Generarea și aplicarea puterii: problema propulsiei
La începutul secolului al XIX-lea, zborul susținut cu motor mai greu decât aerul a rămas o imposibilitate din cauza lipsei de centrale electrice adecvate. Nivelul tehnologiei care ar permite chiar un zbor cu motor limitat va fi stabilit peste un secol în viitor. Mecanismele de ceasornicar și alte tipuri de sisteme cu arcuri au fost în mod clar improprii pentru zborul uman. În timp ce energia electrică a alimentat mai multe nave aeronave în ultimul sfert de secol, raportul slab dintre puterea și greutatea acestor sisteme a îngreunat imaginea unui avion propulsat electric.
Pe parcursul secolului s-a discutat despre potențialul aeronautic al sistemelor de propulsie, de la motoare cu aer cald, până la praf de pușcă până la aer comprimat și chiar până la centrale electrice cu acid carbonic. Australianul Lawrence Hargrave, în special, a experimentat sisteme de propulsie cu gaze comprimate. Cu toate acestea, motoarele cu abur și cu combustie internă au apărut rapid ca alegerea celor mai serioși experimentatori. Încă din 1829, FD Artingstall a construit un ornitoptor pe bază de aburi pe scară completă, a cărui aripă a fost spartă în funcționare chiar înainte de explozia cazanului. Un motor cu aburi ușor dezvoltat de pionierul englez Frederick Stringfellow în 1868 pentru a alimenta un avion cu model triplan supraviețuiește în colecția Instituției Smithsonian, Washington, DC
Rusul Alexandr Mozhaysky (1884), englezul Hiram Maxim (1894) și francezul Clément Ader (1890; vezi Ader Éole și Ader Avion) au sărit fiecare cu mașini cu aburi pe scară largă de pe sol pentru distanțe scurte, deși niciuna dintre aceste ambarcațiuni nu era capabil de zbor susținut sau controlat. În Statele Unite, Samuel Pierpont Langley a realizat primele zboruri susținute în 1896, când a lansat două dintre aeronavele sale relativ mari cu motor cu aburi (vezi aerodromul nr. 5 al Langley) pe călătorii aeriene de până la trei sferturi de milă (1,2 km) peste râul Potomac.
Pe măsură ce s-a apropiat sfârșitul secolului al XIX-lea, motorul cu ardere internă a apărut ca o centrală aeronautică și mai promițătoare. Procesul începuse în 1860, când Étienne Lenoir din Belgia a construit primul motor cu combustie internă, alimentat cu gaz de iluminare. În Germania, Nikolaus A. Otto a făcut următorul pas în 1876, producând un motor în patru timpi care arde combustibil lichid. Inginerul german Gottlieb Daimler a fost pionier în dezvoltarea motoarelor ușoare de mare viteză pe benzină, dintre care unul a montat pe o bicicletă în 1885. Inginerul german Karl Benz a produs primul automobil adevărat în anul următor, un tricic robust cu scaune pentru operator și pasager.. În 1888, Daimler l-a convins pe Karl Woelfert, un ministru luteran care tânjea să zboare, să echipeze o aeronavă experimentală cu un motor pe benzină cu un singur cilindru care dezvolta toate cele opt cai putere. Testul inițial a avut un succes marginal, deși sistemul de aprindere cu flacără deschisă prezenta un pericol evident pentru o aeronavă plină cu hidrogen. De fapt, Woelfert a pierit atunci când un motor cu ardere internă a pus în sfârșit o aeronavă mult mai mare în 1897.
La începutul carierei lor în domeniul aeronauticii, frații Wright au recunoscut că pasionații de automobile produceau motoare din ce în ce mai ușoare și mai puternice cu combustie internă. Frații au presupus că dacă experimentele lor de alunecare ar progresa până la punctul în care au nevoie de o centrală electrică, nu ar fi dificil să cumpărați sau să construiți un motor pe benzină pentru aeronava lor.
Erau în esență corecte. După ce au zburat cu planul de succes din 1902, frații Wright au fost încrezători că aripile lor vor ridica greutatea unei mașini care zboară cu putere și că vor putea controla o astfel de ambarcațiune în aer. Mai mult, trei ani de experiență în planuri și informațiile adunate cu tunelul lor vânt, le-au permis să calculeze cantitatea precisă de putere necesară pentru zborul susținut. Frații care nu pot interesa un producător cu experiență în producerea unui motor care îndeplinește specificațiile lor relativ reduse din punct de vedere al puterii pentru greutate, frații au proiectat și construit propria centrală electrică.
Charles Taylor, un mașinist pe care frații l-au angajat în magazinul lor de biciclete, a produs un motor cu patru cilindri cu un bloc din aluminiu turnat care produce aproximativ 12,5 cai putere la o greutate totală de aproximativ 200 de kilograme (90 kg), inclusiv combustibil și lichid de răcire. Nu a fost în niciun caz cea mai avansată sau eficientă centrală aeronautică din lume. Langley, care construia, de asemenea, o mașină de zbor cu motor complet, a cheltuit mii de dolari pentru a produce un motor radial cu cinci cilindri, cu o greutate totală egală cu cea a motorului Wright, dar dezvoltând 52,4 cai putere. Langley a produs un motor cu mult superior celui al fraților Wright - și un avion, aerodromul nr. 6, care nu a reușit să zboare când a fost testat în 1903. Pe de altă parte, frații Wright au dezvoltat un motor care producea exact puterea necesară. să-și propulseze pliantul din 1903 - primul avion din lume care să demonstreze zborul susținut.
Proiectarea elicelor pentru avionul din 1903 a reprezentat o sarcină mult mai dificilă și o realizare tehnică mult mai mare decât dezvoltarea motorului. Elicele nu numai că trebuiau să fie eficiente, ci trebuiau să producă o cantitate calculată de tracțiune atunci când erau acționate cu o turație specială de către motor. Este important să recunoaștem, însă, că, odată obținut un zbor cu motor, dezvoltarea de motoare mai puternice și mai eficiente a devenit un element esențial în conducerea vehiculului pentru a îmbunătăți performanța aeronavei.
