Som testflyger fra flyvåpenet har oberstløytnant Dawn Dunlop fløyet dusinvis av forskjellige fly, fra den kvikke F-15E Strike Eagle-jagerfly til den massive C-17 transportjet til den russiske MIG-21. Stasjonert ved Edwards Air Force Base, er hun en del av eliteskadronen som setter den banebrytende F / A-22 Raptor, en jet jagerfly, gjennom tempoene. Men flyet som Dunlop har hatt den tøffeste tiden å kontrollere, var en kopi av Wright-brødrenes gliderfly fra 1902. Mer enn en gang krasjet hun det muslinhudede fartøyet på det forblåste sandet til Kitty Hawk, North Carolina. "Det var en skikkelig øyeåpner, " minnes Dunlop om (blåmerker) opplevelsen i fjor, en del av et minneprogram for luftvåpenet. "De har gjort det så enkelt å fly i dag, og vi har glemt hvor vanskelig det var den gang."
Denne måneden vil store deler av verden revidere “den gang” ettersom mange seremonier, bøker og gjeninnføringer markerer oppfinnelsen av drevet flyging. Det var rett etter klokka 10.30 om morgenen den 17. desember 1903, da Orville Wright, en Ohio-oppfinner og eier av sykkelbutikken, tok av i en nær frysepunkt for en 12 sekunders propelldrevet tur - en 120- fottur som godt kan ha lansert den moderne tid. "Luftfart er den definitive teknologien fra det 20. århundre, " sier Tom Crouch, seniorkurator for luftfart ved Smithsonian National Air and Space Museum (NASM) og forfatter av Wings: AHistory of Aviation, fra drager til romalderen . "Fly symboliserte våre dypeste ambisjoner, som frihet og kontroll over vår skjebne."
Midt i all feiringen av det etterlengtede hundreårsfeiret, kan det være lett å miste synet på hvor fantastiske de landlige tidlige flyvningene var. Som Dunlop oppdaget, var Wright-fly farlige. Svake forsamlinger av tråd, tre og tøy drevet av hjemmelagde motorer, de var motvillige fugler, vanskelige å styre og lette å krasje. Fly basert på flygebladet som Orville Wright kokte av bakken, ville faktisk drept dusinvis av piloter de kommende årene. Likevel legemliggjorde fartøyet det vi i dag anerkjenner som det grunnleggende om flyging, og selv om luftfarten har avansert langt utover noe brødrene først hadde forestilt seg - i 2000, fraktet fly mer enn tre milliarder passasjerer - forutså Wrights et overraskende utvalg av avgjørende utvikling . Dunlop sier, "å fly den glidebryteren var en virkelig utfordring, men når du tar deg selv tilbake, skjønner du hva et strålende design det egentlig var."
Fra de gamle grekerne, hvis mytologiske fortelling om Icarus voksvinger smeltet da han steg for nær solen, til utskjæringer som ble etterlatt av den søramerikanske inkan-sivilisasjonen på veggene i den hellige andinske citadellet Machu Picchu, har menneskeheten lenge vært fascinert av ideen om å fly. Renessansemalerier og fresker av Kristi himmelfart opp i himmelen "hadde et luftkonsept som en ting å jobbe, " sier Richard Hallion, en tidligere NASM-kurator og luftvåpenhistoriker, og forfatter av Taking Flight: Inventing the Aerial Age from Antiquity through the Første verdenskrig . ”Kristus blir vist løftet av som en rakett, og apostlene har alle vindblåste plagg. Engler har muskulære vinger i forhold til størrelsen. ”Blant de mest oppsiktsvekkende tidlige visjonene om drevet menneskelig flukt er Leonardo da Vincis skisser fra 1500-tallet av mekaniske klaffvinger og rå helikoptre. Likevel kom ikke Leonardos ideer fra siden.
