Thế hệ và ứng dụng sức mạnh: vấn đề lực đẩy
Vào đầu thế kỷ 19, các chuyến bay nặng hơn không khí được duy trì liên tục vẫn không thể thực hiện được do thiếu các nhà máy điện phù hợp. Mức độ công nghệ cho phép chuyến bay có giới hạn thậm chí nằm trong một thế kỷ trong tương lai. Cơ chế đồng hồ và các loại hệ thống chạy bằng lò xo khác rõ ràng không phù hợp với chuyến bay của con người. Trong khi điện cung cấp một số khí cầu trong quý cuối cùng của thế kỷ, tỷ lệ công suất trên trọng lượng kém của các hệ thống như vậy khiến chúng ta khó có thể tưởng tượng ra một chiếc máy bay chạy bằng điện.
Tiềm năng hàng không của các hệ thống động lực, từ động cơ không khí nóng đến thuốc súng đến khí nén và thậm chí đến các nhà máy điện axit cacbonic đã được thảo luận trong suốt thế kỷ. Cụ thể là Lawrence Hargrave của Úc đã thử nghiệm các hệ thống đẩy khí nén. Tuy nhiên, động cơ hơi nước và đốt trong nhanh chóng nổi lên như sự lựa chọn của hầu hết các thí nghiệm nghiêm túc. Đầu năm 1829, FD Artingstall đã chế tạo một ornithoptor chạy bằng hơi nước quy mô đầy đủ, cánh của chúng đã bị đập vỡ khi hoạt động ngay trước khi nồi hơi phát nổ. Một động cơ hơi nước nhẹ được phát triển bởi nhà tiên phong người Anh Frederick Stringfellow vào năm 1868 để cung cấp năng lượng cho một chiếc máy bay mô hình ba tầng còn tồn tại trong bộ sưu tập của Viện Smithsonian, Washington, DC
Alexandr Mozhaysky (1884), người Anh Hiram Maxim (1894) và người Pháp Clément Ader (1890; xem Ader Éole và Ader Avion) từng nhảy các máy chạy bằng hơi nước quy mô lớn lên khỏi mặt đất trong khoảng cách ngắn, mặc dù không ai trong số đó là thủ công có khả năng duy trì hoặc kiểm soát chuyến bay. Tại Hoa Kỳ, Samuel Pierpont Langley đã đạt được các chuyến bay duy trì đầu tiên vào năm 1896 khi ông cho ra mắt hai chiếc máy bay mô hình chạy bằng hơi nước tương đối lớn của mình (xem sân bay số 5 của Langley) trên các hành trình trên không tới 3/4 dặm (1,2 km) qua sông Potomac.
Khi kết thúc thế kỷ 19, động cơ đốt trong nổi lên như một nhà máy điện hàng không thậm chí còn hứa hẹn hơn. Quá trình đã bắt đầu vào năm 1860, khi Étienne Lenoir của Bỉ chế tạo động cơ đốt trong đầu tiên, được cung cấp nhiên liệu bằng khí đốt. Tại Đức, Nikolaus A. Otto đã thực hiện bước tiếp theo vào năm 1876, sản xuất động cơ bốn thì đốt nhiên liệu lỏng. Kỹ sư người Đức Gottlieb Daimler đã đi tiên phong trong việc phát triển động cơ xăng tốc độ cao, một trong số đó ông đã gắn trên một chiếc xe đạp vào năm 1885. Kỹ sư người Đức Karl Benz đã sản xuất chiếc ô tô thực sự đầu tiên vào năm sau, một chiếc xe ba bánh mạnh mẽ có chỗ ngồi cho người điều khiển và hành khách. Năm 1888, Daimler đã thuyết phục Karl Woelfert, một bộ trưởng Luther khao khát được bay, để trang bị một chiếc khinh khí cầu thử nghiệm với động cơ xăng một xi-lanh, phát triển tất cả tám mã lực. Thử nghiệm ban đầu đã thành công ngoài lề, mặc dù hệ thống đánh lửa ngọn lửa mở cho thấy mối nguy hiểm rõ ràng đối với khinh khí cầu chứa đầy hydro. Trên thực tế, Woelfert đã chết khi một động cơ đốt trong cuối cùng đã tạo ra một khinh khí cầu lớn hơn nhiều vào năm 1897.
Khi bắt đầu sự nghiệp trong ngành hàng không, anh em nhà Wright nhận ra rằng những người đam mê ô tô đang sản xuất động cơ đốt trong nhẹ hơn và mạnh hơn bao giờ hết. Hai anh em cho rằng nếu các thí nghiệm trượt của họ tiến triển đến mức họ cần một nhà máy điện, sẽ không khó để mua hoặc chế tạo động cơ xăng cho máy bay của họ.
Họ đã cơ bản chính xác. Sau khi bay chiếc tàu lượn thành công năm 1902, anh em nhà Wright tự tin rằng đôi cánh của họ sẽ nâng trọng lượng của một cỗ máy bay chạy bằng năng lượng và họ có thể điều khiển một chiếc máy bay như vậy trong không trung. Hơn nữa, ba năm kinh nghiệm với tàu lượn và thông tin thu thập được với hầm gió của họ, cho phép họ tính toán lượng năng lượng chính xác cần thiết cho chuyến bay duy trì. Không thể quan tâm đến một nhà sản xuất có kinh nghiệm trong việc sản xuất một động cơ đáp ứng các thông số kỹ thuật về trọng lượng tương đối hẹp của họ, anh em đã thiết kế và xây dựng nhà máy điện của riêng họ.
Charles Taylor, một thợ máy mà anh em làm việc trong cửa hàng xe đạp của họ, đã sản xuất một động cơ bốn xi-lanh với khối nhôm đúc tạo ra khoảng 12,5 mã lực với tổng trọng lượng khoảng 200 pound (90 kg), bao gồm cả nhiên liệu và chất làm mát. Đây không phải là nhà máy điện hàng không tiên tiến hoặc hiệu quả nhất trên thế giới. Langley, người cũng đang chế tạo một cỗ máy bay chạy bằng năng lượng đầy đủ, đã chi hàng ngàn đô la để sản xuất một động cơ xuyên tâm năm xi-lanh với tổng trọng lượng tương đương với động cơ Wright nhưng phát triển 52,4 mã lực. Langley đã sản xuất một động cơ vượt trội hơn nhiều so với anh em nhà Wright và một chiếc máy bay, sân bay số 6, không bay được khi thử nghiệm vào năm 1903. Mặt khác, anh em nhà Wright đã phát triển một động cơ sản xuất chính xác năng lượng cần thiết để đẩy phi công của họ vào năm 1903, máy bay đầu tiên trên thế giới trình diễn chuyến bay duy trì.
Thiết kế cánh quạt cho máy bay 1903 thể hiện một nhiệm vụ khó khăn hơn nhiều và thành tựu kỹ thuật lớn hơn nhiều so với sự phát triển của động cơ. Các cánh quạt không chỉ phải hiệu quả mà còn phải tạo ra một lực đẩy tính toán khi vận hành ở một tốc độ cụ thể của động cơ. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải nhận ra rằng một khi đã đạt được chuyến bay chạy bằng năng lượng, việc phát triển các động cơ mạnh hơn và hiệu quả hơn đã trở thành một yếu tố thiết yếu trong nỗ lực cải thiện hiệu suất máy bay.
