teria voado mais de 180 metros antes de aterrissar, quebrando ambas as pernas. Eilmer comentou mais tarde que a única razão pela qual ele não voou ainda mais foi que ele esqueceu de dar uma cauda a sua máquina. Esta explosão de atividade foi seguida por uma calmaria de vários séculos.

O salto ressurgiu em 1496 com Seccio quebrando os dois braços em Nuremberg. Em 1507, John Damian amarrou as asas cobertas com penas de galinha e pulou das paredes do castelo de Stirling, na Escócia, quebrando sua coxa, culpando-a depois por não usar penas de águia.

Tentativas semelhantes continuaram até o início do século 19, com sucesso apenas parcial. A sugestão de Francis Willughby, publicada em 1676, de que as pernas humanas eram mais comparáveis ​​às asas das aves em força do que as armas, teve influência apenas ocasional. Em 15 de maio de 1793, o inventor espanhol Diego Marín Aguilera, saltou com seu planador da parte mais alta do castelo de Coruña del Conde, atingindo uma altura de aproximadamente 5 ou 6 m, e deslizando por aproximadamente 360 ​​metros. Ainda em 1811, Albrecht Berblinger construiu um ornitóptero e pulou no Danúbio em Ulm.

Primeiros papagaios
A pipa foi inventada na China, possivelmente já no século 5 aC por Mozi (também Mo Di) e Lu Ban (também Gongshu Ban). Estes papagaios de folha foram construídos pelo estiramento de seda sobre uma estrutura de bambu dividida. Os primeiros papagaios chineses conhecidos eram planos (não curvados) e freqüentemente retangulares. Mais tarde, os papagaios sem rabo incorporaram uma bolina estabilizadora. Os desenhos frequentemente imitavam insetos voadores, pássaros e outras bestas, tanto reais como míticas. Alguns foram equipados com cordas e assobios para fazer sons musicais durante o vôo.

Em 549 dC, uma pipa de papel foi usada como mensagem para uma missão de resgate. Fontes chinesas antigas e medievais listam outros usos de pipas para medir distâncias, testar o vento, erguer homens, sinalizar e comunicar operações militares.

Após sua introdução na Índia, o papagaio evoluiu para o kite de combate. Tradicionalmente, trata-se de pequenas asas planas de linha única, instáveis, onde apenas a tensão de linha é usada para controle, e uma linha abrasiva é usada para cortar outras asas.

As pipas também se espalharam pela Polinésia, até a Nova Zelândia. Papagaios antropomórficos feitos de tecido e madeira foram usados ​​em cerimônias religiosas para enviar orações aos deuses.

Em 1634, as pipas chegaram ao oeste, com uma ilustração de uma pipa de diamantes com uma cauda aparecendo nos Mistérios de natureza e arte de Bate.

Papagaios de transporte de homem
Acredita-se que os papagaios que transportam homens foram usados ​​extensivamente na China antiga, tanto para fins civis como militares, e às vezes aplicados como punição.

Histórias de papagaios que transportam homens também ocorrem no Japão, após a introdução da pipa da China por volta do século VII dC. Diz-se que houve uma lei japonesa contra papagaios que transportavam homens.

Em 1282, o explorador europeu Marco Polo descreveu as técnicas chinesas então atuais e comentou os perigos e a crueldade envolvidos. Para prever se um navio deveria navegar, um homem seria amarrado a um papagaio com uma estrutura de grade retangular e o padrão de vôo subsequente usado para adivinhar a perspectiva.

Asas do rotor
O uso de um rotor para o vôo vertical existe desde 400 aC na forma do bambu-helicóptero, um antigo brinquedo chinês. O bambu-helicóptero é girado rolando um bastão preso a um rotor. A fiação cria elevação e o brinquedo voa quando liberado. O livro do filósofo Ge Hong, o Baopuzi, escrito em torno de 317, descreve o uso apócrifo de um possível rotor em aeronaves: “Alguns fizeram carros voadores [feiche] com madeira da parte interna da jujuba, usando couro de boi (cintas) preso ao retorno das pás, de modo a colocar a máquina em movimento “.

O semelhante “moulinet à noix” (rotor de uma noz) apareceu na Europa no século 14 dC.

