初期の飛行機

人を乗せた凧は、古代中国で民事と軍事の両方の目的で広く使われ、時には罰として用いられたと考えられている。^{[ 21 ]}凧が中国から伝来した紀元7世紀頃に日本でも、人を乗せた凧の話が伝わっている。かつては、人を乗せた凧を禁止する日本の法律があったと言われている。^{[ 21 ]}

1282年、ヨーロッパの探検家マルコ・ポーロは、当時中国で行われていた技術について記述し、それに伴う危険と残酷さについて言及した。船が出航すべきかどうかを予言するために、長方形の格子状の枠組みを持つ凧に男を縛り付け、その後の飛行パターンを使って見通しを占った。^{[ 21 ]}

レオナルド・ダ・ヴィンチは長年にわたり鳥の飛行を研究し、それを合理的に分析し、空気力学の多くの原理を予見しました。彼は「物体が空気に対して示す抵抗は、空気が物体に及ぼす抵抗と同じである」^{[ 31 ]}ことを理解しており、アイザック・ニュートンの運動の第三法則（1687年に発表）を予見していました。15世紀末以降、レオナルドはオーニソプター、固定翼グライダー、回転翼機、パラシュートなど、飛行機械や機構に関する多くの設計について記述し、スケッチしました。彼の初期の設計は、回転翼機やオーニソプター（安定尾翼を追加することでベーコンの提案を改良したもの）など、人力によるものでした。^{[ 26 ]}彼は最終的にこれらの非実用性を認識し、制御された滑空飛行に目を向け、バネで駆動する設計もいくつかスケッチしました。^{[ 32 ]}

1488年、レオナルドは翼の内側が固定され、翼端に向かっていくつかの操縦翼面が設けられたハンググライダーの設計図を描いた（鳥の滑空飛行のように）。彼の図面は現存しており、原理的には飛行可能であるとされているが、彼自身はそのような乗り物で飛んだことはない。 ^{[ 33 ]}『飛行について』と題されたエッセイの中で、彼は糊付けした麻布、革の継ぎ目、生の絹の紐で作った「鳥」と呼ばれる飛行機械について述べている。『アトランティコ手稿』の中で、彼は「明日の朝、1496年1月2日に、紐を作り、試みる」と書いている。^{[ 34 ]}ヘリコプターに似た4人乗りの空中スクリューなど、レオナルドの他の設計の中には、重大な欠陥があるものもある。彼は1490年頃にオーニソプターの設計図を描き、それについて書き記した。レオナルドの作品は1797年まで知られていなかったため、その後300年間の発展に影響を与えることはなかった。^{[ 35 ]}

ジョージ・ケイリー卿は1846年に初めて「飛行機の父」と呼ばれた。^{[ 58 ]}前世紀末に彼は飛行の物理学に関する最初の厳密な研究を開始し、後に最初の近代的な重航空機を設計した。彼の数々の業績の中でも、航空学への最も重要な貢献は以下の通りである。

• 我々の考えを明確にし、空気より重い航空機の飛行原理を確立する。
• 鳥の飛行原理を科学的に理解すること。
• 抗力と流線型化、圧力中心の移動、翼表面を湾曲させることによる揚力の増加などを実証する科学的な空力実験を実施する。
• 現代の航空機の構成は、固定翼、胴体、尾翼から構成されると定義する。
• 有人滑空飛行の実演。
• 持続飛行における出力重量比の原理を解説する。

ケイリーは10歳から鳥の飛行の物理学を研究し始め、彼の学校のノートには飛行理論に関する彼の考えを発展させたスケッチが残されていた。これらのスケッチは、ケイリーが1792年か1793年にはすでに揚力を発生させる傾斜面の原理をモデル化していたことを示していると主張されている^{[ 59 ]}。

1796年、ケイリーは、ラノワとビアンヴニュが同様の設計のモデルを製作していたことを知らずに、一般に中国のコマとして知られる形の模型ヘリコプターを製作した。彼はヘリコプターを単純な垂直飛行に最適な設計だと考え、後に1854年に改良型を製作した。彼はクーパー氏を「おもちゃの不格好な構造」を改良した最初の人物として評価し、クーパー氏のモデルは20フィートから30フィート上昇したと報告している。ケイリーは1つ製作し、コールソン氏がコピーを製作した。ケイリーはそれを「空中のスクリュープロペラの非常に美しい標本」と評し、90フィート以上の高さまで飛行できると述べている。^{[ 60 ]}

ケイリーの次の革新は2つあった。1つは、前世紀にベンジャミン・ロビンスが空気抵抗を調査するために発明し、その後すぐにジョン・スミートンが回転する風車の羽根にかかる力を測定するために使用した旋回アーム試験装置^{[ 61 ]}を航空機の研究に採用したこと、もう1つは、完全な設計の模型を飛ばそうとするのではなく、アームに空気力学モデルを使用することだった。彼は当初、アームに固定され、気流に対してある角度で傾けられた単純な平面を使用した。

1799年、彼は現代の飛行機の概念を、揚力、推進力、制御のための独立したシステムを備えた固定翼飛行機械として定義した。 ^{[ 62 ] [ 63 ]}その年の日付が入った小さな銀の円盤に、彼は片面に航空機に作用する力を刻み、もう片面には、キャンバー翼、水平尾翼と垂直尾翼からなる独立した尾部、安定性を確保するために重心より下に吊り下げられた操縦士用の胴体といった現代的な特徴を取り入れた航空機の設計図を刻んだ。この設計はまだ完全に現代的ではなく、フラップバルブとして機能すると思われる操縦士が操作する2つのパドルまたはオールが組み込まれている。^{[ 64 ] [ 65 ]}

彼は研究を続け、1804年に模型グライダーを製作した。これは、従来の近代航空機と同じレイアウトで、前方に傾斜した翼と、尾翼と垂直尾翼の両方を備えた調整可能な尾部が後方にあった。翼は平らでキャンバーのないおもちゃの紙凧だった。可動式の重りで模型の重心を調整できた。^{[ 66 ]}丘の斜面を飛行しているときは「とても見栄えが良かった」し、尾部のわずかな調整にも敏感だった。^{[ 67 ]}

