Balon na gorące powietrze
Balon na ogrzane powietrze to statek powietrzny lżejszy od powietrza składający się z worka, zwanego kopertą, zawierającego ogrzane powietrze. Poniżej zawieszona jest gondola lub wiklinowy kosz (w niektórych balonach dalekiego zasięgu lub na dużych wysokościach kapsuła), w której znajdują się pasażerowie oraz źródło ciepła, w większości przypadków otwarty płomień wywołany palącym się ciekłym propanem . Ogrzane powietrze wewnątrz powłoki sprawia, że unosi się ona na powierzchni , ponieważ ma mniejszą gęstość niż zimniejsze powietrze na zewnątrz powłoki. Jak we wszystkich samolotach balony na ogrzane powietrze nie mogą latać poza atmosferę . Koperta nie musi być uszczelniona na dole, ponieważ powietrze wewnątrz koperty ma mniej więcej takie samo ciśnienie jak otaczające powietrze. W nowoczesnych balonach sportowych powłoka jest zwykle wykonana z nylonowej , a wlot balonu (najbliżej płomienia palnika) jest wykonany z materiału ognioodpornego, takiego jak Nomex . Nowoczesne balony zostały wykonane w wielu kształtach, takich jak statki rakietowe i kształty różnych produktów komercyjnych, chociaż tradycyjny kształt jest używany w większości zastosowań niekomercyjnych i wielu komercyjnych.
Balon na ogrzane powietrze to pierwsza udana technologia lotu z udziałem ludzi . Pierwszy załogowy lot balonem na ogrzane powietrze bez uwięzi został wykonany przez Jean-François Pilâtre de Rozier i François Laurent d'Arlandes 21 listopada 1783 r. w Paryżu we Francji balonem stworzonym przez braci Montgolfier . Pierwszy balon na ogrzane powietrze w obu Amerykach został wystrzelony z więzienia przy Walnut Street w Filadelfii 9 stycznia 1793 roku przez francuskiego aeronautę Jeana Pierre'a Blancharda . Balony na ogrzane powietrze, które mogą być napędzane w powietrzu, a nie po prostu dryfować z wiatrem, są znane jako sterowce termiczne .
Historia
Balony przednowoczesne i bezzałogowe
Prekursorem balonu na ogrzane powietrze była latarnia nieba ( chiński uproszczony : 孔明灯 ; chiński tradycyjny : 孔明燈 ). Zhuge Liang z królestwa Shu Han w czasach Trzech Królestw (220–280 n.e.) używał tych latarni powietrznych do sygnalizacji wojskowej.
W XVIII wieku brazylijski ksiądz jezuita z kolonii, Bartolomeu de Gusmão, wyobraził sobie aparat powietrzny o nazwie Passarola , który był poprzednikiem balonu na ogrzane powietrze. Celem Passaroli było służyć jako statek powietrzny w celu ułatwienia komunikacji oraz jako urządzenie strategiczne. W 1709 roku Jan V z Portugalii zdecydował się sfinansować projekt Bartolomeu de Gusmão na prośbę księdza jezuity, a bezzałogowa demonstracja odbyła się w Casa da India w obecności Jana V, królowej Marii Anny z Austrii mając za świadków włoskiego kardynała Michelangelo Conti , dwóch członków portugalskiej Królewskiej Akademii Historii, jednego portugalskiego dyplomatę i jednego kronikarza. Wydarzenie to zwróciłoby uwagę Europy na to wydarzenie i ten projekt. Późniejszy artykuł datowany na 20 października 1786 roku, opublikowany w London Daily Universal Register stwierdzał, że wynalazca był w stanie podnieść się, używając swojego prototypu. Również w 1709 roku portugalski jezuita napisał Manifest summário para os que ignoram poderse navegar pelo elemento do ar ( Krótki Manifest dla nieświadomych, że można żeglować przez żywioł powietrza ); pozostawił także projekty załogowego statku powietrznego.
Znany balonista Julian Nott w latach 70.; wysunęli hipotezę, że dwa tysiące lat temu geoglifów z Nazca Lines mogło być kierowane przez przywódców Nazca w balonie, prawdopodobnie najwcześniejszych lotach balonem na ogrzane powietrze w historii ludzkości. W 1975 roku, aby poprzeć tę teorię, zaprojektował i pilotował prehistoryczny balon z Nazca, twierdząc, że używał tylko metod i materiałów dostępnych dla preinkaskich Peruwiańczyków 1000 lat temu.
Pierwszy załogowy lot
Francuscy bracia Joseph-Michel i Jacques-Étienne Montgolfier opracowali balon na ogrzane powietrze w Annonay w Ardeche we Francji i zademonstrowali go publicznie 19 września 1783 r., wykonując bezzałogowy lot trwający 10 minut. Po eksperymentach z bezzałogowymi balonami i lotami ze zwierzętami, pierwszy lot balonem z ludźmi na pokładzie, lot na uwięzi, wykonany około 15 października 1783 roku przez Jean-Francois Pilatre de Rozier, który wykonał co najmniej jeden lot na uwięzi z dziedzińca warsztat Reveillon na Faubourg Saint-Antoine . Później tego samego dnia Pilatre de Rozier stał się drugim człowiekiem, który wzbił się w powietrze, osiągając wysokość 26 m (85 stóp), czyli długość liny. Pierwszy swobodny lot z ludzkimi pasażerami odbył się kilka tygodni później, 21 listopada 1783 roku. Król Ludwik XVI pierwotnie zarządził, że skazani przestępcy będą pierwszymi pilotami , ale de Rozier wraz z markizem François d'Arlandes pomyślnie złożyli petycję o zaszczyt. Pierwsze wojskowe użycie balonu na ogrzane powietrze miało miejsce w 1794 roku podczas bitwy pod Fleurus , kiedy to Francuzi użyli balonu l'Entreprenant do obserwacji.
