Avionul modern s-a născut la începutul secolului XX, după un secol de experimente cu planoare și modele. Frații Wilbur și Orville Wright au realizat pe 17 decembrie 1903, în Statele Unite, primul zbor controlat și susținut cu un aparat motorizat mai greu decât aerul. Trei ani mai târziu, pe 18 martie 1906, românul Traian Vuia a decolat lângă Paris cu un monoplan care a pornit de pe sol doar cu propriile mijloace, pe roți, un pas important spre avionul obișnuit de azi.
Ca să înțelegi de ce ambele momente contează, trebuie să știi ce problemă încercau să rezolve pionierii: nu doar să ridice o mașină de la sol, ci să o controleze în aer și să o facă să decoleze și să aterizeze în siguranță. Mai jos găsești fizica zborului pe înțeles, pașii care au dus la primul avion și locul aviatorilor români în această poveste.
De ce zboară un avion: cele patru forțe
Un avion zboară atunci când aripile lui produc o forță în sus, numită portanță, cel puțin egală cu greutatea lui, iar motorul produce o tracțiune care învinge rezistența la înaintare a aerului. Cele patru forțe acționează permanent asupra oricărui aparat de zbor.
| Forță | Direcție | Ce o produce |
|---|---|---|
| Portanța | în sus, perpendicular pe direcția de zbor | aripa care deviază aerul în jos |
| Greutatea | în jos | atracția gravitațională a Pământului |
| Tracțiunea | înainte | elicea sau motorul cu reacție |
| Rezistența la înaintare | înapoi | frecarea și presiunea aerului pe aparat |
Cum produce aripa portanță
Aripa are un profil curbat și este înclinată ușor față de curentul de aer, unghi numit unghi de atac. Ea deviază aerul în jos, iar, conform legii acțiunii și reacțiunii, aerul împinge aripa în sus. În același timp, aerul curge mai repede pe deasupra aripii decât pe dedesubt, iar presiunea de deasupra scade. Cele două explicații, prin deviația aerului și prin diferența de presiune, sunt fețe ale aceluiași fenomen. Legile de mișcare implicate sunt explicate în articolul despre legile lui Newton, iar atracția Pământului în articolul despre gravitație.
Atenție: Explicația des întâlnită, potrivit căreia aerul de deasupra aripii „trebuie să ajungă în același timp” cu cel de dedesubt, este greșită. Aerul de deasupra ajunge de fapt mai repede la bordul de fugă, iar explicația corectă ține de curbarea curentului de aer de către aripă.
Controlul pe trei axe
Un avion se rotește în jurul a trei axe, iar pilotul trebuie să le controleze pe toate:
- Ruliul, înclinarea pe o parte, controlat de eleroane, la capetele aripilor.
- Tangajul, ridicarea sau coborârea botului, controlat de profundor, la coadă.
- Girația, rotirea botului spre stânga sau spre dreapta, controlată de direcție (cârma verticală).
Tocmai controlul pe trei axe a fost marea problemă rezolvată de frații Wright.
Pionierii dinaintea avionului
Înainte de avionul cu motor, câțiva cercetători au stabilit forma de bază a unui aparat cu aripă fixă și au învățat, prin planoare, cum se comportă aerul. Fără ei, primul zbor motorizat ar fi întârziat mult.
George Cayley
Englezul George Cayley a descris, la începutul secolului al XIX-lea, configurația avionului modern: aripă fixă pentru portanță, sistem separat pentru propulsie și ampenaj la coadă pentru stabilitate. A construit planoare, inclusiv unul care a transportat un om pe o distanță scurtă, la mijlocul secolului.
Otto Lilienthal
Germanul Otto Lilienthal a efectuat, în anii 1890, aproximativ două mii de zboruri cu planoare construite de el, lansându-se de pe dealuri. Și-a controlat aparatele mutându-și greutatea corpului și a publicat date despre profilurile de aripă. A murit în 1896, în urma unui accident cu planorul. Fotografiile zborurilor lui au inspirat o generație întreagă, inclusiv pe frații Wright.
Încercări eșuate
La sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului XX, mai multe aparate motorizate au fost construite fără succes. Unele aveau motoare puternice, dar nu puteau fi controlate; altele erau prea grele. Lecția a fost clară: puterea motorului nu ajunge fără stabilitate și control.