1809年末までに、彼は世界初のフルサイズのグライダーを製作し、それを無人の係留凧として飛ばした。同年、同時代の滑稽な振る舞い（上記参照）に刺激され、彼は「空中航法について」（1809～1810年）と題する画期的な3部構成の論文の出版を開始した。^{[ 68 ]}この中で彼は、この問題に関する最初の科学的な記述を書いた。「問題全体は、空気抵抗に動力を加えることによって、所定の重量を支える表面を作るという範囲内に限定される」。彼は、航空機に影響を与える4つのベクトル力、すなわち推力、揚力、抗力、重量を特定し、設計において安定性と制御を区別した。彼は、人力だけでは不十分であると主張し、適切な動力源がまだ利用できない中で、可能性について議論し、ガスと空気の混合物を使用する内燃機関の動作原理さえ説明した。 ^{[ 69 ]}しかし、彼は実用的なエンジンを作ることはできず、飛行実験は滑空飛行に限定した。また、彼はキャンバー翼、上反角、斜め支柱、抗力低減の重要性を特定して説明し、オーニソプターやパラシュートの理解と設計に貢献した。

1848年、彼は子供を乗せるのに十分な大きさで安全な三葉機の形をしたグライダーを製作するほど進歩した。地元の少年が選ばれたが、彼の名前は不明である。^{[ 70 ] [ 71 ]}

彼は1852年に気球から発射される実物大の有人グライダーまたは「制御可能なパラシュート」の設計を発表し、その後、丘の頂上から発射できるバージョンを製作し、1853年に最初の成人飛行士を乗せてブロンプトン・デールを横断した。飛行士の正体は不明である。ケイリーの御者^{[ 72 ]} 、従者または執事、御者であった可能性のあるジョン・アップルビー^{[ 70 ]}、または別の従業員、あるいはケイリーの孫のジョージ・ジョン・ケイリー^{[ 59 ]}など、さまざまな説が唱えられている。分かっているのは、彼が明確な翼、胴体、尾部を持ち、固有の安定性とパイロット操作のコントロールを備えたグライダーで初めて飛行した人物であり、完全に近代的で機能的な最初の重航空機であったということである。

小規模な発明としては、研究モデルに信頼性の高い動力源を提供するゴム動力モーターなどがある。1808年までに、彼は車輪を再発明し、すべての圧縮荷重がリムによって支えられ、軽量な下部構造を可能にする張力スポーク車輪を考案した。 ^{[ 73 ]}

ケイリーの研究から直接着想を得て、ウィリアム・サミュエル・ヘンソンが1842年に設計した空中蒸気自動車は、新たな地平を切り開いた。ヘンソンは、翼幅150フィート（46メートル）の高翼単葉機を提案し、蒸気機関で2つの推進式プロペラを駆動させた。これは設計図に過ぎなかったが（縮尺模型は1843年^{[ 74 ]}または1848年^{[ 75 ]}に製作され、 3メートルまたは40メートル（10フィートまたは130フィート）飛行した）、プロペラ駆動の固定翼航空機としては史上初であった。^{[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]}ヘンソンと共同研究者のジョン・ストリングフェローは、最初の空中輸送会社の設立を夢見ていた。^{[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]}  

1856年、フランス人のジャン＝マリー・ル・ブリスは、砂浜で馬にグライダー「人工アホウドリ」を牽引させ、出発地点よりも高い高度への初飛行に成功した。伝えられるところによると、彼は200メートルの距離で100メートルの高度に到達したという。

イギリスの進歩はフランスの研究者を刺激した。^{[ 74 ]} 1857年から、フェリックス・デュ・テンプルとその弟ルイは、動力源として時計仕掛けの機構を使用し、後に小型蒸気機関を使用したいくつかの模型を製作した。^{[ 80 ] [ 81 ]} 1857年か1858年には、680グラム（1.5ポンド）の模型が短時間飛行して着陸することができた。^{[ 74 ] [ 81 ]} 

フランシス・ハーバート・ウェンハムは、新しく設立された航空学会（後の王立航空学会）に最初の論文「空中移動について」を発表した。彼はケイリーのキャンバー翼に関する研究をさらに発展させ、翼の翼型断面と揚力分布の両方について重要な発見をした。彼の考えを検証するため、1858年から有人および無人のグライダーを複数製作し、最大で5枚の翼を重ねた。彼は、多くの人が提案したコウモリのような翼よりも、細長い翼の方が面積に対する前縁面積が大きくなるため優れていると正しく結論付けた。今日、この関係は翼のアスペクト比として知られている。

19世紀後半は、20世紀まで研究活動の大部分を担った「紳士科学者」たちによって特徴づけられる、集中的な研究の時代となった。その中には、イギリスの科学者、哲学者、発明家であるマシュー・ピアーズ・ワット・ボルトンがおり、彼は1864年に重要な論文「空中運動について」を執筆し、その中で横方向の飛行制御についても記述した。彼は1868年にエルロン制御システムの特許を取得した最初の人物である。^{[ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ]}

1864年、フェルディナン・シャルル・オノレ・フィリップ・デステルノ伯爵は『鳥の飛行について』（Du Vol des Oiseaux）という研究書を出版し、翌年にはルイ・ピエール・ムイヤールが影響力のある著書『空の帝国』（l'Empire de l'Air）を出版した。

1866年に英国航空協会が設立され、2年後には世界初の航空博覧会がロンドンのクリスタルパレスで開催され、ストリングフェローは最高の出力重量比を持つ蒸気機関で100ポンドの賞金を授与された。^{[ 86 ] [ 87 ]}