Den første personen som brukte vitenskapelige prinsipper på problemene med flyging var George Cayley, en engelsk baronett som i dag er kjent som far til flynavigasjon. Han ble født i 1773, og bygde den første glidebryteren som gikk opp med en person ombord - hans trener, i 1853 - og identifiserte riktig løft, dra og skyve som hovedkreftene som skal mestres for drevet flyging. Cayley, som publiserte forskningen sin i likhet med Nicholson's Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, var den første luftfartseksperimenteren som brukte forskningsmetoder som ville være kjent for dagens forskere og ingeniører, Peter Jakab, styreleder for NASMs luftfartsdivisjon, skriver i sin bok Visions of a Flying Machine .
Den første varmluftsballongen med passasjerer tok til lufta i 1783, da oppfinnerne, brødrene Montgolfier, sendte en sau, en hane og en and som svevde i åtte minutter på himmelen over Versailles. I det neste århundre ble lettere enn luftballonger og luftskip, uhåndterlige eller umulige å kontrollere, betraktet som den eneste realistiske måten å få tak i. I mellomtiden slet oppfinnerne med utfordringen med drevet, tyngre enn luft-fly. Noen bygde glider formet som møll eller flaggermus; andre bygde massive, dampdrevne fly som ikke kunne flyttes; en slik kontrast kollapset under sin egen vekt. Ingen “hadde den minste innflytelse på oppfinnelsen av flyet, ” skriver Crouch.
Noen pionerer var på rett vei. Den tyske Otto Lilienthal bygde 16 forskjellige glider mellom 1891 og 1896, og gjorde nesten 2000 flyreiser i de lave åsene utenfor Berlin. I sine eksperimenter samlet han data om heis og ville inspirere brødrene Wright, men hans død i 1896 i et av hans egne glider hadde en dempende effekt på luftfarten. Overbevist om at drevet flyging var en farlig dårskap, aborterte mange europeere som arbeidet med problemet, innsatsen.
I motsetning til forgjengerne, innså Wrights at kontrollen av et fly var minst like viktig som løft og skyvekraft. Deres avgjørende inspirasjon var å forstå at fly ville fly i tre dimensjoner: klatring og synkende (stigning), venstre og høyre (gjespa) og rulle (den bankende, vippende bevegelsen som i forbindelse med roret sender et fly i dramatiske, feiende svinger) . Spesielt rull hadde i stor grad blitt ignorert eller uten forestillinger fra forgjengerne. Hallion skriver at Wrights, som syklister, visualiserte et fly som svinger mye som en sykkelrytter gjør en hard sving - ved å lene seg inn i den. John Anderson, kurator for aerodynamikk ved National Air and SpaceMuseum og forfatter av The Airplane — A History of Its Technology, sier Wrights ’” lengst holdbare teknologiske bidrag er rent og enkelt flykontroll. Wilbur Wright var den første personen som forsto hvordan et fly snudde seg. ”
Enkle ror, som de som pleide å styre båter gjennom vann, og heiser (som ror, unntatt horisontalt) var nok til å flytte et fly opp og ned eller til venstre og høyre. Men den tredje dimensjonen, å lage en flybank og sving, krevde en helt ny tilnærming. Wrights 'første gjennombrudd var å innse at luft som strømmer over vingene, kunne brukes til å skyve den ene vingen ned mens den løftet den andre - “rulle” flyet gjennom en banket, skjeve sving. Deres neste var å finne ut hvordan man kunne få begge vingene til å bevege seg på riktig måte til rett tid - et vakkert enkelt konsept kalt vingevridning, som innebar å vri hele vingen for å lette sving.
Wrights 'kombinasjon av kreativitet og ingeniørferdigheter forblir forskere i dag. "De hadde evnen til å visualisere maskiner som ikke hadde blitt bygget ennå, " sier Crouch. Fra det tidspunktet de traff på vingevridning som løsningen for å flytte et fly i tre dimensjoner våren 1899, var det bare fire og et halvt år til deres episke, om korte, drevne flyvning på Kitty Hawk. Som Hallion uttrykker det, "The Wrights, da de fikk handlingen sin, beveget seg med utrolig fart."
