اختراع هواپیما به برادران وایت، یعنی اورویل و ویلبر، نسبت داده می شود که به طور کلی اولین مدل کارآمد را ساختند. در 17 دسامبر 1903، برادران وایت عصر پرواز انسانی را با آزمون موفق یک وسیله پرنده که به طور مستقل بلند می شد، آغاز کردند. این وسیله نه تنها به طور طبیعی پرواز می کرد، بلکه بدون آسیب هم فرود می آمد.

به طور ساده، یک هواپیما هر وسیله ای است که دارای بال های ثابت و با قدرت پروانه ها یا جت ها عمل می کند. این نکته برای درک اختراع برادران وایت به عنوان پدر هواپیماهای مدرن بسیار مهم است. در حالی که بسیاری از ما به این شکل حمل و نقل عادت کرده ایم، هواپیماها در طول تاریخ اشکال مختلفی به خود گرفته اند.

پیش از پرواز اول برادران وایت در 1903، مخترعان دیگری تلاش های زیادی برای پرواز مشابه پرندگان انجام داده بودند. از جمله این تلاش های اولیه، وسایلی مانند بادبادک ها، بالن های هوایی داغ، کشتی های هوایی و گلایدها بودند. هرچند برخی پیشرفت ها حاصل شد، اما همه چیز هنگامی تغییر کرد که برادران وایت تصمیم به حل مشکل پرواز با سرنشین گرفتند.

آزمون های اولیه و پروازهای بدون سرنشین

در سال 1899، پس از اینکه ویلبر وایت نامه ای به مؤسسه اسمیتسونیان برای درخواست اطلاعات درباره آزمایش های پرواز نوشت، او به همراه برادرش اورویل، نخستین هواپیمای خود را طراحی کردند. این وسیله یک گلاید کوچک دو باله بود که به عنوان بادبادک برای آزمایش کنترل پرنده با روش تغییر شکل بال ها پرواز می کرد.

برادران وایت زمان زیادی را صرف مشاهده پرندگان در حال پرواز کردند. آن ها متوجه شدند که پرندگان به سمت باد صعود می کنند و هوایی که بر روی سطح مقعر بال هایشان می گذرد، نیروی بالا برنده ایجاد می کند. پرندگان شکل بال های خود را برای تغییر مسیر و مانور تغییر می دهند. آن ها بر این باور بودند که می توانند با تغییر شکل بخشی از بال، کنترل غلتش را به دست بیاورند.

در سه سال بعد، ویلبر و اورویل یک سری گلایدهای طراحی کردند که در پروازهای بدون سرنشین (به عنوان بادبادک ها) و پروازهای با سرنشین آزمایش شدند. آن ها درباره آثار کیلی و لنگلی و پروازهای گلایدینگ Otto Lilienthal مطالعه کردند و با Octave Chanute درباره برخی از ایده هایشان مکاتبه کردند. آن ها درک کردند که کنترل هواپیما به عنوان سخت ترین و مهم ترین مشکل در رابطه با اختراع هواپیما خواهد بود.

پس از یک آزمون موفقیت آمیز گلاید، برادران وایت یک گلاید با اندازه کامل ساختند و آزمایش کردند. آن ها Kitty Hawk در کارولینای شمالی را به عنوان محل آزمایش خود انتخاب کردند زیرا هوای باد، شن، زمین تپه ای و موقعیت دورافتاده ای داشت. در سال 1900، برادران وایت گلاید دو باله 50 پوندی خود را با فاصله بال های 17 فوت و مکانیزم تغییر شکل بال در Kitty Hawk هم در پروازهای بدون سرنشین و هم در پروازهای با سرنشین با موفقیت آزمایش کردند.

ادامه آزمایش ها در پروازهای با سرنشین

در واقع، این اولین گلاید با سرنشین بود. بر اساس نتایج، برادران وایت برنامه ریزی کردند تا کنترل ها و چرخ فرود را بهبود بخشند و یک گلاید بزرگتر بسازند.

