Комендантом крепости «северян» Порт-Ройял служил генерал Митчелл, до войны профессор местного университета. Его авторитета оказалось достаточно, чтобы получить финансирование на постройку вертолета-разведчика. Строившаяся под руководством Митчелла «паровая летательная машина» представляла собой вертолет с двумя соосными несущими винтами диаметром по 6 м, ось которых могла отклоняться в нужную для полета сторону, крылом-парашютом на случай выхода из строя двигателя и хвостовой части. Несущие винты располагались над и под хорошо обтекаемым сигарообразным фюзеляжем длиной 10 м. Для парового двигателя мощностью 40 л. с. в качестве топлива использовалась калорийная каменноугольная смола. Естественно, поднять в воздух многотонную машину не удалось. Первая в истории попытка построить военный вертолет закончилась неудачей.
Для армии «северян» одновременно с Митчеллом вертолеты пытались строить изобретатели М. Нельсон, Л. Кроуэл, для флота «южан» — У. Поуэрс и др. Их проекты содержали ряд оригинальных и перспективных идей. Нельсон, например, предлагал строить вертолет из алюминиевых сплавов и с двигателем внутреннего сгорания, Кроуэл — использовать свой винтокрылый летательный аппарат в качестве бомбардировщика и «буксировщика аэростатов», а Поуэрс — в качестве «прорывателя морской блокады». Однако война закончилась раньше, чем первые американские вертолетостроители вышли из стадии модельных испытаний.
Следующая после Митчелла попытка построить вертолет в натуральную величину была предпринята в 1871 году вновь в связи с войной, на сей раз Франко-прусской. Его конструктором стал выдающийся русский изобретатель-электротехник Александр Николаевич Лодыгин. В 1871 году он предложил правительству Франции проект вертолета «Электролет» для перевозки грузов и пассажиров, наблюдения, разведки и нанесения бомбовых ударов. «Электролет» должен был иметь несущий и толкающий воздушные винты. Ось последнего могла отклоняться вбок для путевого управления. Фюзеляж конструкции имел обтекаемую форму. Вес вертолета ожидался «не более 500 пудов». В качестве силовой установки Лодыгин рассматривал электродвигатель мощностью 300 л. с. Проект Лодыгина получил поддержку знаменитого Надара, и Комитет национальной обороны выделил изобретателю 50 тыс. франков. Постройка «Электролета» началась на заводе Шнейдера в Крезо, но война закончилась раньше, чем вертолет собрали. По воспоминаниям изобретателя, французское правительство выделило ему деньги, скорее, «от отчаяния» от военных поражений на фронте, чем из практических соображений. Первая попытка россиянина построить боевой вертолет не удалась.
В годы Русско-турецкой войны (1877—1878) проекты вертолетов для разведки и бомбометания предлагали изобретатели В.П. Богородский из Воронежа и К.П. Ярошевский из Хотина. Из-за недостаточной проработки проекты поддержки не получили.
К концу 70-х на смену более ранним упрощенным предложениям, отражавшим лишь общие взгляды авторов на принципы создания винтокрылых летательных аппаратов, пришли проекты с продуманной компоновкой и конструкцией основных частей и деталей.
В связи с тем, что вес всех известных в то время типов механических двигателей — парового, электрического, пневматического — был настолько велик, что не позволял винтокрылую машину поднять в воздух, проекты вертолетов стали сопровождаться разработкой новых типов силовых установок различного рода. В частности, вертолет с двигателем внутреннего сгорания, работающим на порохе, пытался построить в конце 80-х годов XIX века военный инженер Потемкин. Особенно фундаментальными в России были исследования морского инженера Павла Дмитриевича Кузьминского. Его «Русолет» предполагалось оснастить первым в мире газопаротурбинным двигателем.
В 1877 году впервые поднялась в воздух оснащенная упрощенным паровым двигателем модель основателя итальянского военного воздухоплавания Энрико Форланини, в следующем году — более тяжелая и сложная модель француза Поля Кастеля. В те же годы известный пионер английской авиации Горацио Филипс завершил постройку и провел испытания полноразмерного вертолета с мотором на борту. Однако использованный в качестве силовой установки тяжелый паровой двигатель не вырабатывал необходимой для поднятия аппарата в воздух энергии (поэтому Филлипс в начале 90-х годов предпочел заняться самолетами). То же решение принял известный пионер авиации Вильгельм Кресс, много лет пытавшийся построить для австрийской армии «привязной» вертолет с электродвигателем, который предназначался бы для «переброски солдат через препятствия».
