Можно утверждать, что самолет появился благодаря созданию двигателя. Таким двигателем, позволившим впервые в истории человечества осуществить реальный пилотируемый полет, был поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Делалось много безуспешных попыток создать двигатель, в котором топливо сжигалось бы не вне рабочего объема машины (цилиндров), как у паровых машин, а внутри его. Это должно было резко повысить КПД тепловой машины.

но только в 1860 году французскому инженеру бельгийского происхождения Этьену Ленуару удалось создать работоспособный и используемый в промышленности двухтактный двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением, работающий на светильном газе.

Существенное улучшение характеристик ДВС произошло во второй половине 1870-х, когда немецкий предприниматель, изобретатель-самоучка Николаус Отто создал свой поршневой двигатель. В этом деле новым являлось то, что рабочая смесь перед зажиганием сжималась, при этом её воспламенение производилось в крайнем верхнем положении поршня.

Изготовленный таким образом двигатель назвали четырехтактным, т.к. процесс в нём совершался в течение четырех ходов поршня.

I такт: впуск - поршень движется в цилиндре вниз, втягивая воздух и топливо через открытый впускной клапан.

II такт: сжатие - впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется в цилиндре вверх, сжимая топливовоздушную смесь.

III такт: рабочий ход - когда поршень в такте сжатия приближается к верхней мертвой точке, система зажигания дает искру на свечах. При этом топливовоздушная смесь поджигается и в процессе сгорания быстро расширяется. Создаваемое расширением давление толкает поршень вниз, а поршень, двигаясь к нижней мертвой точке, вращает вал, передающий усилие на воздушный винт.

IV такт: выпуск - когда поршень достигает нижней мертвой точки, открывается выпускной клапан. Затем поршень снова идет вверх, выталкивая продукты сгорания топливовоздушной смеси из цилиндра.

Одинаковые такты происходят в цилиндрах не одновременно, а последовательно, чтобы в каждый момент времени как минимум один поршень совершал рабочий ход.

Николаус Отто создал в Кёльне завод газовых двигателей Deutz-AG (1872), техническим директором которого стал Готтлиб Даймлер, а главным конструктором - Вильгельм Майбах.

Инженер Карл Бенц, независимо от Отто, Даймлера и Майбаха, создал первый в мире двухтактный бензиновый двигатель и в 1879 году получил него патент.

В 1890 году Даймлер организовал компанию Daimler Motoren Gesellschaft (DMG) по производству небольших мощных двигателей для использования на земле, в воздухе и воде. Этот лозунг стал основой для знаменитой трёхконцовой звезды - логотипа современной компании Mercedes-Benz.

Даймлер и Майбах предположили, что топливом их двигателя должен быть продукт перегонки нефти. В то время таких продуктов было три: масло, керосин и бензин. В качестве топлива был избран наиболее легко воспламеняющийся бензин, который в основном применялся для чистки одежды и продавался в аптеках. В конце 1885 года Даймлер и Майбах сконструировали свой первый двигатель. В нём было применено особое усройство - карбюратор, в котором бензин испарялся, пары смешивались с воздухом и поступали в цилиндр двигателя.

Лейтенант российского флота Евгений Александрович Яковлев основал в Санкт-Петербурге “Первый русский завод керосиновых и газовых двигателей Е.А.Яковлева”. В 1889 году был изготовлен первый двигатель внутреннего сгорания конструкции Яковлева, работающий на жидком топливе.

Первый в России авиационный многоцилиндровый бензиновый двигатель с водяным охлаждением построил капитан русского флота Огнеслав Степанович Костович.

В оппозитном 80-сильном двигателе конструкции Костовича с горизонтальным размещением цилиндров впервые использовалось электрическое зажигание. К 1883 году двигатель был построен, испытания и доводка продолжались до 1885 года. 

В начале XX века отдельные российские фирмы брались за разработку и изготовление собственной конструкции (заводы Лесснера в Петербурге, завод “Мотор” и АО “Русско-Балтийский завод” в Риге). Известны проекты многих российских инженеров-изобретателей (Ф.Р.Гешвенда, С.С.Неждановского, Б.Г.Луцкого, П.Д.Кузьминского, В.В.Киреева, С.В.Гризодубова, А.Г.Уфимцева, А.В.Нестерова, А.А. Пороховщикова и других), однако дальше изготовления опытных образцов они не были реализованы.

А.Г. Уфимцев, конструктор самолетов и двигателей, спроектировал четыре и построил три оригинальных авиационных двигателя. На его проекты двигателей, безусловно оказывало влияние состояние развития транспортного двигателестроения в России, в частности, развитие двухтактных двигателей. Принцип биротативности, выдвинутый им 1902 году, позволял ликвидировать коренной недостаток ротативных двигателей - недопустимость высокой частоты вращения цилиндров из-за увеличения центробежной силы, сбрасывающей с внутренней поверхности цилиндров масло.