Jean-Pierre Blanchard jako pierwszy latał balonem w różnych krajach, w tym w Stanach Zjednoczonych, Holandii i Niemczech. Jego najbardziej znaczący lot przeleciał przez kanał La Manche w kierunku zamku Dover w towarzystwie dr Johna Jeffriesa , który miał miejsce 7 stycznia 1785 r. W 1808 r. Blanchard doznał zawału serca podczas lotu balonem nad Hagą, spadł z balonu i doznał śmiertelnych obrażeń . Jego żona Sophie Blanchard kontynuowała swój zawód, ale również zginęła dekadę później na balonie z powodu festiwalu sztucznych ogni, który spowodował podpalenie wodoru w balonie.
Nowoczesne balony
Nowoczesne balony na ogrzane powietrze z pokładowym źródłem ciepła zostały opracowane przez Eda Yosta na początku lat pięćdziesiątych XX wieku; jego praca zaowocowała jego pierwszym udanym lotem 22 października 1960 r. Pierwszym nowoczesnym balonem na ogrzane powietrze, który powstał w Wielkiej Brytanii (UK), był Bristol Belle , zbudowany w 1967 r. Obecnie balony na ogrzane powietrze są wykorzystywane głównie do rekreacji.
Dokumentacja
Balony na ogrzane powietrze są w stanie latać na bardzo duże wysokości. 26 listopada 2005 Vijaypat Singhania ustanowił światowy rekord wysokości w najwyższym locie balonem, osiągając 21 027 m (68 986 stóp). Wystartował z centrum Bombaju w Indiach i wylądował 240 km (150 mil) na południe w Panchale. Poprzedni rekord 19 811 m (64 997 stóp) został ustanowiony przez Pera Lindstranda 6 czerwca 1988 r. W Plano w Teksasie .
15 stycznia 1991 roku balon Virgin Pacific Flyer ukończył najdłuższy lot balonem na ogrzane powietrze, kiedy Per Lindstrand (urodzony w Szwecji, ale mieszkający w Wielkiej Brytanii) i Richard Branson z Wielkiej Brytanii przelecieli 7671,91 km (4767,10 mil) z Japonii do północnej Kanady. Przy objętości 74 000 metrów sześciennych (2,6 miliona stóp sześciennych) powłoka balonu była największą, jaką kiedykolwiek zbudowano dla statku na ogrzane powietrze. Zaprojektowany do latania w transoceanicznych prądach odrzutowych , Pacific Flyer zarejestrował największą prędkość względem ziemi dla załogowego balonu przy 394 km / h (245 mil / h). Rekord najdłuższego czasu trwania został ustanowiony przez szwajcarskiego psychiatrę Bertranda Piccarda ( wnuka Auguste'a Piccarda ) i Brytyjczyka Briana Jonesa, lecących w Breitling Orbiter 3. Była to pierwsza podróż balonem dookoła świata bez międzylądowania. Balon opuścił Château-d'Oex w Szwajcarii 1 marca 1999 r. I wylądował o 1:02 w nocy 21 marca na egipskiej pustyni, 500 km (300 mil) na południe od Kairu. Obaj mężczyźni przekroczyli rekordy odległości, wytrzymałości i czasu, podróżując 19 dni, 21 godzin i 55 minut. Steve'a Fossetta , lecąc samotnie, pobił rekord najkrótszej podróży dookoła świata w dniu 3 lipca 2002 r. w swojej szóstej próbie, w 320 h 33 min. Fedor Konyukhov przeleciał samotnie dookoła świata podczas swojej pierwszej próby hybrydowym balonem na ogrzane powietrze i hel od 11 do 23 lipca 2016 r., Okrążając świat w czasie 268 godzin i 20 minut.
Budowa
Balon na ogrzane powietrze do lotów załogowych wykorzystuje jednowarstwową, tekstylną poduszkę gazową (podnoszącą „kopertę”), z otworem u dołu zwanym ustami lub gardłem. Do koperty dołączony jest koszyk lub gondola do przewożenia pasażerów. Nad koszem i pośrodku ust znajduje się „palnik”, który wstrzykuje płomień do koperty, ogrzewając powietrze w środku. Grzejnik lub palnik zasilany jest propanem , skroplonym gazem przechowywanym w zbiornikach ciśnieniowych, podobnie jak wysokociśnieniowe butle wózków widłowych .
Koperta
Nowoczesne balony na ogrzane powietrze są zwykle wykonane z materiałów takich jak nylon ripstop lub dacron ( poliester ).
Podczas procesu produkcyjnego materiał jest cięty na panele i zszywany razem ze strukturalnymi taśmami obciążeniowymi , które przenoszą ciężar gondoli lub kosza. Poszczególne sekcje, które rozciągają się od gardła do korony (góry) koperty, nazywane są klinami lub sekcjami gore. Koperty mogą mieć zaledwie 4 gore lub aż 24 lub więcej.
Koperty często mają koronę na samej górze. Jest to obręcz z gładkiego metalu, zwykle aluminium, o średnicy około 30 cm (1 stopa). Pionowe taśmy obciążeniowe z koperty są przymocowane do pierścienia korony.
W dolnej części koperty pionowe taśmy obciążeniowe są wszyte w pętle, do których są podłączone linki (jeden kabel na taśmę obciążeniową). Kable te, często nazywane latającymi drutami , są połączone z koszem za pomocą karabinków .