Balões de ar quente
Desde os tempos antigos, os chineses compreenderam que o ar quente se eleva e aplicaram o princípio a um tipo de pequeno balão de ar quente chamado lanterna do céu. Uma lanterna celeste é constituída por um balão de papel embaixo ou dentro do qual é colocada uma pequena lâmpada. As lanternas do céu são tradicionalmente lançadas por prazer e durante festivais. De acordo com Joseph Needham, tais lanternas eram conhecidas na China desde o século III aC. Seu uso militar é atribuído ao general Zhuge Liang, que supostamente os usou para assustar as tropas inimigas.

Há evidências de que os chineses também “resolveram o problema da navegação aérea” usando balões, centenas de anos antes do século XVIII.

O renascimento
Eventualmente, alguns pesquisadores começaram a descobrir e definir alguns dos fundamentos do design de aeronaves científicas. Os projetos energizados ainda eram movidos pelo poder do homem ou usavam uma mola de metal. O inglês Roger Bacon previu projetos futuros para um balão preenchido com um éter não especificado e um ornitóptero movido pelo homem em seu livro De mirabili potestate carto et naturae (Secrets of Art and Nature), 1250.

Leonardo da Vinci
Leonardo da Vinci estudou o vôo das aves por muitos anos, analisando-o racionalmente e antecipando muitos princípios da aerodinâmica. Ele entendeu que “Um objeto oferece tanta resistência ao ar quanto o ar faz ao objeto”. Newton não publicaria a terceira lei do movimento até 1687.

A partir dos últimos anos do século XV, ele escreveu e desenhou muitos projetos de máquinas e mecanismos de vôo, incluindo ornitópteros, planadores de asas fixas, helicópteros e pára-quedas. Seus primeiros projetos eram tipos movidos a mão, incluindo ornitópteros e aeronaves de asas rotativas, no entanto, ele percebeu a impraticabilidade disso e, mais tarde, se voltou para um voo de planagem controlado, também esboçando alguns projetos alimentados por uma mola.

Em 1488, ele desenhou um projeto de planador em que as partes internas das asas são fixas, e algumas superfícies de controle são fornecidas em direção às pontas (como no vôo livre em aves). Embora seus desenhos existam e sejam considerados dignos de voo, em princípio, ele mesmo nunca voou nele. Um modelo que ele construiu para um vôo de teste em 1496 não voou, e alguns outros projetos, como o helicóptero do tipo parafuso de quatro pessoas, apresentam falhas graves. Ele desenhou e escreveu sobre um projeto para um ornitóptero em c. 1490

O trabalho de Da Vinci permaneceu desconhecido até 1797 e, portanto, não teve influência sobre os desenvolvimentos nos próximos trezentos anos. Tampouco seus desenhos se baseavam em uma ciência particularmente boa.

Mais leve que o ar

Balões
A era moderna do voo mais leve que o ar começou no início do século XVII com os experimentos de Galileu, nos quais ele mostrou que o ar tem peso. Por volta de 1650, Cyrano de Bergerac escreveu alguns romances de fantasia nos quais ele descreveu o princípio da subida usando uma substância (orvalho) que ele supostamente era mais leve que o ar, e descendo liberando uma quantidade controlada da substância. Francesco Lana de Terzi mediu a pressão do ar ao nível do mar e em 1670 propôs o primeiro meio de elevação cientificamente confiável na forma de esferas de metal oco das quais todo o ar havia sido bombeado. Estes seriam mais leves que o ar deslocado e capazes de levantar uma aeronave. Seus métodos propostos de controle de altura ainda estão em uso hoje; carregando um lastro que pode ser lançado para o mar para ganhar altura, e exalando os recipientes de levantamento para perder altura. Na prática, as esferas de Terzi teriam desmoronado sob pressão do ar, e novos desenvolvimentos teriam que esperar por gases de elevação mais praticáveis.

O primeiro vôo de balão documentado na Europa foi de um modelo feito pelo padre brasileiro Bartolomeu de Gusmão. No dia 8 de agosto de 1709, em Lisboa, ele fez um pequeno balão de ar quente com um fogo aceso embaixo, levantando-o cerca de 4 metros à frente do rei João V e da corte portuguesa.