1871年、ウェンハムとブラウニングは最初の風洞を作った。^{[ 89 ]}協会のメンバーは風洞を使って、キャンバー翼がケイリーのニュートン力学の推論で予想されていたよりもはるかに大きな揚力を生み出し、 15度の角度で揚抗比が約5:1になることを知った。これは、実用的な空気より重い飛行機を建造できる可能性を明確に示していた。残された問題は、機体の制御と動力の問題だった。

1850年から1880年まで生きたフランス人、アルフォンス・ペノーは航空学に多大な貢献をした。彼は翼の輪郭と空気力学の理論を発展させ、飛行機、ヘリコプター、オーニソプターの模型を製作した。1871年、彼は「プラノフォア」と名付けた単葉機の模型で、空気力学的に安定した最初の固定翼飛行機を40メートル（130フィート）飛行させた。ペノーの模型には、尾翼の使用、固有の安定性のための翼の二面角、ゴム動力など、ケイリーの発見のいくつかが取り入れられていた。プラノフォアは縦方向の安定性も備えており、尾翼が翼よりも小さい迎角になるように調整されていたため、航空学の理論に独創的かつ重要な貢献をした。^{[ 90 ]} 

1870年代までに、軽量蒸気機関は航空機への実験的な使用に耐えうるほどに開発されていた。

フェリックス・デュ・テンプルは、1874年についに実物大の有人機で短距離のホップ飛行に成功した。彼の「モノプレーン」はアルミニウム製の大型機で、翼幅は42フィート8インチ（13メートル）、パイロットなしでの重量はわずか176ポンド（80キログラム）だった。この機体で何度か試験が行われ、ランプから離陸した後、自力で離陸し、短時間滑空して安全に地上に戻った。これは、モイの飛行より1年早く、史上初の動力飛行の成功例となった。^{[ 80 ] [ 91 ]}    

トーマス・モイが製作したエアリアル・スチーマー（モイ・シル・エアリアル・スチーマーとも呼ばれる）は、メチルアルコールを燃料とする3馬力（2.2kW ）の蒸気機関で駆動する無人タンデム翼機だった。全長は14フィート（4.3m ）、重量は約216ポンド（98kg ）で、そのうちエンジンは80ポンド（36kg ）を占め、3つの車輪で走行した。1875年6月に直径約300フィート（91m）の円形砂利敷きトラックでテストされた。時速12マイル（19km/h）を超える速度には達しなかったが、離陸するには時速約35マイル（56km/h）の速度が必要だった。 ^{[ 92 ]}しかし、歴史家のチャールズ・ギブス・スミスは、自力で地上を離れた最初の蒸気動力機としてこの機を挙げている。^{[ 93 ] [ 94 ]}       

ペノーが後に構想した水陸両用飛行機は、実際に製造されることはなかったものの、他にも現代的な特徴を備えていた。尾翼のない単葉機で、垂直尾翼1枚と牽引式プロペラ2基を備え、後部昇降舵と方向舵はヒンジ式、着陸装置は格納式、計器類を備えた完全密閉型のコックピットも特徴としていた。

理論家としてペノーと同等の権威を持っていたのは、同郷のヴィクトル・タタンであった。1879年、彼はペノーの設計と同様に、双発の牽引式プロペラを備えた単葉機でありながら、独立した水平尾翼を持つ模型飛行機を飛行させた。この飛行機は圧縮空気で推進され、空気タンクが胴体を形成していた。

ロシアでは、アレクサンドル・モジャイスキーが、大型の牽引車1基と小型の推進プロペラ2基で駆動する蒸気動力の単葉機を製作した。1884年、この飛行機は滑走路から発進し、30メートル（98フィート）の間、空中にとどまった。 

同年、フランスではアレクサンドル・グピルが著書『空中移動』 （La Locomotion Aérienne）を発表したが、彼が後に製作した飛行機は飛行に失敗した。

サー・ハイラム・マキシムはアメリカ人で、イギリスに移住してイギリス国籍を取得しました。彼は同時代の研究者をほとんど無視し、独自の旋回アーム装置と風洞を建設しました。1889年、彼はケント州ベクスリーのボールドウィンズ・マナーの敷地内に格納庫と作業場を建設し、多くの実験を行いました。彼は複葉機の設計を開発し、1891年に特許を取得し、3年後に試験機として完成させました。それは巨大な機体で、翼幅は105フィート（32メートル）、全長は145フィート（44メートル）、前後水平翼を備え、乗員は3名でした。2基の軽量複式蒸気機関がそれぞれ180馬力（130kW ）を発揮し、2基のプロペラを駆動しました。総重量は7,000ポンド（3,200kg ）でした。後の改良では、図に示すように翼面が追加されました。その目的は研究であり、空力的に安定しておらず、制御もできなかったため、ジェットコースターのように、離陸を防ぐための拘束レールが2組付いた1,800フィート（550メートル）の軌道上を走行した。 ^{[ 95 ]} 1894年、この機体は離陸するのに十分な揚力を発生させ、拘束レールの1本を破損し、その過程で損傷を受けた。マキシムはその後、この機体の開発を断念したが、20世紀に航空学に戻り、内燃機関で駆動する小型機の設計をいくつかテストした。^{[ 96 ]}     

蒸気動力のパイオニアの最後の一人であるクレマン・アデールは、マキシムのように、すでに次の段階に進んでいた同時代の人々を無視した（次のセクションを参照） 。1890年に彼が製作したエオールは、コウモリの翼を持つ牽引式単葉機で、短時間ながら制御不能なホップ飛行に成功し、自力で離陸した最初の重航空機となった。しかし、1897年に彼が製作した、これと似ているがより大きなアヴィオンIIIは、2基の蒸気機関を搭載しているという点以外に特筆すべき点はなく、飛行に失敗した。^{[ 97 ]}短時間の走行後、機体は突風にあおられ、軌道から外れて停止した。その後、フランス軍は資金提供を打ち切ったが、結果は秘密にされた。委員会は1910年11月にアデールの飛行試みに関する公式報告書を発表し、飛行は失敗に終わったと述べた。^{[ 98 ]}