Szwy
Najpopularniejszą techniką łączenia paneli jest ścieg francuski , francuski lub podwójny szew zakładkowy. Dwa kawałki materiału są złożone jeden na drugim na ich wspólnej krawędzi, być może również z taśmą obciążeniową, i zszyte dwoma rzędami równoległych ściegów. Inne metody obejmują płaski szew zakładkowy , w którym dwa kawałki tkaniny są utrzymywane razem po prostu za pomocą dwóch rzędów równoległych ściegów oraz zygzak , w którym równoległe ściegi zygzakowate utrzymują podwójne zakładki tkaniny.
Powłoki
Tkanina (lub przynajmniej jej część, na przykład górna 1/3) może być pokryta uszczelniaczem, takim jak silikon lub poliuretan , aby uczynić ją nieprzepuszczalną dla powietrza. Często to degradacja tej powłoki i związana z nią utrata nieprzepuszczalności kończy efektywną żywotność powłoki, a nie osłabienie samej tkaniny. Ciepło, wilgoć i mechaniczne zużycie podczas ustawiania i pakowania są głównymi przyczynami degradacji. Kiedyś koperta staje się zbyt porowata aby latać, można go wycofać i wyrzucić lub może użyć jako „worka na szmaty”: nadmuchanego na zimno i otwartego, aby dzieci mogły przez niego biegać. Produkty do ponownego powlekania tkaniny stają się dostępne w handlu.
Rozmiary i pojemność
Dostępna jest szeroka gama rozmiarów kopert. Najmniejsze, jednoosobowe, bezkoszowe balony (zwane „ Hoppers ” lub „Cloudhoppers”) mają zaledwie 600 m3 ( 21 000 stóp sześciennych) objętości powłoki; dla idealnej kuli promień wynosiłby około 5 m (16 stóp). Na drugim końcu skali znajdują się balony używane w komercyjnych operacjach krajoznawczych, które mogą przewozić ponad dwa tuziny osób, a ich objętość powłoki dochodzi do 17 000 m 3 ( 600 000 stóp sześciennych). Najczęściej używany rozmiar to około 2800 m 3 (99 000 stóp sześciennych), pozwalający na przewóz od 3 do 5 osób.
Otwory wentylacyjne
W górnej części balonu zwykle znajduje się jakiś otwór wentylacyjny, umożliwiający pilotowi wypuszczenie gorącego powietrza w celu spowolnienia wznoszenia, rozpoczęcia opadania lub zwiększenia prędkości opadania, zwykle do lądowania. Niektóre balony na ogrzane powietrze mają obrotowe otwory wentylacyjne , czyli boczne otwory wentylacyjne, które po otwarciu powodują obrót balonu. Takie otwory wentylacyjne są szczególnie przydatne w przypadku balonów z prostokątnymi koszami, aby ułatwić wyrównanie szerszej strony kosza do lądowania.
Najpopularniejszym typem górnego otworu wentylacyjnego jest klapa z tkaniny w kształcie dysku, zwana otworem spadochronowym , wynaleziona przez Tracy Barnes. Tkanina jest połączona wokół krawędzi z zestawem „linii wentylacyjnych”, które zbiegają się w środku. (Układ tkaniny i linek z grubsza przypomina spadochron — stąd nazwa.) Te „przewody odpowietrzające” same są połączone z przewodem kontrolnym biegnącym do kosza. Otwór spadochronu otwiera się pociągając za linkę sterującą. Po zwolnieniu przewodu sterującego ciśnienie pozostałego gorącego powietrza wpycha tkaninę wentylacyjną z powrotem na miejsce. Otwór spadochronu można na krótko otworzyć podczas lotu, aby zainicjować szybkie opadanie. (Wolniejsze opadanie jest inicjowane przez umożliwienie naturalnego ochłodzenia powietrza w balonie.) Otwór wentylacyjny jest całkowicie otwierany, aby zapaść balon po wylądowaniu.
Starszy i obecnie rzadziej używany styl górnego otworu wentylacyjnego nazywa się odpowietrznikiem „ na rzep ”. To także jest dysk tkaniny na górze balonu. Jednak zamiast zestawu „linii wentylacyjnych”, które mogą wielokrotnie otwierać i zamykać otwór wentylacyjny, otwór wentylacyjny jest mocowany za pomocą zapięć na rzepy (takich jak rzepy) i jest otwierany dopiero pod koniec lotu. Balony wyposażone w odpowietrznik na rzep mają zwykle drugi „odpowietrznik manewrowy” wbudowany z boku (a nie na górze) balonu. Innym powszechnym typem konstrukcji wierzchniej jest „inteligentny otwór wentylacyjny”, który zamiast opuszczać materiałowy krążek do koperty, jak w przypadku typu „spadochron”, zbiera materiał razem w środku otworu. System ten teoretycznie może być używany do manewrowania w locie, ale jest częściej używany tylko jako urządzenie do szybkiego opróżniania powietrza do użytku po wylądowaniu, co ma szczególną wartość przy silnym wietrze. Inne projekty, takie jak systemy „pop top” i „MultiVent”, również próbowały odpowiedzieć na potrzebę szybkiego spuszczenia powietrza podczas lądowania, ale szczyt spadochronu pozostaje popularny jako wszechstronny system manewrowania i spuszczania powietrza.
