Брати Райт спроєктували, побудували та керували серією з трьох пілотованих планерів у 1900–1902 роках, працюючи над досягненням польоту з двигуном. Вони також провели попередні випробування повітряного змія у 1899 році. У 1911 році Орвілл провів випробування набагато складнішого планера. Ні повітряний змій, ні жоден з планерів не збереглися, але всі вони були побудовані.

Повітряний змій 1899 року Повітряний змій 1899 року, якого Вілберт запускав поблизу свого будинку в Дейтоні, штат Огайо, мав розмах крил лише 5 футів (1,5 м). Цей сосновий дерев'яний та покритий черепицею апарат, хоча й був занадто малий для перевезення пілота, випробував концепцію деформації крила для керування креном, що виявилося важливим для вирішення братами проблеми керованого польоту. Райти спалили апарат разом з іншим сміттям у 1905 році.

Планер 1900 року Планер Райта 1900 року був першим планером братів, здатним перевозити людину. Його загальна конструкція базувалася на двоповерховому планері Октава Шанюта 1896 року. Аеродинамічний профіль його крила був запозичений з опублікованих Отто Лілієнталем таблиць аеродинамічної підйомної сили. Планер був розроблений з можливістю деформації крила для повнорозмірного випробування концепції, вперше випробуваної на повітряному змії Райта 1899 року.

23 вересня 1900 року Вілбур написав з Кітті-Хок: «Моя ідея полягає лише в експериментах і практиках з метою вирішення проблеми рівноваги. Коли машина знаходиться під належним контролем за будь-яких умов, проблема з двигуном буде швидко вирішена. Я конструюю свою машину так, щоб вона витримувала приблизно в п'ять разів більшу мою вагу... ферменна, як міст». Вагою 52 фунти (24 кг), планер мав розмах крил 17,5 футів (5,3 м), площу крила 155 квадратних футів (14,4 м2), а крила були вигнуті зі співвідношенням 1 до 22. У 1924 році Орвілл писав: «...ми залишали руль висоти попереду протягом багатьох років, тому що це абсолютно запобігало пікірування, подібному до того, в якому загинули Лілієнталь та багато інших з того часу». Гаррі Б. Комбс зазначив: «...оскільки руль висоти був попереду, а не позаду, літак, коли зупинявся, замість того, щоб розвертатися та знищувати їх, як це зробив би звичайний літак, просто спускався на землю на парашуті в горизонтальному положенні. Передній руль висоти також служив візуальним індикатором положення літака в польоті». Льотчик керував апаратом лежачи на нижньому крилі, щоб зменшити опір вітру.

Планер вперше здійснив політ як безпілотний повітряний змій 5 жовтня 1900 року поблизу Кітті-Хок, Північна Кароліна. Далі Вілбер літав як пілот, а чоловіки на землі тримали троси, прикріплені до літального апарату. Згодом Вілбер здійснив близько десятка вільних польотів за один день, завершивши випробувальні зусилля сезону. Брати покинули планер, коли 23 жовтня розбили табір, і він зрештою зник під час сильних штормів у регіоні. Тканинну обшивку компонентів крила передали дружині помічника Білла Тейта, з чиєю родиною Вілбур спочатку зупинився в Кітті-Хок у 1900 році. Місіс Тейт нібито використовувала матеріал для пошиття суконь для своїх дочок.

Пізніше, як писав Вілбур, «поздовжнє балансування та керування здійснювалися за допомогою горизонтального керма напрямку, що виступало перед літаками. Поперечне балансування та керування вправо та вліво отримували шляхом збільшення нахилу крил на одному кінці та зменшення їх нахилу на іншому». Брати продемонстрували дві третини кінцевої тривимірної системи керування (план не мав вертикального керма напрямку).

Планер 1901 року

Планер Райта 1901 року був другим експериментальним планером братів. Вони випробували його над пагорбами Кілл-Девіл, за чотири милі на південь від Кітті-Хок. Планер був схожий на версію 1900 року, але мав більші крила. Він вперше злетів 27 липня 1901 року та був знятий з експлуатації 17 серпня. За цей час він здійснив від 50 до 100 вільних польотів, а також польоти на зв'язку як повітряний змій.

