Испытания нового планера начались в Китти Хоук в июле 1901 г. На этот раз аппарат испытывался только в свободном полете. Как и при экспериментах предыдущего года, достигнутые результаты были намного хуже ожидаемых. Угол снижения в полете составлял 10-13° вместо 3° по расчетам. Кроме того выявился ряд серьезных недостатков в управлении. Одним из них была малоэффективность, а иногда и реверс действия переднерасположенного руля высоты. Кок выяснилось, это было вызвано аномальным перемещением центра давления крыла сильно изогнутого профиля на малых углах атаки (назад, по мере уменьшения угла атаки). Данный дефект удалось устранить уменьшением кривизны профиля.
Другим труднообъяснимым явлением была обратная реакция планера на перекашивание крыла. «Мы обнаружили, – писал У Райт О. Шанюту в августе 1901 г., – что наш аппарат ни при каких обстоятельствах не поворачивает в сторону опущенного крыла. Этот очень неожиданный результат опрокидывает все наши теории о методе выполнения разворотов». В данном случае братья Райт впервые столкнулись с хорошо известным сейчас эффектом неблагоприятного момента рыскания при отклонении элеронов или перекашивании крыла. Он объясняется возникновением на конце крыла с увеличенным местным углом атаки дополнительного аэродинамического сопротивления, стремящегося развернуть аппарат в нежелательном направлении.
За время опытов 1901 г. Райты, поочередно пилотируя планер, выполнили несколько сотен полетов! Максимальная дальность планирования составила 118 м Однако изобретатели были еще далеки от окончательного успеха. Несмотря на все меры, принятые для улучшения планирующих свойств и управляемости планера, летательный аппарат 1901 г. не обладал заметными преимуществами перед балансирными планерами прежних лет.
Первый по-настоящему удачный планер был создан братьями Райт в 1902 г. Его постройке предшествовали интенсивные исследования профилей и формы крыла в сконструированной ими же аэродинамической трубе. Это позволило сделать ряд усовершенствований, повысивших аэродинамическое качество нового летательного аппарата. Важнейшим из них было применение крыла значительно большего удлинения (6,4 вместо 3, как на планерах 1900 и 1901 гг.), а также изменение профиля крыла. В результате аэродинамическое качество возросло примерно в полтора раза.
Большое значение имело и усовершенствование системы бокового управления. Убедившись в невозможности контролировать направление полета только с помощью перекашивания крыла, Райты установили на новом планере за крылом вертикальное оперение. Первоначально оно было неподвижным и состояло из двух плоскостей, расположенных параллельно друг другу. Вскоре, однако, выяснилось, что эта мера не устраняет нежелательный момент рыскания при перекашивании. Поднятое крыло по-прежнему противодействовало повороту, усиливался крен и возникала реальная опасность неуправляемого скольжения; в одном из полетов О. Райт потерпел из-за этого аварию.
Выход был найден в замене неподвижного вертикального стабилизатора подвижным, кинематически связанным с системой перекашивания крыла так, что руль направления автоматически поворачивался в сторону крена. Благодаря этому скомпенсировалась разница в сопротивлении опущенного и поднятого крыла и появилась возможность совершать правильные развороты с креном. Данное техническое решение было запатентовано братьями Райт в марте 1903 г.
На планере с усовершенствованной системой управления братья Райт в 1902 г. выполнили около 1000 полетов Общее время нахождения в воздухе составило 4 часа. Лучший полет имел дальность 190 м и продолжался 22 секунды. В следующем году рекордная продолжительность полета была увеличено до 70 секунд. Несмотря на большие размеры (размах крыла 10 м, площадь 30,5 м 2 ), планер надежно управлялся даже при сильном ветре. О. Шанют, присутствовавший при полетах, отметил превосходство аппарата братьев Райт над всеми построенными ранее планерами.
Следующим логическим шагом было создание на основе планера самолета. В конце 1902 г. братья Райт поделились этим замыслом с Шанютом. Они писали: «Мы намерены в следующем году построить значительно большую и примерно вдвое более тяжелую машину, чем наш настоящий аппарат На ней мы будем изучать проблемы старта и управления тяжелым аппаратом, и, если найдем его хорошо управляемым в полете, мы установим на нем двигатель». Вскоре, однако, было решено сразу строить самолет, не теряя времени на испытания его безмоторного варианта.
Решение о создании самолета наложило заметный отпечаток на характер деятельности изобретателей. Если вначале Райты относились к полетом на планерах как к спорту и регулярно знакомили общественность со своими достижениями, то, начав работу над самолетом, они постарались по возможности засекретить сведения о его конструкции, понимая, что первенство в решении проблемы моторного полета принесет им известность и состояние. По этой причине они уклонились от обсуждения деталей своей конструкторской деятельности с американским ученым и изобретателем С. Ленгли, также занимавшимся строительством самолета, отказали в визите в Китти Хоук французскому планеристу Ф. Ферберу.
Двигатель и пропеллеры для самолета были изготовлены в Дайтоне в течение зимы и лета 1903 г. Короткий срок создания силовой установки объясняется тем, что Райты, в отличие от своих предшественников, не ставили перед собой задачи сконструировать какой-то особенный сверхлегкий мотор. Построенный по их заказу четырехцилиндровый бензиновый двигатель водяного охлаждения мощностью 12 л. с. представлял собой облегченный вариант обычного автомобильного двигателя и весил 90 кг. Его удельный вес – 7,5 кг/л. с. – был даже больше, чем у паровых двигателей самолетов Адера и Максима. Тем не менее, по расчетам братьев Райт, он обладал мощностью, требуемой, чтобы поднять их самолет в воздух. (По оценке братьев Райт, потребная для полета их самолета мощность равнялась 8 л. с. В действительности этой мощности было бы недостаточно (при k= 7, ηпроп= 0,66, ? ηтрансм= 0,95, v= 11 м/с, Nпотр = 10 л.с.), и только счастливая случайность (реальная мощность двигателя оказалась больше, чем ожидалось) позволила получить требуемую для полета энерговооруженность.
При создании пропеллеров использовался опыт аэродинамических экспериментов в трубе, проведенных Райтами зимой 1901 – 1902 гг. Рассматривая воздушный винт как вращающееся крыло и подбирая для каждого сечения наивыгоднейший профиль, братьям удалось изготовить пропеллер с отличным для своего времени КПД – 66%. Винты соединялись с двигателем с помощью цепной передачи, уменьшавшей число оборотов пропеллера втрое. Общий вес пропеллеров и трансмиссии составлял 41 кг.
Самолет был сконструирован по образцу планера 1902 г., но в связи с возросшим весом аппарата размеры крыла были увеличены. Увеличена была и площадь органов управления – одинарные поверхности рулей заменили сдвоенными. Как на планере, руль направления автоматически отклонялся при перекашивании крыла. Под крылом установили полозья для посадки на песчаную почву.