Kształt
Oprócz specjalnych kształtów, prawdopodobnie do celów marketingowych, istnieje kilka odmian tradycyjnego kształtu „odwróconej łzy”. Najprostszym, często używanym przez budowniczych domów, jest półkula na szczycie ściętego stożka . Bardziej wyrafinowane projekty próbują zminimalizować obwodowe naprężenia tkaniny, z różnym skutkiem w zależności od tego, czy uwzględniają ciężar tkaniny i różną gęstość powietrza. Ten kształt można określić jako „naturalny”. Wreszcie, niektóre specjalistyczne balony są zaprojektowane tak, aby zminimalizować opór aerodynamiczny (w kierunku pionowym) w celu poprawy osiągów lotu w zawodach.
Kosz
Kosze do balonów na ogrzane powietrze są zwykle wykonane z plecionej wikliny lub rattanu . Materiały te okazały się wystarczająco lekkie, mocne i trwałe do lotu balonem. Takie kosze mają zwykle kształt prostokątny lub trójkątny. Różnią się rozmiarem, od wystarczająco dużych dla dwóch osób do wystarczająco dużych, aby pomieścić trzydzieści. Większe kosze często mają wewnętrzne przegrody do usztywnienia konstrukcyjnego i podziału pasażerów. Małe otwory mogą być wplecione w bok kosza, aby służyć jako uchwyty na stopy dla pasażerów wsiadających i wysiadających.
Kosze mogą być również wykonane z aluminium , w szczególności ze składanej ramy aluminiowej pokrytej tkaniną, aby zmniejszyć wagę lub zwiększyć mobilność. Mogą być używane przez pilotów bez załogi naziemnej lub którzy próbują ustawić rekordy wysokości, czasu trwania lub odległości. Inne kosze specjalistyczne obejmują całkowicie zamknięte gondole używane do prób dookoła świata oraz kosze, które składają się z niewiele więcej niż siedzenia dla pilota i być może jednego pasażera.
Palnik
Zespół palnika gazuje ciekły propan , miesza go z powietrzem, zapala mieszaninę i kieruje płomień i spaliny do wylotu koperty. Palniki różnią się mocą wyjściową; każdy będzie generalnie wytwarzał od 2 do 3 MW ciepła (7 do 10 milionów BTU na godzinę), z podwójnymi, potrójnymi lub poczwórnymi konfiguracjami palników zainstalowanymi tam, gdzie potrzebna jest większa moc. Pilot uruchamia palnik, otwierając zawór propanu, zwany zaworem nadmuchowym . Zawór może być obciążony sprężyną, dzięki czemu zamyka się automatycznie lub może pozostać otwarty do momentu zamknięcia przez pilota. Palnik posiada lampkę kontrolną do zapalenia mieszanki propanu i powietrza. Lampka kontrolna może być zapalana przez pilota za pomocą urządzenia zewnętrznego, takiego jak krzesiwo lub zapalniczka , lub za pomocą wbudowanej iskry piezoelektrycznej .
Jeżeli obecny jest więcej niż jeden palnik, pilot może używać jednego lub więcej na raz, w zależności od pożądanej mocy cieplnej. Każdy palnik ma metalową cewkę propanową, przez którą przechodzi płomień w celu wstępnego podgrzania napływającego ciekłego propanu. Jednostka palnika może być zawieszona na otworze koperty lub sztywno podparta nad koszem. Zespół palnika można zamontować na gimbalu , aby umożliwić pilotowi ukierunkowanie płomienia i uniknięcie przegrzania tkaniny kopertowej. Palnik może mieć dodatkowy zawór propanu, który uwalnia propan wolniej, a tym samym generuje inny dźwięk. Nazywa się to palnikiem szeptanym i jest używany do lotu nad żywym inwentarzem, aby zmniejszyć ryzyko ich spłoszenia. Generuje również bardziej żółty płomień i jest używany do nocnych poświat, ponieważ oświetla wnętrze bańki lepiej niż główny zawór.
Zbiorniki paliwa
Zbiorniki paliwa na propan to zwykle cylindryczne zbiorniki ciśnieniowe wykonane z aluminium , stali nierdzewnej lub tytanu z zaworem na jednym końcu do zasilania palnika i tankowania. Mogą mieć wskaźnik paliwa i manometr . Typowe rozmiary zbiorników to 38, 57 i 76 litrów (10, 15 i 20 galonów amerykańskich). Mogą być przeznaczone do użytku w pozycji pionowej lub poziomej i mogą być montowane wewnątrz lub na zewnątrz kosza.
Ciśnienie niezbędne do przepchnięcia paliwa przez przewód do palnika może być zapewnione przez ciśnienie pary samego propanu, jeśli jest wystarczająco ciepły, lub przez wprowadzenie gazu obojętnego, takiego jak azot . Zbiorniki można wstępnie podgrzać za pomocą elektrycznych taśm grzewczych, aby wytworzyć ciśnienie pary wystarczające do latania w niskich temperaturach. Ogrzewane zbiorniki są zwykle również owijane kocem izolacyjnym, aby zachować ciepło podczas ustawiania i lotu.
Oprzyrządowanie
Balon może być wyposażony w różne przyrządy wspomagające pilota. Zwykle obejmują one wysokościomierz , wskaźnik prędkości wznoszenia (prędkości pionowej) znany jako wariometr , temperaturę obwiedni (powietrza) i temperaturę otoczenia (powietrza). Odbiornik GPS może być przydatny do wskazywania prędkości względem ziemi (tradycyjne wskaźniki prędkości w powietrzu byłyby bezużyteczne) i kierunku.