Знову літаючи з пагорба Біг-Кілл-Девіл, новий планер тепер мав розмах крил 22 фути (6,7 м), хорду 7 футів (2,1 м), площу крила 290 квадратних футів (27 м2) та важив 98 фунтів (44 кг). Однак розвал крила був збільшений до співвідношення 1 до 12, з тупим краєм. Ця нова конструкція крила вимагала від Уілбура повного відхилення руля висоти, щоб планер злетів, і Уілбур вперше зіткнувся зі зривом. Однак, переднє розташування руля висоти дозволило планеру знижуватися плавно, а не падати у штопор. Уілбур зазначив, що за слабкого вітру «центр тиску знаходився перед центром ваги», тоді як зі збільшенням швидкості вітру центр тиску переміщувався назад, доки за сильного вітру «центр тиску не досягав точки навіть позаду центру ваги». Це відкриття спонукало братів зменшити глибину кривизни крила. Уілбур зазначив, що з модифікацією «...ми ковзали за ковзанням, іноді щільно прилягаючи до землі, а іноді пливучи в повітрі». Вони також виміряли тиск під різними кутами падіння і зазначили, що тиск не був під прямим кутом до хорди, як очікувалося, а нахилений вперед, долаючи структурний опір, а також створюючи підйомну силу. Однак виміряна підйомна сила становила лише одну третину від тієї, яку вони розрахували. Це змусило їх сумніватися в коефіцієнті Смітона, який використовувався для обчислення цієї підйомної сили, і сумніватися в розрахунках, зроблених Отто Лілієнталем та Семюелем Ленглі. Планер також використовувався для початку повороту за допомогою деформації крила, що призвело до несподіванки. Вілбур зазначив, що «перевернуте крило, здається, відстає, але спочатку піднімається». Це вимагало б третього засобу керування планером, окрім деформації крила та відхилення руля висоти.

Ребра крила згиналися під вагою пілота, спотворюючи форму аеродинамічного профілю крил. Брати виправили проблему, але крила все ще створювали набагато меншу підйомну силу, ніж очікувалося, а деформація крила іноді змушувала планер повертати протилежно запланованому напрямку: це було відкриття та перший опис несприятливого риськування. Після завершення випробувань брати зберігали планер у своєму сараї. Сарай та планер пізніше були сильно пошкоджені штормами. Вертикальні опори крила були врятовані для планера 1902 року, але решта була покинута.

За словами Комбса, «коли Райти вперше випробували свій планер 1900 року на Біг-Кілл-Девіл-Гілл, вони виявили, що їхні розрахунки були помилковими. Насправді, планер, на їхнє гірке розчарування, створив приблизно половину розрахункової підйомної сили. Вони помітили, що опір, або опір всієї рами, коли вона не несла ваги і тому летіла під дуже пологим кутом атаки, був набагато меншим, ніж вони очікували, можливо, більш ніж наполовину меншим». Розбіжність була пов'язана з тим, що Райти використовували опубліковане значення 0,005 для коефіцієнта тиску повітря (коефіцієнта Смітона). Переконавшись, що це значення коефіцієнта було помилковим, вони отримали менше значення 0,0033 зі своїх експериментів, пояснюючи, чому підйомна сила та опір були меншими, ніж спочатку розраховано та очікувалося.

Планер 1902 року

Планер Райта 1902 року (пілотував Вілбур) під час одного з перших випробувальних польотів перед заміною фіксованого подвійного заднього вертикального керма на одинарне кермо. Планер Райта 1902 року був третім вільнолітаючим планером, побудованим братами. Це був їхній перший планер, який включав керування рисханням за допомогою заднього керма, і його конструкція безпосередньо призвела до створення моторизованого Wright Flyer 1903 року.

