Cykeltillverkarna styrde upp i luften

En cykel kräver sin förare. Den välter om ingen sitter på och balanserar, men ändå kan den både framföras och styras. Detta var en av bröderna Wrights viktigaste insikter och en bidragande orsak till att de lyckades bli först med att flyga ett motordrivet flygplan för precis 100 år sedan. Det skedde i Kitty Hawk, North Carolina, USA.

Triumfens ögonblick är fångat av John Daniels i en klassisk bild. Den visar Flyer 1 när den just lyft från sin starträls. Orville Wright är ombord och Wilbur Wright springer bakom. Planet flög knappt 40 meter.

Att erfarenheterna från cykeltillverkningen hade avgörande inverkan är en tanke som lyfts fram av Peter Jakab vid National Air and Space Museum i boken Taking Off: A Century of Manned Flight.

Ett drag som utmärker många framgångsrika innovatörer är tekniköverföring. Man utnyttjar kunskaper inom ett område och applicerar dem på ett nytt. Enligt Peter Jakab finns det många exempel

på tekniköverföring i bröderna Wrights arbete. Till exempel var det naturligt för cykeltillverkarna att kraftöverföringen mellan motorns växellåda och propellern skulle ske med kugghjul och kedja.

Att jämföra styrningen av en cykel med ett flygplan är en mer subtil men kanske viktigare parallell. Andra samtida flygdesigner ansträngde sig för att komma upp i luften – att styra var ett senare problem. De försökte oftast bygga stabila flygplan, det vill säga farkoster som likt luftballonger klarar sig utan pilot.

Bröderna Wright jämförde med en cykel och insåg att problemen hängde samman. De tillmätte därmed piloten en viktigare uppgift, han eller hon skulle inte bara styra planet på rätt kurs, piloten skulle också kontrollera att planet höll sig rätt i luften.

17 december 1903

Den 17 december 1903 genomförde bröderna Wright fyra flygningar. Först lättade Orville från starträlsen och flög nära 40 meter, därefter flög Wilbur drygt 50 meter. Så var det åter Orvilles tur, som nu flög 60 meter och sist den dagen flög Wilbur 260 meter och höll sig då i luften i 59 sekunder.

Att de flög just den här dagen var ingen slump. Till viss del berodde det på att det blåste kraftigt, 10-12 meter per sekund, men framför allt berodde det lyckade försöket på förarbetet.

Medan deras medtävlare gjorde närmast slumpmässiga försök gick bröderna Wright betydligt mer kontrollerat och systematiskt till väga. Deras lyckade försök i december 1903 utgör en milstolpe, framför allt därför att det kom att få en sådan inverkan på den fortsatta utvecklingen. Den teknik och de rutiner som bröderna Wright utvecklade och använde när det byggde sina flygplan kom att bli standarden. I princip gäller de än i dag.

Bröderna Wright såg flygplanet som ett tekniskt system. Det var inte en enskild uppfinning, utan flera olika, som alla måste utvecklas oberoende av varandra och sedan sättas samman till en fungerande helhet. Flygplanet måste ha vingar med tillräcklig lyftkraft men lågt luftmotstånd, det måste kunna styras i tre dimensioner, vara lätt men hållfast, ha en effektiv propeller och en stark men lätt motor. Inget av detta var tidigare gjort, och om man misslyckades med ett enda av alla dessa delproblem skulle flygplanet inte flyga.

Wilbur och Orville Wright tänkte sig propellern som en roterande vinge, men vänd på sidan så att lyftkraften verkar vertikalt. På detta vis kunde de använda data som de samlat för sin vingkonstruktion och konstruera två extremt effektiva propellrar. De liknade inga tidigare propellrar och bildade skola för framtida propellerdesign.

Propellern är, enligt Peter Jakab, det bästa exemplet på bröderna Wrights förmåga att omsätta tankemodeller till verkliga konstruktioner.

Vindtunneln behövdes

På senare år har datorer kommit att radikalt förändra arbetsmetoderna vid flygplansdesign. Det går numera att beräkna luftströmmarna kring vingprofiler och andra flygplansdetaljer. Själva grundproblemet är dock detsamma som för hundra år sedan: man vill känna flygplanets egenskaper innan man bygger det i full skala. Bröderna Wright var bland de första att förstå vikten av att genom vindtunnelförsök systematiskt ta reda på dessa egenskaper.

Wilbur och Orville Wright uppfann visserligen inte vindtunneln. Den första byggdes antagligen redan 1871 av deras landsmän Francis Wenham och John Browning. Ytterligare ett drygt tiotal föregick den som bröderna Wright byggde år 1901. Det var en enkel, 2 meter lång trälåda med en fläkt i ena änden. Det som gjorde experimenten unika var instrumenten de använde och det faktum att de använde dem för att direkt få de data de behövde för att konstruera sitt flygplan.

När bröderna Wright påbörjade sitt flygprojekt i slutet av 1800-talet fanns egentligen redan ekvationer för att beräkna lyftkraft och vindmotstånd hos en given vinge. Aerodynamiska data fanns också insamlade för olika lufttryck på vingytor vid olika attackvinkel, dvs vinkeln mot fartvinden. Till en början litade bröderna Wright på data de fått från den tyske glidflygaren Otto Lilienthal. Med dem kunde de relativt enkelt räkna ut prestanda för de två glidflygplan som de byggde 1900 respektive 1901.