Masa łączona
Łączną masę przeciętnego układu można obliczyć w następujący sposób:
Część funty Kilogramy Ułamek masowy 2800 m 3 (100 000 stóp sześciennych). 250 113,4 3,3%Koszyk 5-osobowy 140 63,5 1,9%Podwójny palnik 50 22.7 0,7%3 zbiorniki paliwa o pojemności 76 l (20 galonów amerykańskich) pełne propanu 3 × 135 = 405 183,7 5,4%5 pasażerów 5 × 150 = 750 340,2 10,0%Suma częściowa 1595 723,5 21,2%2800 m 3 (100 000 stóp sześciennych) ogrzanego powietrza* 5922 2686.2 78,8%Całkowity (3,76 tony) 7517 3409.7 100,0%
- * Przy gęstości 0,9486 kg/m3 ( 0,05922 funta/stopę sześcienną) dla suchego powietrza ogrzanego do 99°C (210°F).
Teoria operacji
Generowanie windy
Zwiększenie temperatury powietrza wewnątrz powłoki powoduje, że jest ono mniej gęste niż otaczające (otaczające) powietrze. Balon unosi się dzięki działającej na niego sile wyporu. Siła ta jest tą samą siłą, która działa na obiekty znajdujące się w wodzie i jest opisana prawem Archimedesa . Wielkość siły nośnej (lub wyporności ) zapewnianej przez balon na ogrzane powietrze zależy przede wszystkim od różnicy między temperaturą powietrza wewnątrz powłoki a temperaturą powietrza na zewnątrz powłoki. W przypadku większości kopert wykonanych z tkaniny nylonowej maksymalna temperatura wewnętrzna jest ograniczona do około 120°C (250°F).
Temperatura topnienia nylonu jest znacznie wyższa niż ta maksymalna temperatura robocza — około 230 ° C (450 ° F) — ale wyższe temperatury powodują szybsze pogorszenie wytrzymałości tkaniny nylonowej w miarę upływu czasu. Przy maksymalnej temperaturze roboczej 120 ° C (250 ° F), powłoki balonowe mogą być latane przez 400 do 500 godzin, zanim konieczna będzie wymiana tkaniny. Wielu pilotów balonów używa swoich powłok w temperaturach znacznie niższych niż maksymalne, aby wydłużyć żywotność tkaniny powłoki.
Siłę nośną generowaną przez 2800 m 3 (100 000 stóp sześciennych) suchego powietrza ogrzanego do różnych temperatur można obliczyć w następujący sposób:
Temperatura powietrza Gęstość powietrza Masa powietrza Wzrost wygenerowany 20 ° C (68 ° F) 1,2041 kg/m3 ( 0,07517 funta/stopę sześcienną) 3409,7 kg (7517 funtów) 0 funtów, 0 kg 99 ° C (210 ° F) 0,9486 kg/m3 ( 0,05922 funta/stopę sześcienną) 2686,2 kg (5922 funtów) 723,5 kg (1595 funtów) 120 ° C (248 ° F) 0,8978 kg/m3 ( 0,05605 funta/stopę sześcienną) 2542,4 kg (5605 funtów) 867,3 kg (1912 funtów)
Gęstość powietrza w temperaturze 20°C (68°F) wynosi około 1,2 kg/m3 ( 0,075 funta/stopę sześcienną). Całkowita siła nośna balonu o pojemności 2800 m3 ( 100 000 stóp sześciennych) podgrzanego do 99°C (210°F) wyniosłaby 723,5 kg (1595 funtów). To wystarczy, aby wygenerować neutralną pływalność dla całej masy układu (oczywiście nie licząc ogrzanego powietrza uwięzionego w powłoce) podanej w poprzedniej sekcji. Start wymagałby nieco wyższej temperatury, w zależności od pożądanej szybkości wznoszenia. W rzeczywistości powietrze zawarte w powłoce nie ma tej samej temperatury, jak pokazuje załączony obraz termiczny, dlatego te obliczenia opierają się na średnich.
W typowych warunkach atmosferycznych (20°C lub 68°F) balon na ogrzane powietrze do temperatury 99°C (210°F) wymaga około 3,91 m 3 objętości koperty, aby podnieść 1 kilogram (odpowiednik 62,5 stopy sześciennej / funt). Dokładna ilość zapewnionej siły nośnej zależy nie tylko od temperatury wewnętrznej, o której mowa powyżej, ale także od temperatury zewnętrznej, wysokości nad poziomem morza i wilgotności otaczającego powietrza. W ciepły dzień balon nie może unieść się tak bardzo, jak w chłodny dzień, ponieważ temperatura wymagana do wystrzelenia przekroczy maksymalną dopuszczalną dla nylonowej tkaniny kopertowej. Również w niższych warstwach atmosfery siła nośna zapewniana przez balon na ogrzane powietrze zmniejsza się o około 3% na 1000 m (1% na 1000 stóp) zdobytej wysokości.
Montgolfier
Standardowe balony na ogrzane powietrze są znane jako balony Montgolfier i opierają się wyłącznie na wyporności gorącego powietrza zapewnianego przez palnik i zawartego w powłoce. Ten styl balonu został opracowany przez braci Montgolfier i miał swoją pierwszą publiczną demonstrację 4 czerwca 1783 r. Podczas bezzałogowego lotu trwającego 10 minut, a następnie tego samego roku lotami załogowymi.
Hybrydowy
Balon Rozière z 1785 r. , rodzaj balonu hybrydowego , nazwany na cześć jego twórcy, Jean-François Pilâtre de Rozier, ma oddzielną komorę na gaz lżejszy od powietrza (zwykle hel ), a także stożek poniżej na gorące powietrze ( jak w balonie na ogrzane powietrze) do ogrzewania helu w nocy. Gazowy wodór był używany na bardzo wczesnych etapach rozwoju, ale szybko został porzucony ze względu na niebezpieczeństwo wprowadzenia otwartego ognia w pobliżu gazu. Wszystkie nowoczesne balony Roziere wykorzystują teraz hel jako gaz nośny .
