Ранние летательные аппараты

Ранние летательные аппараты начинаются более чем за столетие до первого успешного пилотируемого самолета и самого раннего самолета за тысячи лет до этого.

Примитивные начинания

Легенды
С самых ранних времен были легенды людей, устанавливающих летательные аппараты или облегающие птичьи крылья, застывшие плащи или другие устройства для себя и попытки летать, как правило, спрыгивая с башни. Греческая легенда о Дедале и Икаре является одной из первых, кто спустился к нам. По словам Овидия, Дедал связал перья вместе, чтобы имитировать крылья птицы. Другие древние легенды включают в себя индийский Виманский летный дворец или колесницу, Колесницу Иезекииля, различные истории о волшебных коврах и мифический британский король Бладуд, который вызвал летающие крылья.

Башенные перемычки
В конце концов некоторые пытались построить настоящие летательные аппараты, обычно птичьи крылья, и пытались летать, прыгая с башни, холма или скалы. В течение этого раннего периода физические проблемы поднятия, стабильности и контроля не были поняты, и большинство попыток закончилось серьезной травмой или смертью, когда аппарат не имел эффективного горизонтального хвоста или крылья были просто слишком маленькими.

В I веке н.э. китайский император Ван Манг нанял специалиста-разведчика, связанного с птичьими перьями; он, как утверждается, скользил около 100 метров. В 559 году н.э. Юань Хуанту, как говорят, благополучно приземлился после вынужденного прыжка с башни.

В средневековой Европе самый ранний записанный прыжок башни датируется 852 годом, когда Аббас ибн Фирнас совершил прыжок в Кордове, Испания, по сообщениям, покрывая его тело перьями стервятников и прикрепляя два крыла к его рукам; на десанте он, как говорят, разбился и получил травму спины, которую некоторые критики приписывали отсутствию хвоста. В 1010 году нашей эры английский монах Эйлмер из Малмсбери вылетел из башни аббатства Малмсбери в примитивном планере. Говорят, что Эйльмер пролетел более чем на 200 ярдов (180 м) перед посадкой, сломав обе ноги. Эйлмер позже заметил, что единственной причиной, по которой он не летал дальше, было то, что он забыл дать своей машине хвост. После этого всплеска активности последовало затишье нескольких столетий.

Прыжки возродились в 1496 году, когда Сецио сломал оба оружия в Нюрнберге. В 1507 году Джон Дамиан был привязан к крыльям, покрытым куриными перьями, и прыгнул со стен замка Стирлинга в Шотландии, сломав его бедро, позже обвинив его в том, что он не использовал орлиные перья.

Подобные попытки продолжались до начала 19-го века, причем не более чем частичный успех. Предположение Фрэнсиса Вилггбю, опубликованное в 1676 году, о том, что человеческие ноги были более сопоставимы с крыльями птиц в силе, чем оружие, имели лишь случайное влияние. 15 мая 1793 года испанский изобретатель Диего Марин Агилера вскочил со своего планера из самой высокой части замка Корунья-дель-Конде, достигнув высоты около 5 или 6 м, и скользил примерно на 360 метров. Еще в 1811 году Альбрехт Берблингер построил орнитоптер и прыгнул в Дунай в Ульме.

Ранние змеи
Кайт был изобретен в Китае, возможно, еще в 5 веке до н.э. Мози (также Мо Ди) и Лу Бан (также Гуншу Бан). Эти листовые змеи были построены путем растягивания шелка по расколотому бамбуковому каркасу. Самые ранние известные китайские воздушные змеи были плоскими (не поклонившимися) и часто прямоугольными. Позже, бесхвостые воздушные змеи включили стабилизирующую линию. Проекты часто эмулируют летающих насекомых, птиц и других животных, как реальных, так и мифических. Некоторые из них были оснащены струнами и свистками, чтобы звучать музыкальные звуки во время полета.

В 549 году н.э. в качестве сообщения для спасательной миссии был использован кайт из бумаги. Древние и средневековые китайские источники перечисляют другие виды использования воздушных змеев для измерения расстояний, испытания ветра, подъема людей, сигнализации и связи для военных операций.

После его введения в Индию, кайт далее превратился в истребитель. Традиционно это небольшие, неустойчивые одиночные плоские воздушные змеи, где для контроля используется прямолинейное натяжение, а абразивная линия используется для вырубки других воздушных змеев.

Воздушные змеи также распространялись по всей Полинезии, вплоть до Новой Зеландии. Антропоморфные змеи, сделанные из ткани и дерева, использовались в религиозных церемониях, чтобы посылать молитвы богам.