در سال 1901، در تپه های کیلد دویل در کارولینای شمالی، برادران رایت بزرگ ترین گلایدر تاریخ را به پرواز درآوردند. این گلایدر دارای طول بال 22 فوت و وزنی نزدیک به 100 پوند بود و برای فرود از اسکی ها استفاده می کرد. با این حال، مشکلات زیادی بروز کرد. بال ها قدرت بالابری کافی نداشتند، آسانسور جلو در کنترل زاویه مؤثر نبود و مکانیزم چرخش بال گاهی باعث می شد هواپیما از کنترل خارج شود.

برادران رایت با ناامیدی پیش بینی کردند که انسان ها احتمالاً در زمان حیات آن ها نمی توانند پرواز کنند. با این حال، با وجود مشکلات در آخرین تلاش هایشان برای پرواز، آن ها نتایج آزمون های خود را بررسی کردند و تعیین کردند که محاسباتی که استفاده کرده بودند، قابل اعتماد نبوده است. آن ها سپس برنامه ریزی کردند تا گلایدر جدیدی با طول بال 32 فوت و دمی برای کمک به ثبات طراحی کنند.

اختراع هواپیما

در سال 1902، برادران رایت چندین پرواز آزمایشی با استفاده از گلایدری جدید انجام دادند. تحقیقات آن ها نشان داد که دمی قابل حرکت به تعادل هواپیما کمک می کند و بنابراین دمی متحرک به سیم های چرخش بال وصل کردند تا نوبت گیری ها را هماهنگ کنند. با پروازهای موفقیت آمیز برای تأیید آزمایش های تونل باد، مخترعان برنامه ریزی کردند تا یک هواپیمای موتوری بسازند.

بعد از ماه ها مطالعه درباره نحوه کار پروانه ها، برادران رایت موتوری طراحی کردند و یک هواپیمای جدید ساخته و از نظر ساختاری به اندازه کافی محکم بود تا وزن و لرزش موتور را تحمل کند. این هواپیما وزن 700 پوندی داشت و به نام فلایر شناخته شد.

برادران رایت سپس یک پیست متحرک ساختند تا به پرتاب فلایر کمک کنند و سرعت هوای کافی برای پرواز و شناور ماندن را فراهم کنند. پس از دو تلاش برای پرواز این ماشین، که یکی منجر به سقوط جزئی شد، اورویل رایت فلایر را به مدت 12 ثانیه در 17 دسامبر 1903 به پرواز درآورد - نخستین پرواز موفق و کنترل شده تاریخ.

به عنوان بخشی از تمرین سیستماتیک برادران رایت در عکاسی از هر نمونه اولیه و آزمایش ماشین های پرنده مختلف، آن ها موفق شدند از یک کارکن در ایستگاه نجات نزدیک بخواهند تا از اورویل رایت در حین پرواز عکاسی کند. پس از انجام دو پرواز طولانی تر در آن روز، اورویل و ویلبور رایت به پدرشان تلگرافی ارسال کردند و از او خواستند که به مطبوعات اطلاع دهد که پرواز با سرنشین انجام شده است. این اولین زاده ی واقعی هواپیما بود.

اولین پروازهای مسلح: اختراع دیگری از رایت

اختراع هواپیما توجه دولت ایالات متحده را به خود جلب کرد، که اولین هواپیما - یک بیپلین از برادران رایت - را در 30 جولای 1909 خرید. قیمت این هواپیما 25,000 دلار به علاوه 5,000 دلار پاداش به خاطر اینکه سرعت آن از 40 مایل در ساعت بیشتر بود، بود.

در سال 1912، یک هواپیما که توسط برادران رایت طراحی شده بود با یک مسلسل مسلح شده و در فرودگاهی در کالج پارک، مریلند به عنوان اولین پرواز مسلح در جهان به پرواز درآمد. این فرودگاه از سال 1909 وجود داشت که در آن برادران رایت هواپیمای خریداری شده توسط دولت را به آنجا آورده بودند تا به افسران ارتش پرواز یاد دهند.