Słoneczny
Balony słoneczne to balony na ogrzane powietrze, które wykorzystują tylko energię słoneczną przechwyconą przez ciemną powłokę do ogrzania powietrza w środku.
Sterowniczy
Balonem na ogrzane powietrze można sterować w ograniczonym stopniu poprzez zmianę wysokości lotu. Wiatr na półkuli północnej ma tendencję do skręcania na wschód z powodu efektu Coriolisa wraz ze wzrostem wysokości.
Sprzęt bezpieczeństwa
Aby zapewnić bezpieczeństwo pilota i pasażerów, balon na ogrzane powietrze może przewozić kilka elementów wyposażenia bezpieczeństwa.
W koszyku
Aby ponownie zapalić palnik, jeśli lampka kontrolna zgaśnie i opcjonalny zapłon piezoelektryczny ulegnie awarii, pilot powinien mieć łatwy dostęp do zapasowego źródła zapłonu, takiego jak zapalniczka krzesiwowa. Wiele systemów, zwłaszcza tych, które przewożą pasażerów, ma całkowicie zduplikowane układy paliwowe i palnikowe: dwa zbiorniki paliwa połączone z dwoma oddzielnymi wężami, które zasilają dwa różne palniki. Umożliwia to bezpieczne lądowanie w przypadku zablokowania się gdzieś w jednym z systemów lub konieczności wyłączenia któregoś z systemów z powodu wycieku paliwa.
gaśnica odpowiednia do gaszenia pożarów propanu . Większość balonów jest wyposażona w gaśnicę typu AB:E o masie 1 lub 2 kg .
W wielu krajach lina do przenoszenia lub zrzutu jest obowiązkowym wyposażeniem bezpieczeństwa. Jest to lina lub taśma o długości 20–30 metrów przymocowana do kosza balonu z szybkozłączem na jednym końcu. Przy bardzo spokojnym wietrze pilot balonu może zrzucić linę manipulacyjną z balonu, aby obsługa naziemna mogła bezpiecznie poprowadzić balon z dala od przeszkód na ziemi.
W przypadku komercyjnych balonów pasażerskich w niektórych krajach obowiązkowe są pasy bezpieczeństwa pilota. Składa się z pasa biodrowego i taśmy parcianej, które razem pozwalają na pewien ruch, jednocześnie zapobiegając wyrzuceniu pilota z kosza podczas twardego lądowania.
Dodatkowe wyposażenie bezpieczeństwa może obejmować apteczkę pierwszej pomocy, koc gaśniczy i mocny nóż ratowniczy.
Na okupantów
Jako minimum pilot powinien nosić rękawice ze skóry lub włókna trudnopalnego (takiego jak nomex ), aby mógł zamknąć zawór gazowy w przypadku wycieku, nawet jeśli obecny jest płomień; szybkie działanie w tym zakresie może zamienić potencjalną katastrofę w zwykłą niedogodność. Pilot powinien dodatkowo nosić ognioodporne ubranie zakrywające ręce i nogi; albo włókno naturalne, takie jak bawełna , len , konopie lub wełna , albo sztuczne włókno ognioodporne, takie jak nomex, jest dopuszczalne w tym charakterze. Większość włókien modyfikowanych (z wyjątkiem sztuczny jedwab , który jest również bezpieczny w noszeniu) są termoplastyczne ; wiele z nich to także węglowodory . To sprawia, że takie tkaniny bardzo nie nadają się do noszenia w pobliżu wysokich temperatur, ponieważ niepalne tworzywa termoplastyczne będą topić się na użytkowniku, a większość węglowodorów, włóknistych lub nie, nadaje się do stosowania jako paliwa. Włókno naturalne będzie raczej przypalać niż topić się lub palić, a włókno ognioodporne na ogół ma bardzo wysoką temperaturę topnienia i jest samoistnie niepalne. Wielu pilotów radzi również swoim pasażerom noszenie podobnej odzieży ochronnej zakrywającej ręce i nogi, a także mocnych butów lub butów zapewniających dobre wsparcie kostki. Wreszcie, niektóre systemy balonowe, zwłaszcza te, które zawieszają palnik na kopercie zamiast sztywno podtrzymywać go na koszu, wymagają użycia przez pilota i pasażerów kasków.
W załodze naziemnej
Personel naziemny powinien nosić rękawice zawsze wtedy, gdy istnieje możliwość manipulowania linami lub linami. Masa i powierzchnia wystawiona na ruch powietrza balonu średniej wielkości jest wystarczająca, aby spowodować poparzenia rąk każdego, kto próbuje zatrzymać lub uniemożliwić ruch liny. Personel naziemny powinien również nosić solidne buty i co najmniej długie spodnie na wypadek konieczności dostania się do lądowania lub lądowania balonu w nierównym lub zarośniętym terenie.
Konserwacja i naprawa
Podobnie jak w przypadku samolotów, balony na ogrzane powietrze wymagają regularnej konserwacji, aby zachować zdatność do lotu. Jako samolot wykonany z tkaniny i pozbawiony bezpośredniej kontroli poziomej, balony na ogrzane powietrze mogą czasami wymagać naprawy rozdarć lub zaczepów. Podczas gdy niektóre czynności, takie jak czyszczenie i suszenie, mogą być wykonywane przez właściciela lub pilota, inne czynności, takie jak szycie, muszą być wykonywane przez wykwalifikowanego technika i odnotowywane w dzienniku konserwacji balonu.