К 1634 году змеи достигли Запада, с иллюстрацией алмазного змея с хвостом, появляющимся в «Тайнах природы» Бэйт и его искусстве.

Воздушные змеи, несущие человека
Считается, что переносные воздушные змеи широко используются в древнем Китае, как в гражданских, так и в военных целях, а иногда и в качестве наказания.

Рассказы о человеческих кайтах также происходят в Японии после введения кайта из Китая в седьмом веке нашей эры. Говорят, что когда-то был японский закон против человеческих воздушных змеев.

В 1282 году европейский исследователь Марко Поло описал китайские методы, а затем сказал, что они комментируют опасности и жестокость. Чтобы предсказать, должен ли корабль плыть, человек будет привязан к кайту, имеющему прямоугольную сетку и последующий образец полета, используемый для божественного мировоззрения.

Крылья ротора
Использование ротора для вертикального полета существовало с 400 г. до н.э. в виде бамбукового вертолета, древней китайской игрушки. Бамбуковый ковер вращается путем прокатки палки, прикрепленной к ротору. Вращение создает подъем, и игрушка летит, когда ее отпускают. Книга философа Ге Хонга «Баопуци» («Мастер, который обретает простоту»), написанная около 317 года, описывает апокрифическое использование возможного ротора на самолете: «Некоторые из них сделали летающие машины [feiche] с деревом из внутренней части дерева ююба, используя бычьей кожи (ремни), прикрепленной к возвратным лезвиям, чтобы привести машину в движение ».

Подобный «мулинкет» (ротор на гайке) появился в Европе в XIV веке н.э.

Воздушные шары
С древних времен китайцы поняли, что горячий воздух поднимается и применил этот принцип к типу небольшого воздушного шара под названием «Небесный фонарь». Небесный фонарь состоит из бумажного воздушного шара под или только внутри которого помещается небольшая лампа. Небесные фонари традиционно запускаются для удовольствия и во время фестивалей. Согласно Джозефу Нидхэму, такие фонари были известны в Китае с 3-го века до нашей эры. Их военное применение приписывается генералу Чжугэ Ляну, который, как говорят, использовал их, чтобы напугать вражеские войска.

Есть свидетельства того, что китайцы также «решили проблему аэронавигации», используя воздушные шары, за сотни лет до 18 века.

Ренессанс
В конце концов некоторые исследователи начали открывать и определять некоторые основы разработки научных самолетов. Приведенные в действие конструкции были либо по-прежнему управляются человеком, либо использовали металлическую пружину. Англичанин Роджер Бэкон предсказал будущие проекты для воздушного шара, наполненного неуказанным эфиром, и рукотворного орнитоптера в его книге «Мировой битва и картография и природа», 1250.

Леонардо да Винчи
Леонардо да Винчи много лет изучал полет птиц, анализируя его рационально и предвосхищая многие принципы аэродинамики. Он понимал, что «объект предлагает столько же сопротивления воздуху, сколько воздух делает с объектом». Ньютон не опубликовал третий закон движения до 1687 года.

Начиная с последних лет 15-го века он писал и писал много проектов для летательных аппаратов и механизмов, в том числе орнитоптеров, планетарных планеров, винтокрылых и парашютов. Его ранние разработки были управляемыми человеком типами, в том числе орнитоптерами и винтокрылом, однако он пришел к пониманию непрактичности этого, а затем повернулся к контролируемому скольжению полету, а также набросал некоторые конструкции, приводимые в действие весной.

В 1488 году он нарисовал конструкцию дельтаплана, в которой зафиксированы внутренние части крыльев, а некоторые концы управления направлены к кончикам (как в полете по спуску птиц). Хотя его рисунки существуют и считаются полетными в принципе, он сам никогда не летал в нем. Модель, которую он построил для испытательного полета в 1496 году, не летала, а некоторые другие конструкции, такие как вертолет с винтовым креплением с четырьмя лицами, имеют серьезные недостатки. Он рисовал и писал о дизайне орнитоптера в c. 1490.

Работа Да Винчи оставалась неизвестной до 1797 года и поэтому не влияла на развитие событий в течение следующих трехсот лет. Его проекты не основывались на особенно хорошей науке.