マシアの協力を得て製作され、1879年にビオによって短時間飛行されたグライダーは、ムイヤールの研究に基づいており、形状は依然として鳥に似ていた。このグライダーはフランスの航空博物館に保存されており、現存する最古の有人飛行機械であるとされている。

19世紀末の10年ほどの間、多くの重要人物が現代の飛行機の改良と定義付けに尽力した。イギリス人のホレイショ・フィリップスは空気力学に重要な貢献をした。ドイツ人のオットー・リリエンタールとアメリカ人のオクターヴ・シャヌートはそれぞれ独立して滑空飛行の研究を行った。リリエンタールは鳥の飛行に関する著書を出版し、1891年から1896年にかけて、自身の理論を検証するために、単葉機、複葉機、三葉機など様々な構成のグライダーを製作した。彼は数千回の飛行を行い、亡くなる直前まで動力付きグライダーの研究に取り組んでいた。

フィリップスは、作動流体として蒸気を用いて、翼型断面に関する広範な風洞実験を行った。彼はケイリーとウェンハムが予見した空力揚力の原理を証明し、1884年以降、翼型に関する複数の特許を取得した。彼の研究成果は、現代のすべての翼型設計の基礎となっている。フィリップスは後に多翼機の設計に関する理論を発展させたが、後にその理論が根拠のないものであることを示した。

1880年代から、最初の実用的なグライダーにつながる構造上の進歩が見られました。特に、ジョン・J・モンゴメリー、オットー・リリエンタール、パーシー・ピルチャー、オクターブ・シャヌートの4人が活躍しました。最初の近代的なグライダーの1つは、1883年にジョン・J・モンゴメリーによって作られました。モンゴメリーは後に、1884年にサンディエゴ近郊でこのグライダーで1回の飛行に成功したと主張しました^{[ 99 ]。}モンゴメリーの活動は、シャヌートの著書『飛行機械の進歩』に記録されています。モンゴメリーは、1893年にシカゴで開催された航空会議で自身の飛行について語り、シャヌートは1893年12月にモンゴメリーのコメントを『アメリカン・エンジニア＆レイルロード・ジャーナル』に掲載しました。モンゴメリーは、1885年と1886年に2番目と3番目のグライダーで短距離飛行を行ったことも記述しています。^{[ 100 ]} 1886年から1896年の間、モンゴメリーは飛行機の実験よりも空気力学の物理学の理解に重点を置いた。別のハンググライダーは、早くも1877年にウィーン近郊でヴィルヘルム・クレスによって製作されていた。

オットー・リリエンタールは、ドイツの「グライダー王」または「空飛ぶ男」として知られていました。彼は1884年にウェンハムの研究を再現し、それを大幅に発展させ、1889年に『鳥の飛行を航空の基礎とする』（Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst ）として研究成果を発表しました。また、現在ハンググライダーとして知られるタイプのグライダーを数多く製作し、デルヴィッツァー・グライダーやノーマル・ソアリング装置など、コウモリ翼型、単葉型、複葉型など様々な形態を手がけました。1891年からは、制御された無係留滑空を日常的に行った最初の人物となり、また、空気より重い飛行機を操縦する姿を写真に収めた最初の人物となり、世界中で大きな注目を集めました。彼は写真を含む自身の研究を綿密に記録しており、そのため初期のパイオニアの中でも特に有名な人物の一人となっています。彼はまた、「飛ぶ前にジャンプする」という考え方を提唱し、研究者は単に紙の上で動力機を設計してそれがうまくいくことを期待するのではなく、グライダーから始めて段階的に発展させていくべきだと主張した。リリエンタールは、1896年にグライダーの墜落事故で負った怪我により亡くなるまで、2000回以上の滑空飛行を行った。リリエンタールは亡くなる直前まで、自身の設計した機体を動かすのに適した小型エンジンの開発にも取り組んでいた。

リリエンタールの遺志を継いで、オクターヴ・シャヌートは早期退職後に航空機設計に取り組み、いくつかのグライダーの開発資金を提供した。1896年の夏、彼のチームはインディアナ州ミラービーチで設計した機体を何度も飛行させ、最終的に複葉機が最適だと判断した。リリエンタールと同様に、彼は研究成果を記録し、写真も撮影し、世界中の志を同じくする研究者と活発に連絡を取り合っていた。シャヌートは特に、飛行中の航空機の空力不安定性の問題を解決することに関心を持っていた。鳥は瞬時の修正でこれを補正するが、人間は安定翼や操縦翼面を用いるか、リリエンタールが行ったように機体の重心を移動させることで対処しなければならなかった。最も厄介な問題は縦方向の不安定性（発散）であった。翼の迎角が増加すると、圧力中心が前方に移動し、迎角がさらに増加するためである。即座に修正しなければ、機体は機首を上げて失速する。横方向制御と方向制御の関係を理解することは、はるかに困難だった。

イギリスでは、マキシム社に勤務し、1890年代半ばから後半にかけて数機のグライダーを製作・飛行に成功させたパーシー・ピルチャーが、1899年に動力飛行機の試作機を製作した。近年の研究によると、この機体は飛行可能であったことが示されている。しかし、リリエンタールと同様、ピルチャーも試験飛行を行う前にグライダー事故で亡くなった。

オクターヴ・シャヌートの『飛行機械の進歩』（1894年）やジェームズ・ミーンズの『有人飛行の問題』（1894年）および『航空年鑑』 （1895～1897年）などの出版物は、最新の研究や出来事をより幅広い読者に伝えるのに役立った。