در 18 ژوئیه 1914، یک بخش هوایی از کورپ سیگنال (بخشی از ارتش) تأسیس شد و واحد پرواز آن شامل هواپیماهایی بود که توسط برادران رایت ساخته شده بودند و همچنین برخی از هواپیماهایی که توسط رقیب اصلی آن ها، گلن کورتیس، ساخته شده بود.

همان سال، دادگاه ایالات متحده به نفع برادران رایت در یک دعوی پتنت علیه گلن کورتیس تصمیم گرفت. مسئله مربوط به کنترل جانبی هواپیما بود که برادران رایت ادعا کردند که پتنت های آن را دارند. اگرچه اختراع کورتیس، ایلرون (به زبان فرانسوی به معنای "بال کوچک") بسیار متفاوت از مکانیزم چرخش بال برادران رایت بود، دادگاه تعیین کرد که استفاده از کنترل های جانبی توسط دیگران "غیرمجاز" به موجب قانون پتنت است.

پیشرفت های هواپیما پس از برادران وایت

در سال 1911، هواپیمای Vin Fiz اولین هواپیما بود که ایالات متحده را طی کرد. این پرواز 84 روز به طول انجامید و 70 بار توقف داشت. این هواپیما آنقدر دچار سانحه شد که تا زمانی که به کالیفرنیا رسید، دیگر تنها بخش های کمی از مواد ساخت اصلی اش باقی مانده بود. Vin Fiz به نام یک نوشابه گازدار از شرکت Armour Packing Company نام گذاری شده بود.

پس از برادران وایت، مخترعان به بهبود هواپیماها ادامه دادند. این امر به اختراع جت ها منجر شد که توسط نیروهای نظامی و خطوط هوایی تجاری استفاده می شوند. جت ها هواپیماهایی هستند که توسط موتورها جتی تامین نیرو می شوند. جت ها بسیار سریع تر از هواپیماهای ملخی پرواز می کنند و در ارتفاعات بالاتری، تا ارتفاع های 10,000 تا 15,000 متر (حدود 33,000 تا 49,000 فوت) می پرند. دو مهندس، فرانک ویتل از بریتانیا و هانس فون اوهین از آلمان، به عنوان توسعه دهندگان موتور جت در اواخر دهه 1930 شناخته می شوند.

از آن زمان، برخی شرکت ها اقدام به توسعه هواپیماهایی با موتورهای الکتریکی کرده اند که به جای موتورها احتراق داخلی کار می کنند. برق این هواپیماها از منابع سوخت جایگزین مانند سلول های سوختی، سلول های خورشیدی، فوق خازن ها، انتقال قدرت و باتری ها تامین می شود. در حالی که این فناوری در مراحل ابتدایی خود است، برخی از مدل های تولیدی در حال حاضر در بازار موجودند.

حوزه دیگری که در حال بررسی است، هواپیماهای موتور راکت است. این هواپیماها از موتورهائی استفاده می کنند که با سوخت راکت عمل می کنند، که به آنها اجازه می دهد با سرعت های بالاتر و شتاب بیشتری پرواز کنند. به عنوان مثال، یک هواپیمای اولیه با موتور راکت به نام Me 163 Komet توسط آلمان ها در طول جنگ جهانی دوم استفاده شد. هواپیمای راکتی Bell X-1 نیز اولین هواپیمایی بود که در سال 1947 دیوار صوتی را شکسته است.

در حال حاضر، North American X-15 رکورد جهانی بالاترین سرعت ثبت شده توسط یک هواپیمای موجه و دارای موتور را در اختیار دارد. همچنین شرکت های ماجراجو به آزمایش با سیستم های پیشران راکتی مانند SpaceShipOne، طراحی شده توسط مهندس هوایی آمریکایی برت روتن و SpaceShipTwo شرکت Virgin Galactic، پرداخته اند.