Storia dell'aviazione di volo

La generazione e l'applicazione del potere: il problema della propulsione

All'inizio del diciannovesimo secolo, il volo prolungato a motore alimentato più pesante dell'aria rimase impossibile a causa della mancanza di adeguate centrali elettriche. Il livello di tecnologia che consentirebbe anche un volo a motore limitato era di oltre un secolo in futuro. I meccanismi a orologeria e altri tipi di sistemi a molla erano chiaramente inadatti al volo umano. Mentre l'elettricità alimentava diversi dirigibili nell'ultimo quarto del secolo, il scarso rapporto peso / potenza di tali sistemi rendeva difficile immaginare un aereo a propulsione elettrica.

Nel corso del secolo è stato discusso il potenziale aeronautico dei sistemi di propulsione che vanno dai motori ad aria calda alla polvere da sparo all'aria compressa e persino alle centrali elettriche ad acido carbonico. L'australiano Lawrence Hargrave, in particolare, ha sperimentato sistemi di propulsione a gas compresso. Tuttavia, i motori a vapore e a combustione interna sono emersi rapidamente come la scelta degli sperimentatori più seri. Già nel 1829, FD Artingstall costruì un ornitottero a vapore su larga scala, le cui ali furono spaccate in funzione poco prima che la caldaia esplodesse. Un motore a vapore leggero sviluppato dal pioniere inglese Frederick Stringfellow nel 1868 per alimentare un aereo modello triplano sopravvive nella collezione della Smithsonian Institution, Washington, DC

Il russo Alexandr Mozhaysky (1884), l'inglese Hiram Maxim (1894) e il francese Clément Ader (1890; vedi Ader Éole e Ader Avion) ​​saltarono da terra macchine a vapore su larga scala per brevi distanze, sebbene nessuna di queste imbarcazioni fosse capace di volo sostenuto o controllato. Negli Stati Uniti, Samuel Pierpont Langley realizzò i primi voli sostenuti nel 1896 quando lanciò due dei suoi relativamente modesti velivoli a vapore (vedi l'aeroporto di Langley n. 5) su viaggi aerei fino a tre quarti di miglio (1,2 km) sul fiume Potomac.

Con l'avvicinarsi della fine del XIX secolo, il motore a combustione interna emerse come una centrale aeronautica ancora più promettente. Il processo era iniziato nel 1860, quando Étienne Lenoir del Belgio costruì il primo motore a combustione interna, alimentato con gas illuminante. In Germania, Nikolaus A. Otto fece il passo successivo nel 1876, producendo un motore a quattro tempi che bruciava combustibile liquido. L'ingegnere tedesco Gottlieb Daimler fu il pioniere nello sviluppo di motori leggeri a benzina ad alta velocità, uno dei quali montò su una bicicletta nel 1885. L'ingegnere tedesco Karl Benz produsse la prima vera automobile l'anno successivo, un robusto triciclo con sedili per l'operatore e un passeggero. Nel 1888 Daimler persuase Karl Woelfert, un ministro luterano che desiderava volare, per equipaggiare un dirigibile sperimentale con un motore a benzina monocilindrico che sviluppò tutti gli otto cavalli. Il test iniziale ebbe un discreto successo, sebbene il sistema di accensione a fiamma aperta presentasse un evidente pericolo per un dirigibile riempito di idrogeno. In effetti, Woelfert morì quando un motore a combustione interna alla fine incendiò un dirigibile molto più grande nel 1897.

All'inizio della loro carriera nell'aeronautica, i fratelli Wright hanno riconosciuto che gli appassionati di automobili stavano producendo motori a combustione interna sempre più leggeri e potenti. I fratelli presumevano che se i loro esperimenti di volo a vela fossero progrediti al punto da richiedere una centrale elettrica, non sarebbe stato difficile acquistare o costruire un motore a benzina per i loro aerei.

Erano sostanzialmente corretti. Dopo aver pilotato la loro aliante di successo del 1902, i fratelli Wright erano sicuri che le loro ali avrebbero sollevato il peso di una macchina volante e che avrebbero potuto controllare un simile aereo in aria. Inoltre, tre anni di esperienza con gli alianti e le informazioni raccolte con la loro galleria del vento, hanno permesso loro di calcolare la quantità precisa di potenza richiesta per un volo prolungato. Incapaci di interessare un produttore esperto nella produzione di un motore che soddisfacesse le loro specifiche relativamente ridotte di potenza per peso, i fratelli progettarono e costruirono la propria centrale elettrica.

Charles Taylor, un macchinista che i fratelli impiegavano nella loro officina per biciclette, produceva un motore a quattro cilindri con un blocco di alluminio fuso che produceva circa 12,5 cavalli per un peso totale di circa 90 kg, compresi carburante e liquido di raffreddamento. Non era affatto la centrale aeronautica più avanzata o efficiente al mondo. Langley, che stava anche costruendo una macchina volante alimentata su larga scala, spese migliaia di dollari per produrre un motore radiale a cinque cilindri con un peso totale pari a quello del motore Wright ma sviluppando 52,4 cavalli. Langley produsse un motore di gran lunga superiore a quello dei fratelli Wright - e un aeroplano, l'aeroporto n. 6, che non riuscì a volare quando fu testato nel 1903. I fratelli Wright, d'altra parte, svilupparono un motore che produceva esattamente la potenza richiesta per spingere il loro volantino del 1903, il primo aereo al mondo a dimostrare un volo prolungato.

La progettazione delle eliche per l'aereo del 1903 rappresentava un compito molto più difficile, e un risultato tecnico molto più grande, rispetto allo sviluppo del motore. Le eliche non solo dovevano essere efficienti, ma dovevano produrre una quantità calcolata di spinta quando azionata a una determinata velocità dal motore. È importante riconoscere, tuttavia, che una volta ottenuto il volo a motore, lo sviluppo di motori più potenti ed efficienti è diventato un elemento essenziale nella guida per migliorare le prestazioni degli aeromobili.