この時期にオーストラリアのローレンス・ハーグレイブが箱型凧を発明したことが、実用的な複葉機の開発につながった。1894年、ハーグレイブは4つの凧を連結し、吊り下げ式の座席を追加して、16フィート（4.9メートル）飛行した。安全で安定した飛行機を作ることが可能であることを懐疑的な人々に実証することで、ハーグレイブは他の発明家や先駆者たちの道を開いた。ハーグレイブは人生のほとんどを、飛行する機械の製作に捧げた。彼は科学界におけるオープンなコミュニケーションを熱烈に信じており、自分の発明を特許化しなかった。代わりに、彼は実験の結果を綿密に発表し、同じ分野で働く他の発明家とアイデアを相互に交換して、共同の進歩を加速できるようにした。^{[ 101 ]} 1889年までに、彼は圧縮空気で駆動する回転エンジンを製作した。 

オクターヴ・シャヌートは、単葉機よりも多翼機の方が効果的であると確信し、「支柱ワイヤー」で補強された翼構造を導入した。この構造は、剛性と軽量性を兼ね備えており、複葉機という形で、その後数十年にわたり航空機設計を支配することになる。

気球ジャンプも成功し始めた。1905年、ダニエル・マロニーは、ジョン・モンゴメリーが設計したタンデム翼のグライダーに乗って気球で高度4,000フィート（1,200メートル）まで上昇した後、気球から切り離され、滑空してあらかじめ決められた場所に着陸した。これは、カリフォルニア州サンタクララで行われた大規模な公開飛行デモンストレーションの一環だった。しかし、数回の飛行が成功した後、1905年7月の上昇中に気球のロープがグライダーに引っかかり、グライダーは切り離された後に構造的に破損し、マロニーは死亡した。 

グスタフ・ヴァイスコップはドイツ人で、アメリカに移住し、すぐにホワイトヘッドと改名した。1897年から1915年にかけて、飛行機やエンジンの設計と製造を行った。1901年8月14日、ホワイトヘッドはコネチカット州フェアフィールドで、自身の21号単葉機で動力飛行を制御された状態で行ったと主張した。この飛行とされる出来事はブリッジポート・サンデー・ヘラルド紙に掲載され、アメリカの多くの新聞や海外のいくつかの新聞にも転載された。^{[ 102 ]}ホワイトヘッドは1902年1月17日にも、22号単葉機を使ってさらに2回の飛行を行ったと主張した。彼は、この飛行機は40馬力（30kW ）のモーターと2つの牽引式プロペラを備え、プロペラの速度差と方向舵で制御されていると説明した。彼は10キロメートル（6.2マイル）の円を描いて飛行したと主張した。  

ホワイトヘッドの主張は、航空史家によって概ね否定されている。スミソニアン協会や王立航空協会などは、ホワイトヘッドが報告されているように飛行したとは認めていない。^{[ 103 ] [ 104 ]} 2013年3月、ジェーンズ・オール・ザ・ワールドズ・エアクラフトは、ポール・ジャクソンによる社説を掲載し、ホワイトヘッドの飛行を、有人、動力、制御された重航空機の最初の飛行として認めた。^{[ 105 ]}ジェーンズの親会社はその後、社説から距離を置き、「この記事は、この問題に関するジャクソン氏の意見を反映したものであり、IHSジェーンズの意見を反映したものではない」と述べた。^{[ 106 ]}

天文学で輝かしい経歴を積んだ後、スミソニアン協会の事務局長に就任する直前に、サミュエル・ピアポント・ラングレーは、現在のピッツバーグ大学で空気力学の本格的な研究を開始した。1891年に、彼は研究の詳細を記した『空気力学の実験』を出版し、その後、設計図の製作に取り掛かった。彼は自動的な空気力学的安定性を実現することを望んでいたため、飛行中の制御についてはほとんど考慮しなかった。 ^{[ 107 ]} 1896年5月6日、ラングレーの飛行場第5号機は、無人エンジン駆動の大型航空機による初の持続飛行に成功した。この機体は、バージニア州クアンティコ近郊のポトマック川に浮かぶハウスボートの上に設置されたバネ式カタパルトから発射された。その日の午後、2回の飛行が行われた。1回目は1,005メートル（3,297フィート）、2回目は700メートル（2,300フィート）で、速度は約25マイル毎時（40 km/h）であった。どちらの場合も、重量を節約するために着陸装置が装備されていなかったため、飛行場5号は計画通り水上に着水した。1896年11月28日、飛行場6号で別の飛行が成功した。この1,460メートル（4,790フィート）の飛行は、アレクサンダー・グラハム・ベルによって目撃され、写真に撮られた。飛行場6号は実際には飛行場4号を大幅に改造したものであった。元の機体の痕跡はほとんど残っていなかったため、新しい名称が与えられた。       

エアロドローム 5号機と6号機 の成功を受けて、ラングレーは自身の設計に基づいた実物大の有人機を建造するための資金を探し始めた。米西戦争に刺激された米国政府は、空中偵察用の有人飛行機を開発するために彼に5万ドルを支給した。ラングレーはエアロドロームA として知られるスケールアップ版を建造する計画を立て、まずは小型の4分の1スケールのエアロドロームから着手した。この機体は1901年6月18日に2回飛行し、その後1903年にはより新しく強力なエンジンを搭載して再び飛行した。

基本設計がテストに成功したように見えたため、彼は次に適切なエンジンの問題に取り掛かった。彼はスティーブン・バルザーにエンジンの製作を依頼したが、期待していた12馬力（8.9kW ）ではなく、わずか8馬力（6.0kW ）しか出なかったため落胆した。ラングレーの助手であるチャールズ・M・マンリーは、設計を改良し、 950rpmで52馬力（39kW ）を発揮する5気筒水冷星型エンジンを開発した。この偉業を再現するには何年もかかった。こうして動力と設計の両方を手に入れたラングレーは、大きな期待を胸に、この二つを組み合わせた。    

残念なことに、完成した航空機はあまりにも脆弱であることが判明した。元の小型モデルを単純に拡大しただけでは、機体を維持するには弱すぎる設計になってしまった。1903年後半に行われた2回の打ち上げはいずれも、エアロドロームがすぐに水面に墜落するという結果に終わった。パイロットのマンリーは毎回救助された。また、航空機の操縦システムはパイロットの迅速な対応を可能にするには不十分であり、横方向の制御方法もなく、エアロドロームの空中安定性はぎりぎりだった。^{[ 107 ]}