Легче воздуха

Надувные шарики
Современная эра лёгкого полета началась в начале XVII века с экспериментов Галилея, в которых он показал, что воздух имеет вес. Около 1650 года Сирано де Бержерак написал несколько фантастических романов, в которых он описал принцип восхождения, используя вещество (росу), которое он должен был быть легче воздуха, и спустился, выпустив контролируемое количество вещества. Франческо Лана де Терзи измерил давление воздуха на уровне моря и в 1670 году предложил первую научно надежную подъемную среду в виде полых металлических сфер, из которых весь воздух был откачан. Они были бы легче, чем перемещенный воздух, и могли бы поднимать дирижабль. Его предлагаемые методы контроля высоты все еще используются сегодня; путем переноса балласта, который может быть сброшен за борт, чтобы получить высоту, и путем вентиляции подъемных контейнеров, чтобы потерять высоту. На практике сферы Тер-дзи рухнули бы под давлением воздуха, и дальнейшие разработки должны были ждать более практичных подъемных газов.

Первый зарегистрированный полет на воздушном шаре в Европе был образцом бразильского священника Бартоломеу де Гужмау. 8 августа 1709 года в Лиссабоне он сделал небольшой воздушный шар с бумагой с горящим под ним огнем, подняв его около 4 метров (13 футов) перед королем Джоном V и португальским судом.

В середине 18-го века братья Монгольфье начали экспериментировать с парашютами и воздушными шарами во Франции. Их воздушные шары были сделаны из бумаги, а ранние эксперименты с использованием пара в качестве подъемного газа были непродолжительными из-за его влияния на бумагу при ее конденсации. Незначительный дым для своего рода пара, они начали заполнять свои воздушные шары горячим дымным воздухом, который они называли «электрическим дымом». Несмотря на то, что они не полностью понимали принципы работы, они сделали несколько успешных запусков, а в декабре 1782 года пролетели воздушный шар длиной 20 м3 (710 куб. Футов) на высоту 300 м (980 футов). Французская Академия наук вскоре пригласила их в Париж для демонстрации.

Между тем открытие водорода привело к тому, что Джозеф Блэк предложил использовать его в качестве подъемного газа примерно в 1780 году, хотя практическая демонстрация ожидала газонепроницаемого материала. Узнав о приглашениях братьев Монгольфье, член Французской академии Жак Чарльз предложил аналогичную демонстрацию водородного баллона, и это было принято. Чарльз и два мастера, братья Роберт, разработали газонепроницаемый материал из прорезиненного шелка и приступили к работе.

1783 год был годом водораздела для воздушных шаров. В период с 4 июня по 1 декабря пять отдельных французских воздушных шаров достигли важных авиационных целей:

4 июня: беспилотный воздушный шар братьев Монтгольфье поднял овец, утку и курицу в корзине, висящей под Аннонаем.
27 августа: Профессор Жак Чарльз и братья Роберт вылетели беспилотный водородный баллон. Газообразный водород генерировался химической реакцией в процессе наполнения.
19 октября: Montgolfiers запустили первый пилотируемый полет, привязанный шар с людьми на борту, в Folie Titon в Париже. Авиаторами были ученый Жан-Франсуа Пилат де Розьер, менеджер по производству Жан-Батист Ревейон и Жиру де Виллет.
21 ноября: Монгольфельс запустил первый бесплатный воздушный шар с пассажирами человека. Король Людовик XVI изначально постановил, что осужденные преступники станут первыми пилотами, но Жан-Франсуа Пилат де Розьер вместе с маркизом Франсуа д’Арландесом успешно подал прошение о чести. Они дрейфовали 8 км (5,5 миль) в воздушном шаре, приводимом в действие дровяным огнем. 9 километров (5,6 мили), покрытых за 25 минут,
1 декабря: Жак Чарльз и Николя-Луи Роберт запустили пилотируемый водородный шар от Jardin des Tuileries в Париже. Они поднялись на высоту около 1800 футов (550 м) и приземлились на закате в Неслес-ла-Валле после полета 2 часа и 5 минут, охватывая 22 мили (35 км). После выхода Роберта Чарльз решил подняться в одиночестве. На этот раз он быстро поднялся на высоту около 3000 метров (9 800 футов), где снова увидел солнце, но также страдал от боли в ушах.
У конструкций Монгольфтье было несколько недостатков, не в последнюю очередь необходимость сухой погоды и склонность к искрам от огня, чтобы установить свет на бумажный баллон. У пилотируемого проекта была галерея вокруг основания воздушного шара, а не висячая корзина первого беспилотного проекта, который приблизил бумагу ближе к огню. В своем свободном полете Де Розье и д’Арландс взяли ведра с водой и губкой, чтобы высушить эти огни, когда они возникли. С другой стороны, пилотируемый дизайн Чарльза был по существу современным. В результате этих подвигов воздушный шар стал известен как тип Монгольфир и водородный шар Charlière.