Til å begynne med tigget flyets potensial inn forestillinger fra de mest progressive forskerne. For dyrt for alle andre enn rike våghalser og for farlige for vanlig kommersiell bruk, ble Wrights 'maskin lo av som useriøs; til og med brødrene trodde at bare nasjonale myndigheter ville ha ressurser til å bygge og fly fly. "Det er tvilsomt om fly noensinne vil krysse havet, " spottet den eminente Harvard-astronomen William Pickering i 1908, ifølge Hallions historie. ”Offentligheten har i stor grad overvurdert mulighetene til flyet og forestilt seg at de i en annen generasjon vil kunne fly over til London om en dag. Dette er åpenbart umulig. ”
Slike forakt avkjølte amerikanske investeringer i luftfart. Mellom 1908 og 1913 brukte den amerikanske regjeringen bare 435 000 dollar på luftfart - mindre enn Tyskland, Frankrike, Chile og til og med Bulgaria. Europeiske oppfinnere og gründere bygde snart bedre, raskere og mer stabile fly enn Wrights. "Wright-flyet ble erstattet av europeiske design allerede i 1910, " sier Jakab. Tyske, russiske og spesielt franske aviators og oppfinnere dominerte snart himmelen, som vårt ordforråd vitner om; “Luftfart”, “flyplass”, “flykropp” og “helikopter” har alle fransk opprinnelse.
For alle Wrights ’prestasjoner, var flyene deres fortsatt dårlige. Et halvt dusin piloter ble drept med flygende Wright-løpesedler i en ettårsperiode som startet i 1909; andre tidlige fly var også farlige. "Europeerne lærte ikke av Wright-opplevelsen hvordan de skulle fly, de lærte å fly bedre, " skriver Hallion. Designere som Louis Blériot flyttet Wrights 'pusher'-propeller til fronten av flyet, noe som forenklet designet (en bakmontert propell krever mer forseggjorte strukturer for roret og heisene). Den opprinnelige biplankonfigurasjonen - som var sterk, lett og genererte mye løft - dominerte flyutformingen til begynnelsen av 1930-tallet, da monoplaner, som er raskere, tok over.
Ved starten av første verdenskrig hadde flyet kommet til sin rett som militær og kommersiell teknologi. Opencockpit, stort sett tre-og-stoff-fly som snakket i Europas himmel - fly som den britiske Sopwith Camel og den tyske Albatros - var raskere og langt mer kvikk enn Wright Flyer, men fortsatt farlig. Helter som Manfred von Richthofen (den "røde baronen") og USAs Eddie Rickenbacker skapte mystikken om jagerflyet, men tusenvis av andre omkom i luften. I 1917 var forventet levealder for en britisk jagerflyger i en stridssone, skriver Hallion, tre uker.
Men krigen satte fart i utviklingen av den nye luftfartsindustrien. Det første passasjerflyet hadde vært i 1908, da Wilbur Wright bar en Charles Furnas under tester av Wright Flyer. Planlagte passasjerflyreiser begynte ikke for alvor før 1. januar 1914, da Tony Jannus, en gründerflyger fra Florida, begynte å fly $ 5 humle over TampaBay. Fly som flyr i lave hastigheter og i lave høyder ble slått av vinder, noe som forårsaket en humpete - og ofte kvalmende - tur. Dårlig ventilerte hytter fylt med motorens eksos og gassgasser. Og dårlig vær holdt fly på bakken, noe som gjorde flyreiser upålitelige. Likevel akselererte offentlig etterspørsel.
I 1920- og 30-årene drev investering fra industri og myndigheter innovasjon. Trerammer og tøyskinn ga vei for allmetalldesign, som igjen muliggjorde større, sterkere farkoster, effektivisering, forseglede hytter og fly i høyden. Også viktige var pålitelige flyinstrumenter som kunstig horisont, høydemåler og retningsgyroskop, avgjørende for å fly i dårlig vær (og å holde flyselskapene i henhold til planen). I 1932 fløy amerikanske flyselskaper mer enn 475 000 passasjerer i året.