ラングレーのさらなる資金調達の試みは失敗に終わり、彼の努力は終わった。12月8日の2回目の打ち上げ失敗から9日後、ライト兄弟はフライヤー号の飛行に成功した。グレン・カーチスはエアロドロームに93の改良を加え、1914年にこの全く異なる航空機を飛ばした。^{[ 107 ]}スミソニアン協会は、これらの改良を認めずに、ラングレーのエアロドロームが「飛行可能な」最初の機械であると主張した。^{[ 108 ]} スミソニアン協会は最終的に1928年にこの主張を撤回した。

リチャード・ウィリアム・ピアース（1877年12月3日 - 1953年7月29日）は、ニュージーランドの農夫であり発明家で、航空実験の先駆者であった。何年も後にインタビューを受けた目撃者たちは、1903年3月31日にピアースが動力付きの重航空機を操縦し着陸するのを目撃したと証言している。

ライト兄弟は、航空のパイオニアたちが直面していた操縦性と動力の両方の問題を解決した。彼らは翼のねじりを利用してロール制御を発明し、操舵可能な後部方向舵を用いてロール制御とヨー制御を同時に実現した。ロール制御手段としての翼のねじりは航空史の初期には短期間しか使用されなかったが、ロール制御とヨー制御を組み合わせるという革新は、飛行制御における根本的な進歩であった。ピッチ制御には、ライト兄弟は前方昇降舵（カナード）を使用したが、これも後に時代遅れとなった設計要素である。

ライト兄弟は、翼型の厳密な風洞実験と実物大グライダーの飛行試験を行った。彼らは実用的な動力飛行機「ライトフライヤー」を製作しただけでなく、航空工学の分野を大きく発展させた。

彼らは動力飛行機の飛行を試みる前に、動力のない航空機の操縦性に重点を置いた。1900年から1902年にかけて、彼らは3機のグライダーを製作し、飛行させた。最初の2機は、19世紀の先人たちの実験や著作に基づいてライト兄弟が予想していたよりもはるかに効率が悪かった。1900年のグライダーは彼らが期待していた揚力の約半分しか得られず、1901年のグライダーはさらに性能が悪く、応急的な改造によってようやく実用化されるまで続いた。

答えを求めて、ライト兄弟は独自の風洞を建設し、200種類の模型サイズの翼設計の揚力と抗力を計算するための高度な測定装置を装備しました。^{[ 109 ]}その結果、ライト兄弟は揚力と抗力の計算における以前の誤りを修正し、この知識を使用してシリーズ3番目の1902グライダーを製作しました。これは、ピッチ、ロール、ヨーの3軸すべてで機械的に制御可能な、初の有人、空気より重い飛行機となりました。その先駆的な設計には、以前のグライダーよりもアスペクト比の高い翼も含まれていました。兄弟は1902グライダーを数百回飛行させることに成功し、その性能は以前の2つのバージョンよりもはるかに優れていました。

ライト兄弟は、エンジン駆動の飛行機「フライヤー」に十分な動力を得るため、低出力の内燃機関を設計・製作した。風洞実験のデータを基に、それまでのどのプロペラよりも効率的な木製プロペラを設計・製作し、低出力エンジンでも十分な性能を発揮できるようにした。フライヤーの設計には、ライト兄弟が自ら飛行技術を習得し、生命や身体に過度な危険を及ぼすことなく、墜落事故の際の生存率を高めたいという願望も影響していた。エンジン出力が限られていたため、飛行速度は低く、向かい風の中を離陸する必要があった。

スミソニアン協会と国際航空連盟（FAI）によると、 ^{[ 110 ] [ 111 ]}ライト兄弟は、1903年12月17日にノースカロライナ州キティホークの南4マイル（6.4km ）にあるキルデビルヒルズで、動力付き有人飛行を初めて持続的に制御し、成功させた。 ^{[ 112 ]}オービル・ライトによる最初の飛行は、12秒間で120フィート（37m ）を飛行し、有名な写真に記録されている。同日に行われた4回目の飛行では、ウィルバー・ライトが59秒間で852フィート（260m ）を飛行した。フレッド・E・C・キュリック教授とヘンリー・R・レックス（1985）による現代の分析では、1903年のライトフライヤーは非常に不安定で、1902年のグライダーで訓練を積んだライト兄弟以外にはほとんど操縦不可能であったことが実証されている。^{[ 113 ]}   

ライト兄弟は飛行機の開発を続け、 1904年から1905年にかけてオハイオ州デイトン近郊のハフマン・プレーリーで飛行した。1905年の墜落事故の後、彼らはフライヤーIIIを再建し、重要な設計変更を行った。昇降舵と方向舵のサイズをほぼ2倍にし、翼からの距離を約2倍にした。昇降舵の間に2枚の固定垂直羽根（「ブリンカー」と呼ばれる）を追加し、翼にわずかな上反角を与えた。方向舵を翼のねじり制御から切り離し、将来のすべての航空機と同様に、独立した操縦桿に取り付けた。フライヤーIIIは（車輪はなく、発射装置を使用していたものの）最初の実用的な航空機となり、常に完全に制御された状態で飛行し、パイロットを安全に出発地点に戻し、損傷なく着陸させた。1905年10月5日、ウィルバーは39分23秒で24マイル（39km ）を飛行した。 ^{[ 114 ]} 

最終的にライト兄弟は前翼を完全に放棄し、 1910年のモデルBでは、当時一般的になりつつあった尾翼を採用した。

1907年4月号のサイエンティフィック・アメリカン誌によると^{[ 115 ]}、ライト兄弟は当時、空気より重い航空機の航行に関する最も先進的な知識を持っていたようだった。しかし、同誌は1907年4月号以前には米国で公開飛行は行われていなかったとも主張していた。そのため、彼らは空気より重い飛行機の開発を奨励するためにサイエンティフィック・アメリカン航空トロフィーを考案した。