В аеродинамічній трубі братів було випробувано близько 200 конфігурацій крил, змінюючи співвідношення сторін, криві, розвали, двогранні та андегральні форми в монопланних та багатокрилих комбінаціях. Кожен аеродинамічний профіль був виготовлений з листового металу зі звареними передніми кромками. Вілбур описав використання «випрямляча вітру... кількох вузьких вертикальних поверхонь», щоб отримати «потік майже постійного напрямку. Сам прилад був встановлений у довгій квадратній трубі або жолобі зі скляною кришкою...». Він мав розміри 1,8 м завдовжки та 41 см квадратний, а вітер забезпечувався вентилятором, з'єднаним шестернями з невеликим двигуном внутрішнього згоряння, розробленим та побудованим братами. Отриманий новий планер, за словами Вілбура, мав «...розміри 9,8 м x 1,5 м, займаючи загалом площу 28,3 м². Кривизна становить приблизно 1 до 25. Ознаки того, що він плануватиме під кутом приблизно від 7° до 7½° замість 9½° до 10°, як минулого року». Примітно, що пік розвалу тепер знаходився приблизно на третині хорди від передньої кромки. Передній руль висоти тепер був меншим, 1,4 м², і мав форму невеликого крила. Планер включав люльку на стегні для керування деформацією крила та два фіксовані вертикальні керма напрямку, кожен розміром приблизно 1 фут (0,30 м) на 6 футів (1,8 м).

Брати спроектували планер 1902 року взимку 1901/02 років. Конструкція крила базувалася на даних ретельних випробувань мініатюрних аеродинамічних профілів у їхній саморобній аеродинамічній трубі. Вони побудували компоненти планера в Дейтоні та завершили складання у своєму таборі Кілл-Девіл-Гіллз у вересні 1902 року. Польоти відбувалися з 19 вересня по 24 жовтня. Щоб впоратися з виявленим у 1901 році несприятливим ризиком у планері, Райти випробували подвійне фіксоване заднє кермо напрямку, сподіваючись покращити керування поворотом, але кілька разів пілот не міг зупинити поворот і стикався із землею. «Додавання фіксованого вертикального флюгера в задній частині збільшило проблеми та зробило машину абсолютно небезпечною». Брати вирішили зняти одне кермо напрямку, а потім зробити решту керма керованим для кращого контролю. Spiral instability was still present. "These troubles were not entirely overcome till the end of september, 1905", with "the addition of two vertical forward fixed vanes"

Нове кермо напрямку було готове до 6 жовтня, його висота становила 5 футів (1,5 м), ширина – 14 дюймів (36 см), а кут його руху вліво та вправо становив 30 градусів. Повороти координувалися шляхом кріплення керма напрямку до тих самих тросів, що контролювали деформацію крила. За словами Комбса, «в останні тижні жовтня в Кітті-Хок вони здійснили понад тисячу планерних польотів. Вони кілька разів пролітали понад 600 футів, а час одного польоту – до 26 секунд. Вони літали при вітрі понад 30 миль на годину». Найголовніше, що обидва брати літали, а перший політ Орвілла відбувся 23 вересня. Вілбур зазначив: «Тепер ми тримаємо всі рекорди! Найбільша машина, з якою ми працювали за будь-якої погоди, здійснила найдовшу відстань планування (американську), найдовший час у повітрі, найменший кут зниження та найсильніший вітер!!!»

У вересні 1903 року вони виявили, що їхній планер 1902 року пережив зиму, хоча його корпус здуло з фундаменту на 2 фути (0,61 м). Вони використовували планер 1902 року для практики польотів, одночасно готуючи моторний літак Wright Flyer. Вони звели нову будівлю розміром 44 фути (13 м) на 16 футів (4,9 м) на 9 футів (2,7 м) та побудували піч, щоб зігрітися, коли вони здійснили кілька планерних польотів. 3 жовтня вони встановили світовий рекорд тривалості польоту на планері – 43 секунди, а потім у листопаді встановили новий рекорд – 1 хвилину 12 секунд.

На одній з їхніх фотографій видно, що вони встановили другий вертикальний киль як частину керованого заднього керма напрямку, що відповідає оригінальній конструкції, а також конструкції подвійного заднього керма напрямку з двигуном літака Flyer. Планер востаннє піднімався в листопаді 1903 року. Після успішних польотів з двигуном вони повернули планер на зберігання в табір, перш ніж повернутися додому на Різдво. Коли вони наступного разу відвідали Кітті-Хок у 1908 році, щоб випробувати свій вдосконалений Wright Flyer III, негода на Зовнішніх берегах завдала шкоди: сарай для зберігання та планер усередині були зруйновані. Сьогодні врятований фрагмент законців крила планера 1902 року зберігається в Національному музеї авіації та космосу за кілька футів від Wright Flyer 1903 року.

Примітки

Джерела