Konserwacja
Aby zapewnić długą żywotność i bezpieczną pracę, koperta powinna być utrzymywana w czystości i suchości. Zapobiega to pleśni i pleśni na tkaninie oraz ścieraniu podczas pakowania, transportu i rozpakowywania w wyniku kontaktu z obcymi cząsteczkami. W przypadku lądowania w miejscu mokrym (z powodu opadów lub rosy wczesnoporannej lub późnej wieczornej) lub błotnistym (pole rolnika) kopertę należy oczyścić i rozłożyć lub powiesić do wyschnięcia.
Palnik i układ paliwowy muszą być również utrzymywane w czystości, aby zapewnić bezpieczną pracę na żądanie. Uszkodzone przewody paliwowe należy wymienić. Zablokowane lub nieszczelne zawory należy naprawić lub wymienić. Wiklinowy kosz może wymagać okresowego odnawiania lub naprawy. Płozy na spodzie mogą wymagać okresowej wymiany.
Balony w większości części świata są konserwowane zgodnie z ustalonym przez producenta harmonogramem konserwacji, który obejmuje regularne przeglądy (100 godzin lotu lub 12 miesięcy) oraz prace konserwacyjne mające na celu usunięcie wszelkich uszkodzeń. W Australii balony używane do przewozu pasażerów w celach komercyjnych muszą być kontrolowane i konserwowane przez zatwierdzone warsztaty.
Naprawa
W przypadku rozdarcia, przepalenia lub rozdarcia tkaniny koperty można nakleić łatę lub całkowicie wymienić dotknięty panel. Łatki mogą być utrzymywane na miejscu za pomocą kleju, taśmy, szwów lub kombinacji tych technik. Wymiana całego panelu wymaga usunięcia szwów wokół starego panelu i wszycia nowego panelu odpowiednią techniką, nicią i wzorem ściegu.
Koncesjonowanie
W zależności od wielkości balonu, lokalizacji i przeznaczenia, balony na ogrzane powietrze i ich piloci muszą przestrzegać różnych przepisów.
Balony
Podobnie jak w przypadku innych statków powietrznych w USA, balony muszą być zarejestrowane (mieć numer N ), posiadać świadectwo zdatności do lotu i przejść coroczne przeglądy. Balony poniżej określonego rozmiaru (masa własna poniżej 155 funtów lub 70 kg, w tym koperta, kosz, palniki i puste zbiorniki paliwa) mogą być używane jako samoloty ultralekkie .
Piloci
W Australii
W Australii prywatni piloci balonów są zarządzani przez Australijską Federację Balonową i zazwyczaj stają się członkami regionalnych klubów balonowych. Operacje komercyjne przewożące pasażerów opłacających taryfę lub pobierających opłaty za loty promocyjne muszą działać na podstawie certyfikatu przewoźnika lotniczego wydanego przez Australijski Urząd Lotnictwa Cywilnego i Bezpieczeństwa (CASA) z wyznaczonym głównym pilotem. Piloci muszą mieć różne stopnie doświadczenia, zanim będą mogli przejść do większych balonów. Balony na ogrzane powietrze muszą być statkami powietrznymi zarejestrowanymi przez CASA i podlegają regularnym kontrolom zdatności do lotu przeprowadzanym przez upoważniony personel.
W UK
W Wielkiej Brytanii dowódca musi posiadać ważną licencję pilota prywatnego wydaną przez Urząd Lotnictwa Cywilnego specjalnie na latanie balonem; jest to znane jako PPL (B). Istnieją dwa rodzaje komercyjnych licencji na balony: CPL(B) Restricted i CPL(B) (Full). Licencja CPL(B) Restricted jest wymagana, jeśli pilot podejmuje pracę dla sponsora lub otrzymuje wynagrodzenie od agenta zewnętrznego za obsługę balonu. Pilot może latać balonem sponsorowanym ze wszystkim opłaconym z licencji PPL, chyba że zostanie poproszony o udział w jakimkolwiek wydarzeniu. Następnie wymagana jest licencja CPL(B) Restricted. Licencja CPL(B) jest wymagana, jeśli pilot przewozi pasażerów za pieniądze. Balon potrzebuje wtedy kategorii transportowej C A (świadectwo zdatności do lotu). Jeśli pilot lata tylko z gośćmi sponsora i nie pobiera opłat za przelot innych pasażerów, to jest zwolniony z posiadania AOC (certyfikatu przewoźnika lotniczego), chociaż wymagana jest jego kopia. [ potrzebne wyjaśnienie ] W przypadku pasażerów latających balonem wymagany jest również dziennik konserwacji.
W Stanach Zjednoczonych
W Stanach Zjednoczonych pilot balonu na ogrzane powietrze musi posiadać certyfikat pilota wydany przez Federalną Administrację Lotnictwa (FAA), posiadający uprawnienie „Balon swobodny lżejszy od powietrza” i chyba że pilot posiada również kwalifikacje do latania gazem balonów, będzie również zawierać to ograniczenie: „Ograniczone do balonów na ogrzane powietrze z podgrzewaczem w powietrzu”. Pilot nie potrzebuje licencji na latanie ultralekkim samolotem, ale szkolenie jest wysoce zalecane, a niektóre balony na ogrzane powietrze spełniają kryteria.