Шарлем Чарльза и Роберта Брауна, Ла Каролины, был Чарлиер, который следовал за предложениями Джин Батист Мейнье для удлиненного дирижабля и был примечателен тем, что имел внешний конверт с газом, содержащимся во втором внутреннем баллонте. 19 сентября 1784 года он совершил первый полет над 100 километрами (62 мили) между Парижем и Бьювиром, несмотря на то, что двигательные двигатели с механическим приводом оказались бесполезными.

В январе следующего года Жан-Пьер Бланшар и Джон Джеффрис пересекли Ла-Манш из Довера в Буль-де-Фелморес в Шарлье. Но подобная попытка по-другому закончилась трагедией. В попытке обеспечить как выносливость, так и управляемость, де Рожье разработал воздушный шар с газом для горячего воздуха и водорода, который вскоре получил название в качестве Rozière. Его идея состояла в том, чтобы использовать водородную секцию для постоянного подъема и перемещаться по вертикали, нагревая и позволяя охлаждать секцию горячего воздуха, чтобы поймать наиболее благоприятный ветер на любой высоте, которую он дул. Конверт с воздушным шариком был сделан из кожи золотых трусов. Вскоре после того, как начался полет, де Рожер, как было замечено, выбрасывал водород, когда его зажигали искры, и воздушный шар поднимался в огне, убивая их на борту. Источник искры неизвестен, но предложения включают статическое электричество или жаровню для секции горячего воздуха.

Воздушный шар быстро стал крупной «яростью» в Европе в конце 18 века, обеспечив первое подробное понимание взаимосвязи между высотой и атмосферой. К началу 1900-х годов воздушный шар был популярным видом спорта в Великобритании. Эти частные воздушные шары обычно используют угольный газ в качестве поднимающего газа. Это имеет примерно половину грузоподъемности водорода, поэтому воздушные шары должны быть больше; тем не менее, угольный газ был гораздо более доступным, и местный газ работал иногда, предоставляя специальную легкую формулу для воздушных шаров.

Привязанные воздушные шары использовались во время Гражданской войны в США Корпусом воздушных шаров Союза. В 1863 году молодой Фердинанд фон Цеппелин, который выступал в качестве военного наблюдателя с армией Союза Потомака, сначала летал в качестве воздушного шара на воздушном шаре, который служил в армии Союза. Позже, в этом столетии, британская армия будет использовать наблюдательные воздушные шары во время Бурской войны.

Дирижабли или дирижабли
Работа над разработкой дирижабля (управляемого) воздушного шара, ныне называемого дирижаблем, продолжалась спорадически на протяжении всего XIX века.

Считается, что первый устойчивый, управляемый полет в истории был проведен 24 сентября 1852 года, когда Анри Гиффард пролетел на расстоянии 15 миль (24 км) во Франции от Парижа до Траппа с дирижаблем Giffard, нежестким дирижаблем, заполненным водородом и паровым двигателем мощностью 3 л.с. (2,2 кВт), управляющим 3-мя лопастями.

В 1863 году Соломон Эндрюс вылетел за его дизайн aereon, без питания, контролируемый дирижабль в Перт Амбой, штат Нью-Джерси. Он пролетел позже в 1866 году вокруг Нью-Йорка и до Ойстер-Бей, Нью-Йорк. Его техника скольжения под действием силы тяжести работает, меняя лифт, чтобы обеспечить пропульсивную силу, когда воздушный корабль поочередно поднимается и опускается, и поэтому ему не нужна силовая установка.

Еще один шаг был сделан 9 августа 1884 года, когда первый полностью контролируемый свободный полет был сделан Чарльзом Ренардом и Артуром Константином Кребсом на электрическом дирижабле французской армии в Ла-Франс. 170-футовый (52 м) длинный, 66 000 кубических футов (1,900 м3) дирижабль покрыл 8 км (5,0 мили) за 23 минуты с помощью электродвигателя мощностью 8,5 л.с. (6,3 кВт), возвращаясь к исходной точке. Это был первый полет над замкнутым контуром.

Эти самолеты не были практичными. Помимо того, что они были в целом хрупкими и недолговечными, они были нежесткими или в лучшем случае полужесткими. Следовательно, было трудно сделать их достаточно большими, чтобы нести коммерческую нагрузку.

Граф Фердинанд фон Цеппелин понял, что жесткая внешняя рама позволит значительно увеличить дирижабль. Он основал фирму Zeppelin, чей жесткий Luftschiff Zeppelin 1 (LZ 1) впервые вылетел из Бодензее на швейцарской границе 2 июля 1900 года. Полет продолжался 18 минут. Второй и третий полеты, в октябре 1900 года и 24 октября 1900 года, соответствовали скорости 6 м / с (13 миль в час) скорости французского дирижабля Ла Франс на 3 м / с (6,7 миль / ч).