Frații Wright și zborul de la Kitty Hawk
Frații Wright au reușit pentru că au tratat zborul ca pe o problemă de inginerie, pe care au descompus-o în trei părți: portanța, propulsia și controlul. Erau constructori de biciclete din Dayton, Ohio, obișnuiți cu mecanisme ușoare și cu echilibrul dinamic.
Metoda lor de lucru
- Au observat zborul păsărilor și au ajuns la ideea de a torsiona capetele aripilor pentru a controla ruliul.
- Au testat planoare pe dunele de la Kitty Hawk, în Carolina de Nord, unde vântul era constant și nisipul moale.
- Când au constatat că datele publicate de alții erau greșite, au construit un tunel aerodinamic mic și au testat sute de profiluri de aripă.
- Au proiectat elice eficiente, tratându-le ca pe niște aripi care se rotesc.
- Mecanicul lor, Charlie Taylor, a construit un motor ușor, de aproximativ 12 cai-putere.
Ziua de 17 decembrie 1903
Aparatul, numit Flyer, a fost lansat de pe o șină de lemn, pe vânt puternic. Primul zbor, pilotat de Orville, a durat aproximativ 12 secunde și a acoperit circa 36 de metri. În aceeași zi au mai urmat trei zboruri, cel mai lung, pilotat de Wilbur, de aproape un minut și circa 260 de metri.
După 1903
În anii următori, frații Wright au perfecționat aparatul lângă Dayton, ajungând la zboruri de peste o jumătate de oră, cu viraje și cercuri complete. Pentru decolare foloseau șina și, de la un moment dat, o catapultă cu greutate care trăgea aparatul. Au lucrat aproape fără public până în 1908, când demonstrațiile din Franța și din Statele Unite au convins lumea.
Traian Vuia și decolarea fără ajutor
Traian Vuia a urmărit o idee diferită de a fraților Wright: un avion care să decoleze de pe teren plat, pe roți, folosind doar forța motorului propriu. Este exact felul în care decolează avioanele de azi.
Cine a fost Traian Vuia
Născut în 1872 în Banat, Vuia a studiat la Budapesta, apoi s-a stabilit la Paris, unde a lucrat la proiectul său de „aeroplan-automobil”. Aparatul Vuia I era un monoplan cu aripi de pânză pe o structură metalică, cu tren de aterizare pe roți de bicicletă cu pneuri și motor alimentat cu acid carbonic.
Zborul din 18 martie 1906
La Montesson, lângă Paris, Vuia I a rulat pe sol, a prins viteză și s-a ridicat la aproximativ un metru, parcurgând în jur de 12 metri înainte ca motorul să se oprească. Distanța a fost mică, dar aparatul a decolat singur, fără șină, catapultă sau vânt puternic din față. În lunile următoare, Vuia a mai făcut sărituri cu distanțe ceva mai mari.
Cum se compară cele două contribuții
| Aspect | Frații Wright, 1903 | Traian Vuia, 1906 |
|---|---|---|
| Tipul aparatului | biplan, cu motor pe benzină | monoplan, cu motor cu acid carbonic |
| Decolarea | de pe șină, cu vânt din față; ulterior catapultă | de pe sol plat, pe roți, cu forțe proprii |
| Controlul | pe trei axe, prin torsionarea aripilor | limitat |
| Durata și distanța | până la aproape un minut, circa 260 m | circa 12 m, la un metru înălțime |
| Ce a demonstrat | zborul controlat și susținut | decolarea autonomă pe roți |
Vuia a contribuit și la popularizarea monoplanului, configurație preluată apoi de mulți constructori europeni. Pe numele lui se numește astăzi aeroportul internațional din Timișoara. Alți români care au marcat aviația și știința sunt prezentați în ghidul despre inventatori români.
Sfat: Dacă ești la București, vizitează Muzeul Național al Aviației Române, unde găsești replici, motoare și documente despre pionierii zborului, inclusiv despre Vuia și Vlaicu.
Europa ia avântul: Santos-Dumont, Blériot, Vlaicu și Coandă
După 1906, aviația s-a dezvoltat foarte rapid în Europa, mai ales în Franța, iar în câțiva ani avioanele au trecut de la sărituri de câțiva metri la traversarea mărilor.