(Smithsonian Institution. Foto av Eric Long / OIPP) I 1935 nådde luftfarten et nytt topp - og merkelig nok noe av et platå - med utviklingen av Douglas Aircraft Company's DC-3. Med 21 seter, metallkonstruksjon, et strømlinjeformet design, uttrekkbart landingsutstyr, automatisk pilot og en marsjfart på nesten 200 mil i timen, anses DC-3 av mange eksperter som høydepunktet for det propelldrevne flyet, og sett mønsteret for fly vi kjenner i dag.
Da nye motorkonstruksjoner kjørte propeller raskere og raskere - på deres tips, brøt de lydbarrieren - kom ingeniører opp mot forvirrende aerodynamiske egenskaper. Sjokkbølger og uforutsett turbulens undergravde ytelsen. Propeller mistet effektiviteten og skyvekraften da de nærmet seg supersoniske hastigheter.
Mannen som overvant den grensen var ikke en profesjonell ingeniør. Frank Whittle, maskinistens sønn og Royal Air Force pilot, kom på ideen om en jetmotor mens han tjenestegjorde som flyinstruktør på begynnelsen av 1930-tallet. "Whittle var en merkelig and som presset en ide som alle trodde var slags nøtter, " sier historikeren Roger Bilstein, forfatter av Flight in America: From the Wrights to the Astronauts . "Ingen trodde det ville fungere."
Whittle vedvarte og skrap etter hvert ressursene for å designe en brukbar jetmotor på egen hånd. Konseptet er i alle fall enkelt: luft som kommer inn foran på motoren, er komprimert og kombinert med drivstoff og deretter antent. den brennende blandingen brøler ut på baksiden av jet, og skaper enorm skyvekraft mens den passerer gjennom turbiner som driver kompressorene foran på motoren.
Whittles jetmotor ble først testet i laboratoriet i 1937, og fire år senere drev en spesialdesignet jagerfly på en flybase i nærheten av Gloucester, England. Piloter som så på den hemmelige testflygningen fra siden av det fuktige flyplassen ble forvirret. "Herregud, jeg må gå rundt svingen, " sa en offiser senere. "Det hadde ikke fått en propell!"
I mellomtiden hadde en tysk ingeniør ved navn Hans von Ohain utviklet sin egen jetmotor. I 1944 så en håndfull jetkjempere og bombefly, inkludert Messerschmitt Me 262 - verdens første operative jet - tjeneste i Luftwaffe . I Amerika satte militær messing jetfly på en ryggbrenner, overbeviste om at krigen ville bli vunnet med konvensjonelle fly, og mange av dem. Det å kaste bort ressurser for å jobbe med den uprovoserte jetflyen, insisterte myndighetene, ville være bortkastet tid. Men etter at de allierte feide gjennom Tyskland på slutten av krigen, rekrutterte de dusinvis av tyske jet- og rakettforskere, inkludert Wernher von Braun, og tok dem deretter med til USA i "Operation Paper-clip." Planen la grunnlaget i flere tiår med USA-ledet innovasjon, fra øyeblikkelig nyttig jet-teknologi til fremskritt innen rakett som til slutt ville gjort romprogrammet mulig.
Jet-fremdriftsteknologi var det viktigste innen luftfart siden Wrights. "Strålen var ikke en avgrensning av noe, det var et fullstendig gjennombrudd, " sier NASMs Anderson. "En hel andre era av luftfart ble åpnet opp av Whittle og von Ohain." Likevel fikk jetens oppfinnere aldri den anerkjennelsen Wrights likte. Whittles patenter ble bevilget av den britiske regjeringen under krigen, og von Ohain begynte rolig en ny karriere i 1947 - som en amerikansk fremdriftsforsker fra det amerikanske flyvåpenet.