Em meados do século XVIII, os irmãos Montgolfier começaram a experimentar pára-quedas e balões na França. Seus balões eram feitos de papel, e os primeiros experimentos usando vapor como gás de elevação duraram pouco devido ao seu efeito no papel enquanto este condensava. Confundindo a fumaça com uma espécie de vapor, começaram a encher os balões com ar quente e esfumaçado, que chamaram de “fumaça elétrica”. Apesar de não entender completamente os princípios em ação, eles fizeram alguns lançamentos bem-sucedidos e, em dezembro de 1782, voaram um balão de 20 m3 (710 pés cúbicos) a uma altura de 300 m (980 pés). A Academia Francesa de Ciências logo os convidou para uma demonstração em Paris.

Enquanto isso, a descoberta do hidrogênio levou Joseph Black a propor seu uso como um gás de elevação em cerca de 1780, embora a demonstração prática aguardasse um material de gás estanque. Ao ouvir o convite dos Irmãos Montgolfier, o membro da Academia Francesa Jacques Charles ofereceu uma demonstração similar de um balão de hidrogênio e isso foi aceito. Charles e dois artesãos, os irmãos Robert, desenvolveram um material estanque de seda emborrachada e começaram a trabalhar.

1783 foi um ano divisor de águas para o balonismo. Entre 4 de junho e 1 de dezembro, cinco balões franceses separados alcançaram importantes inovações na aviação:

4 de junho: O balão de ar quente não tripulado dos irmãos Montgolfier ergueu uma ovelha, um pato e uma galinha num cesto pendurado embaixo em Annonay.
27 de agosto: o professor Jacques Charles e os irmãos Robert usaram um balão de hidrogênio não tripulado. O gás hidrogênio foi gerado por reação química durante o processo de enchimento.
19 de outubro: Os Montgolfiers lançaram o primeiro voo tripulado, um balão amarrado com humanos a bordo, no Folie Titon, em Paris. Os aviadores eram o cientista Jean-François Pilâtre de Rozier, o gerente de manufatura Jean-Baptiste Réveillon e o de Giroud de Villette.
21 de novembro: O Montgolfiers lançou o primeiro balão de voo livre com passageiros humanos. O rei Luís XVI havia decretado originalmente que os criminosos condenados seriam os primeiros pilotos, mas Jean-François Pilâtre de Rozier, juntamente com o marquês François d’Arlandes, solicitaram com sucesso a honra. Eles percorreram 8 km em um balão movido a lenha. 9 km (5.6 mi) cobertos em 25 minutos,
1º de dezembro: Jacques Charles e Nicolas-Louis Robert lançaram um balão de hidrogênio tripulado do Jardin des Tuileries em Paris. Eles ascenderam a uma altura de cerca de 1.800 pés (550 m) e aterrissaram ao pôr do sol em Nesles-la-Vallée depois de um vôo de 2 horas e 5 minutos, cobrindo 22 milhas (35 km). Depois que Robert desceu, Charles decidiu subir sozinho. Desta vez, ele subiu rapidamente a uma altitude de cerca de 3.000 metros, onde viu o sol novamente, mas também sofreu uma dor extrema em seus ouvidos.
Os desenhos Montgolfier tinham várias deficiências, não apenas a necessidade de tempo seco e a tendência de faíscas do fogo para iluminar o balão de papel. O projeto tinha uma galeria ao redor da base do balão, em vez da cesta do primeiro desenho não tripulado, que aproximava o papel do fogo. Em seu voo livre, De Rozier e d’Arlandes levaram baldes de água e esponjas para apagar esses incêndios à medida que surgiam. Por outro lado, o projeto tripulado de Charles era essencialmente moderno. Como resultado dessas façanhas, o balão de ar quente ficou conhecido como o tipo Montgolfière e o balão de hidrogênio Charlière.

O próximo balão de Charles e dos irmãos Robert, La Caroline, era uma Charlière que seguia as propostas de Jean Baptiste Meusnier para um balão dirigível alongado e era notável por ter um envelope externo com o gás contido em um segundo balão interno. Em 19 de setembro de 1784, completou o primeiro vôo de mais de 100 quilômetros (62 milhas), entre Paris e Beuvry, apesar dos dispositivos de propulsão movidos pelo homem serem inúteis.