Repere principale
- 1906: brazilianul Alberto Santos-Dumont zboară la Paris cu aparatul 14-bis, în fața comisarilor Aeroclubului Franței, peste 200 de metri.
- 1908: demonstrațiile publice ale fraților Wright în Franța arată superioritatea controlului lor.
- 1909: francezul Louis Blériot traversează Canalul Mânecii cu un monoplan.
- 1910: Aurel Vlaicu zboară la București cu Vlaicu I, iar Henri Coandă prezintă la Paris aparatul Coandă-1910, cu propulsie neobișnuită.
- 1912–1913: Vlaicu obține premii la un concurs lângă Viena și moare încercând să traverseze Carpații.
Pentru cei interesați de ce a urmat, motorul cu reacție a apărut la sfârșitul anilor 1930, iar aviația comercială cu reacție s-a dezvoltat după cel de-al Doilea Război Mondial. Principiul motorului cu reacție este apropiat de cel al rachetei, explicat în articolul despre rachete.
Ce a schimbat avionul
Avionul a schimbat războiul, comerțul, turismul și felul în care percepem distanța, în mai puțin de un secol de la primul zbor. O călătorie între continente care dura săptămâni cu vaporul a ajuns să dureze câteva ore.
Efecte principale
- Transport rapid de persoane între orașe și continente.
- Poștă și marfă aeriană pentru produse perisabile sau urgente.
- Salvare și medicină de urgență: elicoptere și avioane sanitare.
- Știință: măsurători meteorologice, cartografiere, observarea atmosferei, despre care citești în articolul despre straturile atmosferei.
- Turism de masă și schimburi culturale.
Costuri și provocări
Avionul a adus și bombardamentele aeriene, zgomotul din jurul aeroporturilor și emisii importante de dioxid de carbon la nivel global. Industria aeronautică lucrează la motoare mai eficiente și la combustibili alternativi, dar zborul rămâne unul dintre cele mai consumatoare de energie moduri de transport pe pasager și kilometru.
Pentru contextul larg al invențiilor care au schimbat lumea, de la roată la tranzistor, citește ghidul despre invențiile care au schimbat lumea.
Ce iei cu tine din acest ghid
Avionul nu a fost inventat într-o singură zi, ci în etape: Cayley a definit forma, Lilienthal a învățat zborul planat, frații Wright au rezolvat controlul și au zburat primii cu motor în 1903, iar Vuia a arătat în 1906 că un avion poate decola singur, pe roți, de pe teren plat. În câțiva ani, Blériot, Santos-Dumont, Vlaicu și alții au transformat săriturile scurte în zboruri reale.
De reținut:
- un avion zboară prin echilibrul dintre portanță, greutate, tracțiune și rezistență;
- controlul pe trei axe, ruliu, tangaj și girație, a fost cheia succesului fraților Wright;
- primul zbor al fraților Wright, din 17 decembrie 1903, a durat circa 12 secunde;
- Vuia a decolat pe 18 martie 1906 la Montesson, fără șină sau catapultă;
- explicația cu „timp egal de parcurgere” deasupra și dedesubtul aripii este greșită.
Întrebări frecvente
Cine a inventat avionul?
Primul zbor controlat și susținut cu un aparat motorizat mai greu decât aerul este atribuit fraților Wright, pe 17 decembrie 1903. Avionul ca invenție a avut însă mulți contribuitori, de la Cayley și Lilienthal la Vuia, Santos-Dumont și Blériot.
Ce a făcut Traian Vuia diferit de frații Wright?
Vuia a decolat în 1906 de pe teren plat, pe roți, doar cu forța motorului propriu, fără șină sau catapultă. Frații Wright zburaseră mai devreme și mai mult, cu control complet, dar decolau de pe o șină.
De ce nu cade un avion?
Pentru că aripile lui, deplasându-se repede prin aer, produc o portanță cel puțin egală cu greutatea. Dacă viteza scade prea mult, portanța scade și ea, de aceea avioanele au o viteză minimă de zbor.
Cât a durat primul zbor al fraților Wright?
Aproximativ 12 secunde, pe o distanță de circa 36 de metri. În aceeași zi, cel mai lung zbor a durat aproape un minut.
Ce aeroporturi din România poartă numele pionierilor aviației?
Aeroportul internațional din Timișoara poartă numele lui Traian Vuia, iar cel de la Otopeni, de lângă București, pe al lui Henri Coandă.