А.Г. Уфимцев в своей мастерской в г. Курске построил биротативный двухцилиндровый двухтактный авиационный мотор воздушного охлаждения. Один двухлопастной винт был закреплен на коленчатом валу, а другой - на головках цилиндров. Мощность (суммарная) оценивалась конструктором в 15…20 л.с. при массе двигателя с пропеллерами и всеми принадлежностями около 40 кг. Самолет собственной конструкции с этим двигателем не взлетел, и изобретатель приступил к созданию более мощных моторов.

9 февраля 1908 года А.Г. Уфимцев подал заявку, а 13 октября 1911 года ему выдали патент на изобретение (№ 19997, охранное свидетельство №38313). Как пишет П.Б. Дузь: “Судя по этому патенту, Уфимцев проектировал четырехцилиндровый биротативный двигатель, цилиндры которого были крестообразно расположены вокруг коленчатого вала и при работе двигателя вращались вокруг этого вала. В то же время цилиндры качались около цапфы, помещенной в головке каждого цилиндра. Вал же мог или оставаться неподвижным, или вращаться в обратную сторону. Двигатель работал по двухтактному циклу, причем воспламенение смеси производилось не с помощью электрической искры, а в результате высокой степени сжатия. Диаметр цилиндров - 90 мм, ход поршня - 120 мм”. Рабочий объем всех четырех цилиндров был 3,05 литра. Замер мощности биротативного двигателя на балансирном станке из-за двух взаимно противоположных моментов, невозможен. Для замера мощности биротативного двигателя требуются гидро- или электротормозные установки, которых у А.Г. Уфимцева не было. По подсчетам двигатель должен был иметь массу около 40 кг. Для запуска предполагалось использовать сжатый под большим давлением воздух или горячую смесь из специального резервуара.

Официальное заключение на проект двигателя было отрицательное, специалисты Главного инженерного управления не нашли преимуществ предлагаемого двигателя перед существующими в то время ротативными двигателями.  Был отвергнут и предлагаемый А.Г. Уфимцевым запуск двигателя сжатым воздухом от баллона на борту самолета, однако практика дальнейшего развития авиации блестяще подтвердила его целесообразность. Авиационные двигатели периода Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. имели воздушный самопуск. Другим предложением Уфимцева, подтвердившимся в будущем, было применение соосных винтов, вращающихся в разные стороны.

Не имея официальной поддержки, изобретатель не оставил желания осуществить свои идеи. Проект четырехцилиндрового двигателя не удовлетворил автора. Получив небольшой кредит от частных лиц, заложив дом и использовав все наличные средства, А.Г. Уфимцев спроектировал и построил шестицилиндровый биротативный двигатель, выбрав диаметром цилиндра 80 мм и ход поршня 110 мм, частота вращения вала и цилиндров 1000 об\мин. Охлаждение цилиндров было воздушное, конструктивно на гладкую стальную гильзу напрессовывались алюминиевые ребра, фиксированные между собой четырьмя стержнями. Это двигатель Уфимцев поставил на самолет собственной конструкции “Сфероплан-2”, построенный в июне 1910 года. Самолет испытывался, но взлет не получился.

На основе опыта работы со вторым двигателем, А.Г. Уфимцев спроектировал новый мотор, который был построен на Брянском паровозостроительном заводе. Профессор В.П. Ветчинкин в статье “Выдающийся изобретатель А.Г. Уфимцев и его работы” о двигателе писал: “ … Но работать он не мог, так как на Брянском заводе неправильно установили зажигание”. Дефект, конечно, временный и мог быть устранен. Двигатель экспонировался с 25.03 по 8.04.1912 г на Второй международной воздухоплавательной выставке в Москве. Жюри под председательством проф. Н.Е. Жуковского за интересную идею, присудило Уфимцеву Большую серебрянную медаль. Располагаемая Уфимцевым экспериментальная и производственная база была явно недостаточна для создания авиационного двигателя, биротативная схема требовала длительной доводки конструкции. Однако схема биротативного  двухтактного двигателя себя не оправдала. 

В этот период авиадвигателестроение в России осуществлялось на следующих заводах: “Мотор” в Риге (1909, с 1915 в Москве), “Гном-Рон” в Москве (1912), “Сальмон” в Москве (1915), АО Ильина в Москве (1916), “Русский Рено” в Петраграде (1914), филиал “РБВЗ” в Петрограде (1915), “Дюфлон и Константинович” (ДЕКА) (1916) в Александровске (сейчас Запорожье).

На всех этих предприятиях выпускались двигатели зарубежных конструкций: “Райт”, “Гном”, “Рон”, “Рено” и др.

Только Теодор Калеп смог на заводе “Мотор” выпустить несколько своих моторов, однако вскоре их производство пришлось сократить из-за ориентации правительства на зарубежные образцы.  