Likevel vil det ta mange års møysommelig arbeid å gjøre jetflyet til pålitelig transport. I de første dagene hadde jagerflypiloter en en av fire sjanse for å dø i en flyulykke. Supersonic hastigheter, minst cirka 650 mph, krevde å tenke nytt om konvensjonelle forestillinger om aerodynamikk, kontroll og effektivitet. Utformingen av X-1, som brøt lydbarrieren over Californias MurocDryLake i 1947, var basert på kulen på 0, 50 kaliber, et objekt som ingeniørene visste at ble supersonisk. Det ble fløyet av den lakoniske test fra Vest-Jomfruen Chuck Yeager, et veteran ess fra andre verdenskrig som regnet to Messerschmitt 262s blant drapene hans.
Tapperheten til disse testpilotene er det vi pleier å huske på jet-reisens første dager. Men kanskje viktigere var de massive statlige utgiftene til luftfart og romforskning på 1950- og 60-tallet. I 1959 var luftfartsindustrien en av de største arbeidsgiverne i USAs produksjonssektor, med mer enn 80 prosent av salget i halvannet tiår etter andre verdenskrig til militæret. Amerikas luftfarts- og romfartsuksesser ble potente symboler i den kalde krigen, og den blomstrende luftfartsindustrien fikk det som utgjorde en blank sjekk fra regjeringen. Når alt kommer til alt, som en rollefigur i filmversjonen av The Right Stuff observert, "No bucks, no Buck Rogers."
"Regjeringsinvesteringer i ting relatert til flyging drev en bred front av teknologisk utvikling, " sier Crouch. Den ene etter den andre utviklet seg fordi den på en eller annen måte hadde sammenheng med flyging, og myndighetene brukte penger på den. ”Datamaskiner ble allestedsnærværende luftfartsverktøy, fra å hjelpe design av komplekse fly til å danne globale billettnettverk. Jetmotoren tok også sivil luftfart til nye høyder - og hastigheter. Boeing introduserte en prototype av 707 passasjerjet i 1954 som kunne fly mer enn 600 mph (tre ganger raskere enn DC-3). Fire år senere begynte Pan American med regelmessig tjeneste fra 707 fra New York til Paris, og startet jet-alderen.
Da de hardt vunne leksjonene av militære testpiloter ga tryggere, mer stabile jetdesign, begynte verdens form å endre seg. Fra massive B-52 atombomber som var i stand til å fly nonstop fra Omaha til Moskva på 11 timer, til passasjerfly som kunne krysse Atlanterhavet på 7 timer, gjorde jetfly internasjonale reiser tilgjengelige for nesten alle. Store passasjerfly ble vanlig - den 452-passasjeren Boeing 747 debuterte i 1969 - og antall mennesker som fløy klatret jevnt og trutt hvert år.
Supersonic passasjerfly var den neste åpenbare grensen. Men med unntak av den sovjetiske Tupolev TU-144, som først fløy i desember 1968, og Concorde, et joint venture mellom Frankrike og Storbritannia som tok av to måneder senere, ville supersoniske passasjerreiser forbli i stor grad en nyhet. Begge flyene var en byste økonomisk. I nesten 30 år som flyr over Atlanterhavet med dobbelt så høy lydhastighet, brøt den gass-surrende Concorde aldri jevn. Air France opphørte regelmessig planlagt Concorde-tjeneste denne siste mai og British Airways i oktober. Ikke desto mindre har gründere og politikere fortsatt å flyte futuristiske (og så langt upraktiske) ideer, som Orient Express, en massiv supersonisk transport som ville frakte opptil 200 passasjerer fra New York til Beijing på to timer, og hoppe som en stein over jordens atmosfære på Mach 5.