När de testade dem var dock vingarnas lyftkraft långtifrån vad bröderna hade hoppats på och vad deras beräkningar hade förutspått. De misstänkte att de data som de fått från Otto Lilienthal var felaktiga. Alla andra uppgifter kunde de enkelt mäta själva, som flygplanets hastighet och vingarnas yta. Det logiska steget blev därför att själva samla in de uppgifter som kunde ersätta dem de misstänkte var felaktiga.

Efter att ha prövat med flera andra mätapparater fastnade börderna Wright för vindtunneln. De instrument som de placerade inne i lådan användes för att mäta luftmotstånd och lyftkraft och utformades så att de kunde testa flera olika vingprofiler. Med dessa instrument erhöll de en mängd mätdata, som vid senare kontroller med moderna metoder har visat sig hyfsat korrekta.

Den bästa glidaren

Merparten av försöken med vindtunneln utfördes i slutet av 1901, och ett nytt glidflygplan baserat på de korrigerade uppgifterna byggdes 1902. Denna nya glidflygare var en klar förbättring gentemot de tidigare två, och den motsvarade också brödernas förväntningar när det gällde lyftkraft och luftmotstånd.

Peter Jakab går så långt att han beskriver vindtunneln och glidflygplanet som två delar av en och samma innovation. Han menar att man inte kan förstå flygplanet utan att också förstå de små mätinstrumenten i brödernas verkstad.

Forskningen i vindtunneln och resultaten från provflygningarna ledde också till andra förbättringar av den tredje glidflygaren. Bland annat infördes ett vertikalroder som tillsammans med övriga styrmöjligheter gjorde att man nu fullt ut hade möjlighet att styra planet i alla tre dimensioner.

Redan i tidigare modeller hade bröderna gjort försök med en metod för att styra flygplanet i sidled som de kallade vingskevning. Genom att vrida vingspetsarna i motsatta riktningar erhölls mer lyftkraft från den ena vingen än den andra vilket i sin tur fick flygplanet att luta. Genom att kontrollera denna vridning kunde bröderna Wright balansera planet eller luta det för att inleda en sväng.

Försiktiga testflygare

Med sin tredje glidflygare hade bröderna löst tre problem: aerodynamiken, styrningen och konstruktionen. Kvar var motorn och propellern.

Något som visar hur långt gången glidflygaren var är att när bröderna Wright sökte patent 1906 gällde det inte det motordrivna flygplanet utan glidflygaren från 1902.

Lika viktigt som modellförsöken i verkstaden var dock provflygningarna i full skala. Fred Culick, professor vid California Institute of Technology, kallar bröderna Wright för världens första flygingenjörer men också världens första testpiloter. Fred Culick har deltagit i bygget av en flygande kopia av Flyer 1, och dessutom utvärderat dess egenskaper i en vindtunnel.

I en utvärdering av deras arbetsinsats mätt med dagens kunskap noterar han att de visserligen saknade vissa grundläggande insikter om aerodynamik, men att de lyckades kompensera detta bland annat genom sina provflygningar. ”Deras observationer och tolkningar av ett flygplans beteende i luften är enastående.”

Även flygtestningen gick stegvis och försiktigt till väga. Kanske bidrog Otto Lilienthals dödskrach 1896 till bröderna Wrights noggrannhet (se rutan nedan). Likt moderna testflygningar utfördes de systematiskt i serier, där de hela tiden observerade och analyserade flygplanets beteende.

Bröderna brukade först flyga sina plan som drakar, obemannade, och därefter med en person ombord, men fortfarande kontrollerade från marken som drakar. Och till sist flugna av en pilot. Även pilotflygningarna gick stegvis. Först var pilotens kontrollmöjligheter begränsade, för att sedan utökas. Allt för att datainsamlingen skulle ske systematiskt.

Ytterligare ett skäl till den stegvisa processen var att bröderna Wright själva var tvungna att lära sig flyga. En konst som med deras instabila konstruktion innebar betydligt mer än att bara styra.

Första passagerarplanet

År 1905 hade bröderna Wright byggt sitt tredje motordrivna flygplan: Flyer 3. Med det klarade de nu att starta, flyga kontrollerat i mer än en halvtimme och landa mjukt. Trots att utvecklingen inte skett i hemlighet valde de att vila på sina fynd, söka patent och försöka sälja sin idé. Det dröjde därför tre år innan de återupptog provflygningarna.

År 1908 hade bröderna Wright fått patent och en första beställning. De var nu tvungna att visa att de kunde ta med en passagerare. Också det ett rekord, när de den 14 maj 1908 för första gången flög med en passagerare ombord. Ett år senare började de undervisa studenter i konsten att flyga.

Tillsammans med det omfattande forskningsarbetet, fotografierna, och dokumentationen, var dessa offentliga framträdanden det som behövdes för att befästa bröderna Wrights position som de verkliga flygpionjärerna. Det finns de som hävdar att bröderna Wright inte var först. Men om det skulle vara sant är det ändå mindre viktigt. Wilbur och Orville Wright var garanterat de första flygingenjörerna.