Братья Райт  

В 1903 году был осуществлен первый полет самолета “Флайер” братьев Орвилла и Уилбура Райт. Двигатель для этого самолета строил конструктор Чарльз Тейлор - первый в мире авиамеханик.

Это был ДВС с водяным охлаждением, однорядный четырехцилиндровый с алюминиевым блоком цилиндров. Диаметр и ход поршня - 4 дюйма. Коленчатый вал - алюминиевый, шатуны были изготовлены из труб.

Таким образом, во второй половине XIX века, благодаря изобретениям Отто и Даймлера, было положено начало широкому применению ДВС в летательных аппаратах тяжелее воздуха.

Авиационные поршневые двигатели могут быть классифицированы по различным признакам. В зависимости от способа охлаждения - на двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

Поршневые двигатели воздушного охлаждения имеют следующие преимущества перед двигателями жидкостного охлаждения: меньшая масса, соответственно большая удельная мощность и более простая, а значит, более надежная конструкция, высокая эффективность охлаждения. Для лучшего обдува цилиндров воздухом их располагают в виде звезды. Каждый цилиндр отделен от других и доступен для ремонта и обслуживания.

В 1909 году Луисом и Лораном Сеген был создан ротативный двигатель “Гном”. В этом звездообразном двигателе вокруг неподвижного коленчатого вала вращался блок цилиндров. В таких двигателях нет необходимости установки противовесов. Цилиндры постоянно находятся в движении, что создает хорошее воздушное охлаждение. Можно отказаться от применения маховика, т.к. вращающиеся цилиндры и поршни создают вращающий момент.

К недостаткам ротативных двигателей следует отнести плохое маневрирование самолета, обусловленное гироскопическим эффектом, создаваемым большой вращающейся массой двигателя, а также плохую систему смазки, поскольку инерционные силы заставляют смазочное масло скапливаться на периферии двигателя. Масло приходилось смешивать с топливом для обеспечения надлежащего смазочного эффекта.

Такая конструкция была проще, но самолеты (да и летчики) возвращались из полета покрытые толстым слоем касторового масла, которое во время работы такого двигателя разлеталось от вращающегося блока. К тому же на вращающиеся цилиндры действовали большие инерционные нагрузки.

Более поздние двигатели стали иметь привычный неподвижный блок цилиндров и вращающийся коленчатый вал. Но радиальное расположение имело и свои недостатки: высокое лобовое сопротивление и сложность обслуживания двигателя.

В авиации мотор никогда не был так популярен, как самолет. Широко известны, например, самолеты Первой мировой войны ("Фоккер D7". “СПАД 13”, “Бристоль F.2B”), но редко слышно о 185-сильном БМВ, 235-сильном “Испано-Сюиза”, 275-сильном “Фалькон” (Ролс-Ройс). Хотя всё начиналось с мотора.

В 1918 году французский изобретатель Ратье предложил турбонагнетатель.

Авиационные двигатели имеют воздушное или водяное охлаждение, способ охлаждения определяет конструкцию двигателя. В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры объединяют по 4-6 штук в блоки (ряды), они имеют общую рубашку, внутри которой циркулирует охлаждающая жидкость. В одном двигателе может быть несколько (2, 4 или 6) блоков, размещаемых вдоль оси двигателя. В двигателях с воздушным охлаждением цилиндры располагают в плоскости,  перпендикулярной оси двигателя, по 5-9 штук; вместе эти цилиндры напоминают звезду. У мощных двигателей могло быть до четырех звезд (до 20 - 40 цилиндров). Цилиндры охлаждаются потоком встречного воздуха, для более эффективного охлаждения наружная поверхность корпусов цилиндров делается ребристой.

Помимо звездообразных двигателей, нашли своё применение в авиации и оппозитные двигатели. Их часто устанавливают на лёгкие самолеты небольших размеров, так как их мощности достаточно для полета на высоких скоростях.

К 1942 году поршневые моторы практически исчерпали свои возможности. Пропеллеры достигли высшей точки эффективности. Увеличение числа цилиндров, применение нагнетателей, сложных систем впрыска воды, спирта или химикатов в топливо усложняло конструкцию и давало небольшой эффект.

Одним из наиболее удивительных двигателей, изготовленных в время Второй мировой войны, был американский опытный звездообразный двигатель жидкостного охлаждения “Райт R-2160 Торнадо”, в котором 42 цилиндра располагались в семь рядов в шести радиальных блоках. По мысли конструкторов, “Торнадо”, имевший небольшой диаметр, позволял авиаконструкторам разрабатывать фюзеляжи с небольшим поперечным сечением. Но “Торнадо” требовалась довольно тяжелая и сложная система радиаторов охлаждающей жидкости, которая сводила на нет любое аэродинамическое преимущество от малого поперечного сечения двигателя.