24 сентября 1916 года русский лётчик Константин Арцеулов впервые в мире преднамеренно выполнил штопор и затем вывел из него самолёт.

В авиации штопором называют критический режим полёта, при котором происходит резкое снижение по крутой спирали малого радиуса с одновременным вращением. На заре воздухоплавания попадание в штопор чаще всего приводило к катастрофе. При этом лётчики даже не подозревали о существовании такого специфического режима полёта — аварии списывались на воздушные вихри и ошибки пилотов.

В дальнейшем авиаторам удалось установить реальную причину катастроф, после чего начались поиски путей решения проблемы. Необходимо было не только научиться предотвращать сваливание в штопор, но и выработать рекомендации по выходу из него. Занимался этими исследованиями и Константин Арцеулов — военный лётчик, внук художника Ивана Айвазовского.

Анализируя поведение самолёта в штопоре, Арцеулов пришёл к выводу, что главной ошибкой пилотов была попытка поднять нос машины. По его мнению, нос нужно было, наоборот, опустить ещё сильнее, направив аэроплан перпендикулярно земле. Только после этого можно было пытаться вывести самолёт в пике.

Свою теорию Арцеулов проверил 24 сентября 1916-го на самолёте «Ньюпор-21». Взлетев с Качинского аэродрома под Севастополем и поднявшись на высоту около 2 км, он свалил самолёт в штопор. После этого Арцеулов сделал три витка, перевёл машину в отвесное пикирование, а затем — в безопасный горизонтальный полёт. Следом он повторил манёвр, выполнив уже пять витков, и снова успешно вывел машину из штопора. Стоит отметить, что Арцеулов осуществлял свой полёт без парашюта — провал эксперимента стоил бы ему жизни.

Благодаря Арцеулову штопор перестал означать неминуемую катастрофу, а лётчиков начали учить не только выходу из этого режима полёта, но и использованию его в боях.

Арцеулов был не первым русским асом, который сказал новое слово в пилотировании самолётов. За три года до этого Пётр Нестеров первым в мире смог сделать в небе мёртвую петлю. До этого такие попытки заканчивались катастрофами, так как от больших перегрузок самолёты того времени просто разваливались.  

«Я решил с теми познаниями механики и высшей математики, которые приобрёл в Михайловском артиллерийском училище, рассчитать тот наименьший радиус мёртвой петли, при котором отталкивающая вверх центробежная сила сумеет уравновесить силу тяжести самого аппарата и находящегося в нём лётчика. После продолжительных расчётов я нашёл, что мёртвую петлю вполне безопасно можно описать по кругу радиусом в 25—30 метров», — рассказывал Нестеров на страницах военной газеты «Русский инвалид».

Реализовать на практике свои теоретические построения Нестеров смог 9 сентября 1913 года. Разогнавшись на моноплане «Ньюпор-4», лётчик задрал нос самолёта и описал круг, в верхней части которого машина летела вверх дном. При этом Нестеров был настолько уверен в успехе, что перед выполнением мёртвой петли даже не пристегнулся ремнями к креслу пилота. Все его расчёты оказались верны — на вершине петли он не выпал из кабины, так как центробежная сила прижимала его к сиденью.

Первенство русского лётчика в освоении мёртвой петли признал тогдашний французский ас Адольф Пегу. Сам он смог выполнить эту фигуру только через шесть дней после Нестерова.

В 1988 году на авиасалоне в Фарнборо советский лётчик-испытатель Анатолий Квочур впервые выполнил колокол на реактивном истребителе МиГ-29. До этого эта фигура высшего пилотажа выполнялась только на спортивных винтовых самолётах — считалось, что сделать колокол на современных истребителях невозможно.

Во время выполнения колокола самолёт как бы имитирует в небе движения колокольного маятника — сначала на нулевой скорости нос машины поднимается вверх, а после этого опрокидывается вниз.

Однако именно на реактивных истребителях выполнение этой фигуры имеет практический смысл — во время колокола самолёт можно «спрятать» от вражеских радаров и ракет с радиолокационным наведением на цель.

В 1992 году Анатолию Квочуру за мужество и героизм, проявленные при испытаниях авиационной техники, было присвоено звание Героя России.

Во время выполнения кобры пилот резко задирает нос самолёта, вплоть до запрокидывания назад, сохраняя изначальное направление полёта. После этого истребитель возвращается в нормальный режим практически без потери высоты.

Придумана эта фигура была случайно во время испытательных полётов истребителя Су-27. Герой Советского Союза, лётчик-испытатель Игорь Волк обнаружил, что на малой высоте машина ведёт себя неустойчиво. Чтобы разобраться в ситуации, он отключил систему автоматической стабилизации, ограничивающей выход на критические углы атаки, и взял управление полностью в свои руки. Выполнив манёвр с форсированием двигателей, лётчик установил, что Су-27 на закритических углах атаки не сваливается в штопор, а замирает как кобра.

Впервые на публике эту фигуру на авиасалоне в Ле-Бурже в 1989 году выполнил лётчик-испытатель, Герой Советского Союза Виктор Пугачёв, в честь которого она в итоге и была названа.

Как и в случае с колоколом, кобра — не просто зрелищная фигура высшего пилотажа. Она имеет и военный смысл. Во время боя столь экстремальное торможение позволяет уйти от истребителя противника в ближнем бою и обмануть РЛС с селекцией движущихся целей.

Эта фигура высшего пилотажа представляет собой более сложную версию петли Нестерова. Во время выполнения чакры Фролова пилот на небольшой скорости делает петлю очень малого радиуса — фактически самолёт совершает вращение вокруг собственного хвоста. Необычное название этот манёвр получил в честь индийского метательного оружия — металлического кольца с острыми краями.

Впервые на публике в 1995 году воздушную чакру продемонстрировал лётчик-испытатель, Герой России Евгений Фролов. Фигура выполнялась на авиасалоне в Ле-Бурже на экспериментальном истребителе Су-37, который в дальнейшем не пошёл в серию, уступив более перспективному Су-35.

На сегодняшний день чакра Фролова в основном используется для демонстрации возможностей российских самолётов. Однако теоретически она может пригодиться и в боевых условиях. Например, для поражения цели, которая находится позади самолёта.