Бразильский Альберто Сантос-Дюмон прославился проектированием, строительством и летающими дирижаблями. Он построил и пролетел первый полностью практичный дирижабль, способный рутинно управляемый полет. С его дирижаблем No.6 он выиграл приз Deutsch de la Meurthe 19 октября 1901 года с полетом, который взлетел с Сен-Клу, округлил Эйфелеву башню и вернулся к исходной точке.

К настоящему времени дирижабль был создан в качестве первой практически возможной формы авиаперевозок.

Тяжелее воздуха: парашюты и воздушные змеи

Парашюты
Дизайн Da Vinci для пирамидного парашюта оставался неопубликованным на протяжении веков. Первым опубликованным проектом был хорватский фавон Веранцио (летучий человек), который появился в его книге «Новые машины» в 1595 году. Основанный на парусном корабле, он состоял из квадрата материала, растянутого поперек квадратного каркаса и удерживаемого веревками , Парашютист был подвешен канатами из каждого из четырех углов.

Луис-Себастьен Ленорманд считается первым человеком, с которым можно увидеть свидетеля с парашютом. 26 декабря 1783 года он прыгнул с башни обсерватории Монпелье во Франции, перед толпой, в которую входил Джозеф Монгольфье, используя 14-футовый (4,3 м) парашют с жесткой деревянной рамой.

Между 1853 и 1854 годами Луи Чарльз Летур разработал парашютный планер, содержащий зонтичный парашют с меньшими треугольными крыльями и вертикальным хвостом внизу. Летур умер после того, как он разбился в 1854 году.

Воздушные змеи
Воздушные змеи наиболее заметны в новейшей истории авиации, прежде всего, для их несущих или поднятых человеком возможностей, хотя они также были важны в других областях, таких как метеорология.

В 1868 году француз Гастон Биот разработал кайт-подъемник для мужчин. Позже, в 1880 году, Биот продемонстрировал Французскому обществу аэронавигации кайт, основанный на открытом конусе, похожий на ветряк, но прикрепленный к плоской поверхности. В 1894 году капитан Баден Баден-Пауэлл, брат лорда Бадена-Пауэлла, нанял цепочку гексагональных воздушных змеев на одной линии. Значительное развитие произошло в 1893 году, когда австралийский Лоуренс Харгрейв изобрел коробчатый змей, а некоторые переносные эксперименты проводились как в Австралии, так и в Соединенных Штатах. 27 декабря 1905 года Нейл Макдермид был перенесен в Баддек, Новая Шотландия, Канада большим коробочным королем, названным Королем Мороза, спроектированным Александром Грэмом Белл.

Воздушные шары к тому времени использовались как для метеорологии, так и для военных наблюдений. Воздушные шары могут использоваться только при легком ветре, в то время как воздушные змеи могут использоваться только при сильных ветрах. Американский Сэмюэл Франклин Коди, работающий в Англии, понял, что два типа кораблей между ними позволили работать в широком диапазоне погодных условий. Он разработал базовую конструкцию Харгрейва, добавив дополнительные подъемные поверхности для создания мощных подъемно-транспортных систем с использованием нескольких воздушных змеев на одной линии. Коди сделал много демонстраций своей системы и позже продал четыре из своих систем «военного кайта» Королевскому флоту. Его воздушные змеи также нашли применение при переноске метеорологических приборов в воздухе, и он стал одним из членов Королевского метеорологического общества. В 1905 году Сапер Моретон из воздушной шары британской армии был поднят на высоте 2600 футов (790 м) кайтом в Альдершоте под наблюдением Коди. В 1906 году Коди был назначен главным инструктором в кайтинге в Армейской школе воздушных шаров в Олдершоте. Вскоре он также присоединился к недавно созданному армейскому воздушному шару в Фарнборо и продолжил разработку своих военных воздушных змеев для британской армии. В свое время он разработал пилотируемый «планер-змей», который был запущен на тросе, как воздушный змей, а затем выпущен, чтобы свободно скользить. В 1907 году Коди поставил авиационный двигатель на модифицированный беспилотный «энергетический кайт», предшественник его более поздних самолетов, и пролетел его в воздушном шаре вдоль проволоки, подвешенной к полюсам, перед принцем и принцессой Уэльской. Британская армия официально приняла свои военные змеи для своих воздушных шаров в 1908 году.