初期の動力飛行の歴史は、初期のエンジン製造の歴史と非常によく似ている。ライト兄弟は独自のエンジンを設計した。彼らは、12馬力（8.9kW ）の水冷4気筒直列エンジンを1基使用し、5つのメインベアリングと燃料噴射装置を備えていた。ホワイトヘッドの機体は、彼が設計した2基のエンジンで動いていた。1基は、離陸速度に達するために前輪を駆動する10馬力（7.5kW ）の地上エンジンで、もう1基はプロペラを駆動する20馬力（15kW ）のアセチレンエンジンだった。ホワイトヘッドは熟練した機械工で、他の飛行士にエンジンを製造・販売することで航空機の資金を調達したと言われている。^{[ 118 ]}初期のエンジンのほとんどは、実用には十分な出力も信頼性もなく、改良されたエンジンの開発は機体自体の改良と並行して進められた。   

ヨーロッパでは、レオン・ルヴァヴァスールのアントワネット8Vが、1902年に初めて特許を取得し、V型8気筒エンジンの先駆けとして、1906年の発表後数年間、飛行界を席巻し、当時の多くの著名な航空機に搭載された。直接燃料噴射、蒸発式水冷などの先進的な機能を備え、約50馬力（37kW ）の出力を発生した。 

1908年に開発されたブリティッシュ・グリーンC.4は、ライト兄弟の設計思想を踏襲した直列4気筒水冷エンジンを搭載していたが、出力は52馬力（39kW ）だった。このエンジンは、AVローの機体をはじめとする多くの先駆的な航空機に搭載され、成功を収めた。 

水平対向エンジンも製造された。水冷式の4気筒エンジンを搭載したデ・ハビランド・アイリスは45馬力（34kW ）を発揮したが、あまり普及しなかった。一方、成功を収めた2気筒エンジンのニューポールは、1910年に28馬力（21kW ）を達成した。   

1909年には星型エンジンが重要性を増した。 1909年のアンザニ3気筒半星型またはファンエンジン（真の120°シリンダー角星型で製造された）は、わずか25馬力（19kW ）しか発生しなかったが、アントワネットよりはるかに軽量で、ルイ・ブレリオがドーバー海峡横断飛行に選んだ。より革新的だったのは、セガン兄弟のグノーム回転星型エンジンシリーズで、 1906年に50馬力（37kW ）の空冷7気筒回転エンジン、グノーム・オメガがデビューした。回転エンジンでは、クランクシャフトは機体に固定され、エンジンケーシングとシリンダー全体がプロペラとともに回転する。このタイプは1887年にローレンス・ハーグレイブによって導入されていたが、グノームに施された改良により、堅牢で比較的信頼性が高く軽量な設計が実現し、航空に革命をもたらし、その後10年間にわたって継続的な開発が行われた。燃料はクランクケースから直接各シリンダーに供給されるため、排気バルブのみが必要だった。より大型で強力な9気筒、80馬力のル・ローヌ9Cロータリーエンジンは1913年に登場し、軍事用途で広く採用された。  

直列型とV型エンジンは依然として人気が高く、ドイツのメルセデス社は水冷式6気筒モデルを数多く生産した。1913年には、大成功を収めた75キロワット（101馬力）のDIシリーズを発表した。 

複葉機の軽さと強度という利点は、2枚の翼を非常に近い位置に配置することに伴う非効率性によって相殺される。複葉機と単葉機の設計は互いに競い合い、1914年の戦争勃発時にも両方とも生産されていた。

注目すべき開発ではあったものの、失敗に終わったのは、史上初の片持ち式単葉機が製造されたことだった。 1911年のアントワネット・モノブロックは、完全に密閉されたコックピットと流線型の着陸装置を備えていたが、V-8エンジンの50馬力（37kW ）の出力では、せいぜい数フィートしか飛行できなかった。より成功したのは、モーリス・プレヴォーが操縦し、 1913年の第1回シュナイダー・トロフィー・レースで優勝したデペルデュッサン支柱式単葉機で、 10km（6.2マイル）のコースを28周し、平均時速73.63km（45.75mph ）を記録した。    

三葉機も実験され、特にイギリスのパイオニアであるAV・ローが1909年から1910年にかけて製作した一連の機体が注目を集めた。さらに4枚の翼を持つ四葉機も稀に登場した。多数の非常に薄い翼を持つ多葉機も実験され、ホレイショ・フィリップスが最も成功を収めた。彼の最終試作機は、このアイデアの非効率性と性能の低さを裏付けるものとなった。

翼の設計においては、他にも斬新なアプローチが試みられていた。スコットランド生まれの発明家アレクサンダー・グラハム・ベルは、細胞状の八面体翼を考案したが、多翼機と同様に、期待外れに非効率的であることが判明した。その他、エドワーズ菱形翼、リー・リチャーズ環状翼、そして複数の翼を直列に連結した翼など、性能の振るわない翼も存在した。

これらの初期の実験的な形態の多くは、原理的には非常に実用的であり、その後再び登場している。

初期の研究は、飛行に十分な安定性を備えた機体を作ることに主眼が置かれていたが、完全な操縦性を実現するには至らなかった。一方、ライト兄弟は、フライヤー号を完全に操縦可能にするために安定性を犠牲にしていた。実用的な航空機には、安定性と操縦性の両方が必要である。いくつかの設計で安定性は達成されたものの、その原理は完全には理解されておらず、進歩は不規則であった。エルロンは徐々に横方向の操縦に翼のねじりを置き換えるようになったが、ブレリオXIのように、設計者が一時的に翼のねじりに戻ることもあった。同様に、全可動式の尾翼は、ヒンジ付きの操縦翼面を備えた固定式の安定翼に取って代わられた。初期のライトフライヤーのカナード推進式構成は、牽引式プロペラ機の設計に取って代わられた。

