Мечта о человеческом полете, должно быть, началась с наблюдения за парящими в небе птицами. Однако на протяжении тысячелетий прогресс тормозили попытки сконструировать летательные аппараты, имитирующие биение птичьих крыльев. Поколения экспериментаторов и мечтателей, сосредоточивших свое внимание на орнитоптерах — машинах, в которых хлопающие крылья создавали и подъемную силу, и тягу, — не внесли ничего существенного в окончательное решение проблем, преграждающих путь к механическому полету.
Таким образом, история изобретения самолета начинается в XVI, XVII и XVIII веках, с первых серьезных исследований в области аэродинамики — изучения сил, действующих на твердое тело (например, крыло, погруженное в поток воздуха). Леонардо да Винчи и Галилео Галилей в Италии, Христиан Гюйгенс в Нидерландах и Исаак Ньютон в Англии — все они внесли свой вклад в понимание взаимосвязи между сопротивлением (сопротивлением) и такими факторами, как площадь поверхности объекта, подвергающегося воздействию потока, и плотность жидкости. Швейцарские математики Даниэль Бернулли и Леонгард Эйлер, а также британский инженер Джон Смитон объяснили взаимосвязь между давлением и скоростью и предоставили информацию, которая позволила последующему поколению инженеров рассчитать аэродинамические силы.
Джордж Кейли, английский баронет, преодолел разрыв между физической теорией, инженерными исследованиями и вековой мечтой о полете. Он собрал важнейшие аэродинамические данные, имеющие значение для проектирования крылатых самолетов, используя приборы, разработанные в XVIII веке для исследований в области баллистики. Кейли также был пионером в проектировании самолетов, объяснив, что успешный летательный аппарат должен иметь отдельные системы для подъема, приведения в движение и управления. Хотя он создал проекты орнитоптеров, он был первым экспериментатором, сосредоточившимся на самолетах с фиксированным крылом.
Кейли нашел секрет подъемной силы в форме крыла птицы, предположив, что дугообразное, или выпуклое, крыло создает большую подъемную силу, чем плоское, из-за меньшего давления на верхнюю часть изогнутой поверхности (см. теорему Бернулли). Наблюдения за птицами в полете привели его к признанию превосходства относительно длинных и узких (в современной терминологии — с высоким отношением сторон) крыльев для парения. Однако на практике он разработал бипланные и многопланные крылья (первые в своем роде) как средство обеспечения максимальной площади поверхности в прочной и легко закрепляемой конструкции.
Выступая на первом заседании Аэронавтического общества Великобритании в 1866 году, Фрэнсис Х. Уэнхем кратко и убедительно изложил важнейшие идеи Кейли относительно крыльев. Пять лет спустя в сотрудничестве с Джоном Браунингом Уэнхем построил первую аэродинамическую трубу — устройство, которое оказало глубокое влияние на изучение крыльев и разработку усовершенствованных аэродинамических профилей. Горацио Филлипс, член Аэронавтического общества, разработал еще более эффективную конструкцию аэродинамической трубы и запатентовал (1884 г.) двухповерхностную конструкцию аэродинамического крыла, которая стала основой для большинства последующих работ в этой области.
Начиная с 1870-х годов Отто Лилиенталь, немецкий инженер-механик, провел самые важные исследования конструкции крыла со времен Кейли. Его детальные измерения сил, действующих на выпуклое крыло при различных углах атаки, позволили получить точные данные, которые использовались последующими экспериментаторами — в том числе в США инженером Октавом Шанутом и братьями Райт — для расчета характеристик их собственных крыльев. Опубликовав результаты своих исследований, Лилиенталь спроектировал, построил и совершил ряд полетов на монопланах и бипланах, совершив около 2000 полетов в период с 1890 года до момента своего рокового крушения в августе 1896 года.
В самом начале своих экспериментов в области аэронавтики братья Райт внимательно изучили работы своих предшественников и решили, что им нет необходимости уделять особое внимание конструкции крыльев. «Люди уже знают, как сконструировать крылья, — объяснял Уилбур в 1901 году, — которые при движении по воздуху с достаточной скоростью будут поддерживать не только себя, но и двигатель, а также инженера».
Однако два года экспериментов с планерами показали, что необходимо уделять гораздо больше внимания конструкции крыла. Начиная с ноября 1901 года братья Райт использовали аэродинамическую трубу собственной конструкции для сбора информации, которая позволила им рассчитать значения подъемной силы и сопротивления для целого ряда аэродинамических крыльев при различных углах атаки и измерить характеристики крыльев с различным соотношением сторон, формой законцовок и другими конструктивными особенностями. Результатом этой информации стал планер Райта 1902 года, прорывная машина, конструкция крыла которой позволила братьям Райт сделать последние шаги на пути к изобретению самолета.