Em janeiro do ano seguinte, Jean Pierre Blanchard e John Jeffries cruzaram o Canal da Mancha de Dover até o Bois de Felmores em Charlière. Mas uma tentativa similar do outro lado terminou em tragédia. Em uma tentativa de fornecer resistência e controlabilidade, de Rozier desenvolveu um balão com sacos de ar quente e de hidrogênio, um projeto que logo recebeu o nome de Rozière. Sua idéia era usar a seção de hidrogênio para levantar constantemente e navegar verticalmente por aquecimento e permitindo resfriar a seção de ar quente, a fim de capturar o vento mais favorável em qualquer altitude que estivesse soprando. O envelope do balão foi feito de pele goldbeaters. Logo após o início do vôo, de Rozier foi visto a desabafar o hidrogênio quando foi aceso por uma faísca e o balão pegou fogo, matando os que estavam a bordo. A fonte da faísca não é conhecida, mas as sugestões incluem eletricidade estática ou o braseiro para a seção de ar quente.

Balonismo rapidamente se tornou uma grande “fúria” na Europa no final do século 18, proporcionando a primeira compreensão detalhada da relação entre altitude e atmosfera. No início dos anos 1900, o balonismo era um esporte popular na Grã-Bretanha. Esses balões de propriedade privada geralmente usavam gás de carvão como gás de elevação. Isso tem cerca de metade do poder de elevação do hidrogênio, então os balões tinham que ser maiores; no entanto, o gás de carvão estava muito mais disponível, e as obras de gás locais às vezes forneciam uma fórmula leve especial para eventos de balão.

Balões amarrados foram usados ​​durante a Guerra Civil Americana pelo Corpo de Balão do Exército da União. Em 1863, o jovem Ferdinand von Zeppelin, que atuava como observador militar no Exército da União do Potomac, voou pela primeira vez como passageiro de balão em um balão que estivera a serviço do exército da União. Mais tarde naquele século, o exército britânico usaria balões de observação durante a Guerra dos Bôeres.

Dirigíveis ou dirigíveis
O trabalho no desenvolvimento de um balão dirigível (dirigível), hoje chamado de dirigível, continuou esporadicamente ao longo do século XIX.

Acredita-se que o primeiro voo sustentado e controlado da história ocorreu em 24 de setembro de 1852, quando Henri Giffard voou 15 km (24 km) de Paris até Trappes com o dirigível Giffard, um dirigível não rígido cheio de hidrogênio e motorizado. por um motor a vapor de 3 cavalos (2,2 kW) acionando uma hélice de 3 pás.

Em 1863, Solomon Andrews voou seu aereon design, um dirigível controlável, sem energia, em Perth Amboy, New Jersey. Ele voou um projeto posterior em 1866 em torno de Nova York e até Oyster Bay, em Nova York. Sua técnica de deslizar sob a gravidade funciona mudando a sustentação para fornecer força propulsora à medida que a aeronave se ergue e afunda alternadamente e, portanto, não precisa de um motor.

Um avanço adicional foi feito em 9 de agosto de 1884, quando o primeiro vôo livre totalmente controlável foi feito por Charles Renard e Arthur Constantin Krebs em um dirigível elétrico francês do Exército, La France. O dirigível de 170 pés (52 m) de comprimento e 6600 pés cúbicos (1.900 m3) cobriu 8 km (5,0 mi) em 23 minutos com a ajuda de um motor elétrico de 8,5 cv (6,3 kW), retornando ao seu ponto de partida. Este foi o primeiro voo em circuito fechado.

Essas aeronaves não eram práticas. Além de serem geralmente frágeis e de curta duração, eles não eram rígidos ou, na melhor das hipóteses, semi-rígidos. Consequentemente, era difícil torná-los grandes o suficiente para transportar uma carga comercial.

O conde Ferdinand von Zeppelin percebeu que uma estrutura externa rígida permitiria um dirigível muito maior. Ele fundou a firma Zeppelin, cujo rígido Luftschiff Zeppelin 1 (LZ 1) voou pela primeira vez do Bodensee, na fronteira suíça, em 2 de julho de 1900. O vôo durou 18 minutos. O segundo e terceiro vôos, em outubro de 1900 e em 24 de outubro de 1900, respectivamente, bateram o recorde de velocidade de 6 m / s (13 mph) do dirigível francês La France em 3 m / s (6,7 mph).

O brasileiro Alberto Santos-Dumont ficou famoso por projetar, construir e voar dirigíveis. Ele construiu e voou o primeiro dirigível totalmente prático, capaz de voar de rotina e controlado. Com seu dirigível No.6 ganhou o prêmio Deutsch de la Meurthe em 19 de outubro de 1901 com um vôo que decolou de Saint-Cloud, contornou a Torre Eiffel e retornou ao seu ponto de partida.