Aby przewozić płacących pasażerów do wynajęcia (i uczestniczyć w niektórych festiwalach balonowych ), pilot musi posiadać certyfikat pilota zawodowego . Zawodowi piloci balonów na ogrzane powietrze mogą również pełnić funkcję instruktorów lotów balonami na ogrzane powietrze . Podczas gdy większość pilotów balonów lata dla czystej radości unoszenia się w powietrzu, wielu jest w stanie zarabiać na życie jako zawodowy pilot balonu. Niektórzy zawodowi piloci latają komercyjnymi lotami pasażerskimi, podczas gdy inni latają firmowymi balonami reklamowymi.
Wypadki i incydenty
- 1989 Katastrofa balonu na ogrzane powietrze w Alice Springs : 13 sierpnia 1989 r. Dwa balony na ogrzane powietrze zderzyły się w Alice Springs na Terytorium Północnym w Australii, powodując upadek jednego z nich, zabijając 13 osób na pokładzie.
- 2011 Katastrofa balonu na ogrzane powietrze w Somerset: 1 stycznia 2011 r. Balon na ogrzane powietrze próbujący wznieść się na dużą wysokość rozbił się w Pratten's Bowls Club w Westfield, Somerset , niedaleko Bath w Anglii, zabijając obie osoby na pokładzie.
- 2012 Katastrofa balonu na ogrzane powietrze w Carterton : W dniu 7 stycznia 2012 r. Balon na ogrzane powietrze zderzył się z linią energetyczną, zapalił się i rozbił się w Carterton na Wyspie Północnej w Nowej Zelandii, zabijając 11 osób na pokładzie.
- 2012 Ljubljana Marshes katastrofa balonu na ogrzane powietrze : W dniu 23 sierpnia 2012 r. burza zdmuchnęła balon na ogrzane powietrze na ziemię, powodując jego zapalenie w pobliżu Lublany w Słowenii. W katastrofie zginęło 6 z 32 osób na pokładzie, a 26 zostało rannych.
- 2013 Katastrofa balonu na ogrzane powietrze w Luksorze : 26 lutego 2013 r. Balon na ogrzane powietrze przewożący zagranicznych turystów zapalił się i rozbił się w pobliżu starożytnego miasta Luksor w Egipcie, zabijając 19 z 21 osób na pokładzie, co czyni go najbardziej śmiertelnym wypadkiem balonu w historii.
- 2016 Katastrofa balonu na ogrzane powietrze w Lockhart : 30 lipca 2016 r. Balon na ogrzane powietrze przewożący 16 osób zapalił się i rozbił się w pobliżu Lockhart w Teksasie . Nie było ocalałych.
- 2021 Katastrofa balonu na ogrzane powietrze w Albuquerque : 26 czerwca 2021 r. Balon na ogrzane powietrze przewożący pięć osób zetknął się z linią energetyczną i rozbił się w Albuquerque w Nowym Meksyku . Wszystkie pięć osób na pokładzie zginęło w wyniku wypadku.
Producenci
Największym producentem balonów na ogrzane powietrze jest firma Cameron Balloons z Bristolu w Anglii, która jest również właścicielem firmy Lindstrand Balloons z Oswestry w Anglii. Cameron Balloons, Lindstrand Balloons i inna angielska firma produkująca balony Thunder and Colt (od czasu przejęcia przez Cameron) byli innowatorami i twórcami balonów o specjalnych kształtach. Te balony na ogrzane powietrze wykorzystują tę samą zasadę podnoszenia, co konwencjonalne balony w kształcie odwróconej łzy, ale często sekcje specjalnego kształtu powłoki balonu nie przyczyniają się do zdolności balonu do utrzymywania się w powietrzu.
Drugim co do wielkości producentem balonów na ogrzane powietrze jest firma Ultramagic z siedzibą w Hiszpanii, która produkuje od 80 do 120 balonów rocznie. Ultramagic może produkować bardzo duże balony, takie jak N-500, który mieści aż 27 osób w koszu, a także wyprodukował wiele balonów o specjalnych kształtach, a także pontony na zimne powietrze.
Jedną z trzech największych firm na świecie jest Kubicek Balloons . Ze swojej fabryki w Brnie w Czechach firma wysyła swoje produkty na cały świat. Produkuje od 100 do 115 balonów rocznie. Firma Kubicek koncentruje się również na balonach o specjalnych kształtach, certyfikowanych przez FAA/EASA i dostarczanych ze Standardowym Certyfikatem Zdatności do Lotu.
W USA Aerostar International, Inc. z Sioux Falls w Dakocie Południowej był największym producentem balonów w Ameryce Północnej i drugim na świecie producentem balonów, zanim zaprzestał ich budowy w styczniu 2007 r. Najstarszym certyfikowanym producentem w USA jest obecnie Adams Balloons z Albuquerque, New Meksyk. Firefly Balloons , dawniej The Balloon Works, jest producentem balonów na ogrzane powietrze w Statesville w Północnej Karolinie . Innym producentem jest Head Balloons, Inc. z Helen, Georgia .
Główni producenci w Kanadzie to Sundance Balloons i Fantasy Sky Promotions. Inni producenci to Kavanagh Balloons z Australii, Schroeder Fire Balloons z Niemiec, Kubicek Balloons z Czech i LLopis Balloons z Francji.
Zobacz też
- Needham, Józef (1986). Nauka i cywilizacja w Chinach: tom 4, fizyka i technologia fizyczna, część 2, inżynieria mechaniczna . Taipei: Caves Books Ltd.
Linki zewnętrzne
|
Zasoby biblioteczne dotyczące balonów na ogrzane powietrze |
Ogólne strony balonowe
- Balon na ogrzane powietrze – Jak latają balony, lista klubów balonowych, darmowe ogłoszenia dla baloniarzy
- Linki internetowe dotyczące balonów na ogrzane powietrze
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