Å oppnå stadig høyere hastigheter har ikke nødvendigvis vært høyeste prioritet for militæret. Siden 1970-tallet har militære planleggere lagt vekt på manøvrerbarhet og stealth. Men de nye flyene, med mindre vinklede vinger og kontrollflater, hadde en tendens til å være ustabile. Det endret seg med utviklingen på 1970-tallet av datamaskiner ombord, eller "fly-by-wire" -systemer i luftfartøy, som kan gjøre tusenvis av justeringer per sekund på ror og andre kontrollflater. Northrop B-2 stealth bombefly og Lockheed F-117ANighthawk stealth fighter, bisarre matt-svarte bunter med rare vinkler og stubby vinger designet for å forsvinne fra fiendens radar, ser ut til å trosse lovene om aerodynamikk ved hjelp av sofistikert programvare. Den ultimate fly-by-wire-teknologien, ubemannede luftfartøyer, eller UAV-er, er fjernstyrte droner, som allerede har sett tjeneste i himmelen over Afghanistan og Irak.
For mange luftfartseksperter ser det ut til at flyteknologi har truffet en annen stillhet i fremdriftsraten. "Det er det store spørsmålet: Er flyet i sin form nå en moden teknologi?" Sier NASM-kurator Jeremy Kinney. "Flyselskapene klarer seg veldig bra med brede organer, turbofanfly som fører hundrevis av mennesker, og militæret er i grunn nyskapende forbedringer. Er det til og med et neste platå? ”
Ingeniører håper det. "Jada, vi har nådd et visst nivå av modenhet i løpet av den siste delen av 1900-tallet som noen ser på et platå, det samme som på 30-tallet, " sier Smithsonian's Anderson, en tidligere styreleder for University of Marylands Aerospace Engineering avdeling. "Jeg tror dette er en plattform hvor vi hopper av og ser dramatiske fremskritt." I tillegg til forbedringer i effektiviteten og ytelsen til eksisterende fly, kan teknologiske forbedringer snart tillate fantastiske prestasjoner: fly-for-wire-systemer som holder en fly oppe med en vinge skutt av, reduksjon eller eliminering av soniske bommer, og ubemannede fly som er i stand til dramatiske manøvrer som vil drepe en pilot.
Noe av den mest avanserte forskningen som foregår akkurat nå ligner underlig nok en påfallende likhet med innovasjoner Wrights gjorde for mer enn et århundre siden. På NASAs Dryden Flight Research Center i Edwards, California, har ingeniører i Active Aeroelastic Wing Program utstyrt et F / A-18 Hornet jagerfly med mer fleksible vinger som tester mulighetene for aeroelastic wing design - egentlig en versjon av Wrights 'wing -kjøring, om enn et som bruker veldig avanserte datasystemer for å indusere vinger til å endre form i supersoniske hastigheter. Aeroelastiske vinger gjør det mulig å rulle, banke svinger ved å vri selve vingen, forbedre ytelsen i supersoniske hastigheter. "Svært få fugler flyr med luftveier eller klaff i forkant, " sier Dick Ewers, en NASA-testpilot på prosjektet. I stedet, sier han, endrer fugler formen på vingene sine, avhengig av hvor fort eller sakte de går, og om de snur, klatrer, dykker eller skyver. "Fly bruker mye vekt og penger på å gjøre vinger stive, " fortsetter han. Den aeroelastiske vingen vil til slutt gjøre unna klaff og flytte flyet ved å endre formen på selve vingen, spår han: "I stedet for å stive vingen, vi ønsker å la det være fleksibelt og dra nytte av det. ”
En Centennial of Flight-logo på prototypeflyet innrømmer stolt prosjektets bemerkelsesverdige forbindelse med tradisjon. Fremtidens plan kan dele en inspirasjon med Wrights, som med suksess ledet Flyeren sin i tre dimensjoner ved å forskyve formen på vingene. "Hundre år senere kan vi oppdage at Wright-brødrenes svar var mer korrekte aerodynamisk enn det vi har levd med i 80 år, " sier Dave Voracek, prosjektingeniør for prosjektet. "Vi har virkelig kommet hele kretsen."