Компоновка и конструкция геликоптеров разрабатывались в 60—80-х годах XIX века по аналогии с существующими механическими конструкциями и транспортными средствами. Наибольшее внимание помимо силовых установок уделялось конструкции несущих винтов. Теории их проектирования тогда не существовало. Поэтому разработка часто сопровождалась экспериментальными исследованиями винтов с целью подбора их наиболее выгодных параметров. Изобретатели предлагали винтокрылые летательные аппараты всевозможных схем, в том числе преобразуемые аппараты-конвертопланы. Правда, приверженцы идеи несущего винта в основном ограничивались в своих проектах только разработкой механизма обеспечения поступательного полета и органов путевого управления. Проблема устойчивости всерьез не рассматривалась, так как считалось, что она обеспечивается «самой природой» вертолета: несущий винт определялся как точка подвеса, центр тяжести располагался ниже этой точки. В проектах иногда приводились весовые данные, но они не основывались на каких-либо расчетах.
Об одном из мускулолетов стоит упомянуть отдельно. Кустарь-игрушечник из Сергиева Посада Никита Минович Митрейкин построил в 1899 году велосипед с четырехлопастным несущим винтом диаметром 4 м, хвостовым оперением и двумя боковыми «маховыми» балансировочными крыльями. В необходимости установки последних он убедился в результате опытов: при подскоках с трамплина и отрыве колес от земли нарушалась путевая балансировка. Митрейкин считал, что его «воздухоплавательный велосипед» окажется исключительно полезным для военных целей: «…с поля битв раненых можно буде увозить скоро, не тряся и не качая. Это, по-моему, главное…». Таким образом, кустарь-игрушечник из Сергиева Посада первым в мире предсказал одну из важнейших областей применения вертолета — в качестве медико-эвакуационного средства.
Так как к концу XIX века конструкторы уже отчетливо осознавали трудность обеспечения вертолетов достаточным запасом подъемной силы, они перестали вводить в свои разработки какие бы то ни было лишние части и агрегаты, в том числе и вооружение. На время эти идеи оставались «воплощенными» лишь в фантастических романах, таких, например, как «Робур-завоеватель» Жюля Верна, в котором вертолет «Альбатрос» был оснащен двухдюймовой пушкой, митральезой и другим стрелковым вооружением, а также бомбами, спасательной лодкой и разным спецоснащением. Несколько позже, в романе «Необыкновенные приключения экспедиции Барсака», Жюль Верн дал описание вооруженного картечницей дистанционно-пилотируемого вертолета «Оса».
Геликоптерные формы
В 90-х годах XIX века начался последний период «героического» этапа, непосредственно предшествовавшего появлению первых вертолетов, способных подняться в воздух с летчиком на борту. Создание паровых двигателей с малым удельным весом, результаты экспериментальных исследований и испытаний летающих моделей позволили создать первые самолеты, способные оторваться от земли. Самолет французского инженера Клемана Адера 9 октября 1890 года совершил небольшой «скачок», а в 1894 году аналогичного результата добился и англичанин Х. Максим. Возросший интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха стимулировали и успехи «летающего человека» О. Лилиенталя. К концу XIX века у энтузиастов авиации появилась уверенность в том, что мир находится накануне первого управляемого полета на летательном аппарате тяжелее воздуха.
В работах пионеров вертолетостроения особое внимание на переломе XIX—XX веков стало уделяться различным проблемам аэродинамики и динамики, развитию принципов проектирования вертолетов. Началось становление вертолетной науки. Ее основой послужили экспериментальные исследования несущих винтов, позволившие накопить изрядный опыт подбора оптимальных параметров. Ученые стали предпринимать попытки создания теоретических основ расчета несущих винтов. Существенно расширились представления о характерных режимах работы вращающегося винта, в том числе в режиме авторотации. В начале XX века появились работы француза Шарля Ренара, австрийца Георгия Вельнера, русских Николая Егоровича Жуковского и Дмитрия Павловича Рябушинского и других ученых, положившие начало теории проектирования вертолетов. Тогда были заложены основы весового и аэродинамического расчетов винтокрылых летательных аппаратов, методов оптимизации их параметров.