フランスでは、比較的急速な進歩が見られた。

1906 年 10 月 23 日と 11 月 12 日に、ブラジル人のアルベルト・サントス・デュモンは、14-bisでフランスで公開飛行を行った。^{[ 119 ]}翼の大きな上反角を持つカナード推進式複葉機で、ハーグレイブ式のボックスセル翼を持ち、前方に取り付けられた「ボックスカイト」アセンブリは、昇降舵と方向舵の両方として機能するように可動式であった。彼の飛行は、フランス航空クラブによって検証された動力付き重航空機による最初の飛行であり、 25 メートル (82フィート)を超える最初の公式観測飛行に対してドイツ大司教賞を受賞した。その後、 21.5秒で220 メートル (720フィート)を飛行し、国際航空連盟によって認められた最初の世界記録を樹立した。 ^{[ 120 ] [ 121 ]}横方向の制御がなかったので、これらの飛行の後、11月下旬に、彼は翼の間に原始的な補助翼として補助面を追加し、さらに数回飛行した。^{[ 122 ]}   

翌年、ルイ・ブレリオは、水平尾翼を昇降舵と補助翼を兼ねて三軸制御を行う牽引式単葉機ブレリオ VIIを飛ばした。その直系の子孫であるブレリオ VIIIは、 1908 年 4 月に現代の航空機の飛行制御システムの認識可能な要素を統合した最初の機体であった。 ^{[ 123 ]}ホレイショ・フィリップスとトライアン・ヴイアが失敗したところで、ブレリオの機体は最初の実用的な牽引式単葉機であり、フランス航空のトレンドの始まりとなった。1909 年までに、彼はこの構成を改良し、ブレリオ XI は、尾翼を昇降舵としてのみ使用し、翼のねじりを横方向の制御に使用するなど、他の改良とともにイギリス海峡を横断できるようになった。1907 年に登場した別の設計は、ヴォワザン複葉機であった。この機体には横方向の制御機構がなく、方向舵のみで浅い旋回しかできなかったが、アンリ・ファルマンによってその年を通して飛行が成功し、1908年1月13日、彼は機体自身の動力による離着陸を含む、公式に観測された1キロメートルの周回飛行を完了した最初の飛行士として、5万フランのドイチュ・ド・ラ・ムルト＝アルシュデコン航空大賞を受賞した。

フランスの先駆者レオン・ルヴァヴァスールの設計は、彼が設立したアントワネット社という名前でよく知られている。1908年に彼が設計したアントワネットIVは、現在では一般的な構成となっている単葉機で、水平尾翼と垂直尾翼にはそれぞれ可動式の操縦翼面があり、主翼には補助翼が備えられていた。補助翼は十分な効果を発揮せず、後のモデルでは翼のねじり制御に置き換えられた。

1908年末、ヴォワザン兄弟はアンリ・ファーマンが注文した飛行機をJTCムーア・ブラバゾンに売却した。これに憤慨したファーマンは、ヴォワザンの設計にエルロンを追加して独自の飛行機を製作した。尾翼とエルロンにさらなる改良を加えたファーマンIIIは、 1909年から1911年の間に最も売れた飛行機となり、広く模倣された。イギリスでは、アメリカ人亡命者のサミュエル・コディが1908年にライトフライヤーに似たレイアウトの飛行機を飛ばし、尾翼と大きな前部昇降舵を組み込んだ。1910年には、翼間にエルロンを装備した改良型がミシュランカップ競技で優勝し、ジェフリー・デ・ハビランドの2番目のファーマン型飛行機は上翼にエルロンを備え、ロイヤル・エアクラフト・ファクトリーFE1となった。ファーマンIIIのコピーであるブリストル・ボックスカイトは大量生産された。アメリカでは、グレン・カーチスが最初にAEAジューンバグを飛ばし、次にゴールデンフライヤーを飛ばし、1910年に海軍の甲板への初の離着陸に成功した。一方、ライト兄弟自身も安定性と操縦性の両方を実現するという問題に取り組んでおり、前翼をさらに改良した後、まず尾部に小型の2つ目の翼を追加し、最終的には前翼を完全に撤去した。彼らは1910年に2人乗りのモデルBを発表し、1911年にバージェス・モデルFとして生産のライセンスを取得した。

他にも多くの斬新なレイアウトが試みられたが、有望なものはごくわずかだった。イギリスでは、JW Dunne が円錐形の上面を持つ後退翼を備えた尾翼のない推進式飛行機を開発した。彼のD.5複葉機は 1910 年に初飛行し、完全に安定していることが証明された。Dunne は意図的に完全な 3 軸制御を避け、代わりに操作が容易で、実際にははるかに安全だと考えたシステムを考案した。Dunne のシステムは広く採用されることはなかった。彼の尾翼のない設計は、フランスのNieuport社とアメリカでBurgess-Dunne社によってライセンス生産されたD.8で頂点に達したが、Dunne が将校を務めていたイギリス陸軍は、安定性が高すぎて戦闘での機動性が不十分であるとして、実用的な戦闘機として却下した。

1901年、オーストリアで、ヴィルヘルム・クレスは、アルミニウム製の2つのフロートと3枚のタン​​デム翼を備えた、出力不足のフロート飛行機「ドラッヘンフリーガー」で離陸に失敗した。

1910年、フランスでアンリ・ファーブルがハイドラヴィオンで初の水上飛行機飛行に成功した。^{[ 124 ]}これは複葉の前部と三輪式の短いフロートを3つ備えた単葉機だった。

1912年、世界初の水上機母艦であるフランス海軍のフードルが、最初の水上機であるヴォワザン・カナールを搭載しました。^{[ 125 ]}

初期の水上飛行機の問題点の一つは、速度が上がるにつれて水と機体の間に吸引力が生じ、機体が沈み込み離陸を妨げてしまうことだった。イギリスの設計者ジョン・シリル・ポルテは、機体の底部に段差を設けることで吸引力を弱める技術を考案し、これが1914年のカーチス・モデルHに採用された。