Até agora, a aeronave foi estabelecida como a primeira forma praticável de viagens aéreas.

Mais pesado que o ar: pára-quedas e papagaios

Pára-quedas
O projeto de Da Vinci para um pára-quedas em forma de pirâmide permaneceu inédito por séculos. O primeiro desenho publicado foi o homo volans do croata Fausto Veranzio (homem voador) que apareceu em seu livro Machinae novae (Novas máquinas) em 1595. Baseado na vela de um navio, ele consistia em um quadrado de material esticado sobre uma moldura quadrada e retido por cordas. . O pára-quedista foi suspenso por cordas de cada um dos quatro cantos.

Louis-Sébastien Lenormand é considerado o primeiro humano a fazer uma descida testemunhada com um pára-quedas. Em 26 de dezembro de 1783, ele pulou da torre do observatório de Montpellier, na França, em frente a uma multidão que incluía Joseph Montgolfier, usando um pára-quedas de 14 pés (4,3 m) com uma estrutura de madeira rígida.

Entre 1853 e 1854, Louis Charles Letur desenvolveu um pára-quedista com um pára-quedas tipo guarda-chuva com asas triangulares menores e cauda vertical por baixo. Letur morreu depois que caiu em 1854.

Pipas
As pipas são mais notáveis ​​na história recente da aviação, principalmente por sua capacidade de transportar homens ou levantar homens, embora também tenham sido importantes em outras áreas, como a meteorologia.

O francês Gaston Biot desenvolveu uma asa de levantamento de homem em 1868. Mais tarde, em 1880, Biot demonstrou à Sociedade Francesa de Navegação Aérea uma pipa baseada em um cone aberto, semelhante a uma biruta, mas ligada a uma superfície plana. A pipa carregadora de homens foi desenvolvida em 1894 pelo capitão Baden Baden-Powell, irmão de Lord Baden-Powell, que amarrava uma cadeia de pipas hexagonais em uma única linha. Um desenvolvimento significativo veio em 1893, quando o australiano Lawrence Hargrave inventou a pipa e alguns experimentos com homens foram realizados na Austrália e nos Estados Unidos. Em 27 de dezembro de 1905, Neil MacDearmid foi carregado em Baddeck, Nova Escócia, Canadá por uma grande pipa chamada Frost King, projetada por Alexander Graham Bell.

Os balões já estavam em uso para a observação de meteorologia e militar. Os balões só podem ser usados ​​em ventos fracos, enquanto os papagaios só podem ser usados ​​em ventos mais fortes. O americano Samuel Franklin Cody, trabalhando na Inglaterra, percebeu que os dois tipos de embarcações entre eles permitiam a operação em uma ampla gama de condições climáticas. Ele desenvolveu o design básico do Hargrave, adicionando superfícies de levantamento adicionais para criar sistemas poderosos de levantamento de pessoas usando várias pipas em uma única linha. Cody fez muitas demonstrações de seu sistema e depois vendeu quatro de seus sistemas de “pipas de guerra” para a Marinha Real Britânica. Seus papagaios também foram usados ​​no transporte de instrumentos meteorológicos e ele se tornou membro da Royal Meteorological Society. Em 1905, Sapper Moreton, da seção de balão do Exército Britânico, foi içado a 790 m por uma pipa em Aldershot sob a supervisão de Cody. Em 1906, Cody foi nomeado Instrutor Chefe em Kiting na Escola de Balonismo do Exército em Aldershot. Ele também se juntou à recém-criada Fábrica de Balonetes do Exército em Farnborough e continuou desenvolvendo suas pipas de guerra para o exército britânico. Em seu próprio tempo, ele desenvolveu uma “asa-delta” tripulada que foi lançada em uma corda como uma pipa e depois liberada para deslizar livremente. Em 1907, Cody montou um motor de aeronave em um “pipa de poder” modificado e não tripulado, o precursor de seus últimos aviões, e voou dentro do Balão, ao longo de um fio suspenso de postes, diante do Príncipe e Princesa de Gales. O Exército Britânico adotou oficialmente seus papagaios de guerra para suas Companhias de Balão em 1908.