Balon na gorące powietrze

Dwa balony na ogrzane powietrze w powietrzu

Widok z dołu

Balonem jest samolot , który wykorzystuje statyczny pływalność gorącego powietrza wewnątrz. Duża ilość powietrza jest ogrzewana do balonu . Powoduje to rozszerzanie się powietrza, co zmniejsza jego ciężar właściwy . Balon startuje, gdy wyporność ogrzanego powietrza odpowiada wadze powłoki, kosza i ładunku . Balon na ogrzane powietrze nie ma konstrukcji nośnej - kosz wisi (za pomocą lin) na pokrowcu lub jest rozpięty linami, na których wisi kosz.

Balony załogowe są zwykle obsługiwane z palnikami na propan . Tak zwane palniki krowy są szczególnie ciche.

Odróżnienie od innych samolotów

• W przeciwieństwie do balonu na ogrzane powietrze, balon gazowy nie wykorzystuje powietrza, ale inny gaz, który jest lżejszy od powietrza nawet w temperaturze otoczenia. Zwykle nie jest podgrzewany.
• Balon słoneczna ogrzewa powietrze kryty przez promieniowanie słoneczne.
• Gorące powietrze sterowiec , podobnie jak wszystkie sterowców, posiada napęd, w przeciwieństwie do balonu.

Budowa

Przyczepa samochodowa do przewozu balonów, od lewej: palnik z opakowaniem, 5 butli gazowych, koperta balonu w opakowaniu transportowym

Balon na ogrzane powietrze składa się z:

• Koperta balonowa z linami nośnymi i kontrolnymi
• Kosz wiklinowy z połączeniem z linami do zawieszania
• Palnik z ramą, butle gazowe, zawory, przyłącza węży
• Wariometr , nawigacja GPS, radio z transponderem

Do montażu wymagany jest wentylator. Wszystkie części są zwykle ładowane do przyczepy transportowej, którą ciągnie pojazd pościgowy .

historia

Pierwszy Montgolfière (1783)

Masowy start balonów na ogrzane powietrze

Balon na ogrzane powietrze jest najstarszym samolotem, po znacznie starszych latawcach z kajdanami , z których część była również załogowa. Jednak w Chinach istniały już małe, bezzałogowe balony na ogrzane powietrze, tzw. latarnie Kong-Ming .

Obserwacja, że dym i gorące powietrze unoszą się w górę, doprowadziła do wielokrotnych eksperymentów z ogrzanym powietrzem. Według ówczesnych doniesień ksiądz jezuita Bartolomeu de Gusmão zademonstrował na dworze portugalskim kilka modeli balonów i poprosił króla Jana V o patent. Bracia Joseph Michel i Jacques Etienne Montgolfier przeszli od bardziej zabawnych modeli do praktycznych samolotów , dlatego uważani są za wynalazców balonu na ogrzane powietrze.

Ich pierwszy lot balonem odbył się 4 lub 5 czerwca 1783 roku, ludzi nie było na pokładzie. Druga wyprawa odbyła się 19 września w Wersalu . Ale ponieważ nie ufali temu i nie wiedzieli nic o „morze powietrza”, woleli transportować trzy zwierzęta, a mianowicie koguta, kaczkę i baraninę, zamiast ludzi. Balony na ogrzane powietrze zostały również nazwane Montgolfieren na cześć ich wynalazców .

Pierwszymi balonistami w historii ludzkości byli Jean-François Pilâtre de Rozier i oficer straży François d'Arlandes , którzy wzlecieli balonem na ogrzane powietrze z ogrodu zamku La Muette pod Paryżem 21 listopada 1783 roku . Pierwszy znany lot balonem poza Francją został przeprowadzony przez Don Paolo Andreani i braci Agostino i Carlo Gerli 25 lutego 1784 r. w pobliżu Mediolanu .

Wcześniej Ulrich Schiegg eksperymentował z balonami na ogrzane powietrze pod wpływem eksperymentów braci Montgolfier i był w stanie przeprowadzić pierwszy (bezzałogowy) lot balonu w Niemczech 22 stycznia 1784 roku w klasztorze Ottobeuren .

W 1979 r. dwóm rodzinom z Turyngii udało się „ uciec ” z NRD do Republiki Federalnej na własnym balonie na ogrzane powietrze .

26 listopada 2005 r. indyjski milioner Vijaypat Singhania zdołał wjechać na wysokość 69,852 stóp (ponad 21 kilometrów) . Zaczęło się w Bombaju , lądowaniem było miasto Sinnar w stanie Maharashtra .

funkcjonalność

fizyka

Powietrze w balonie jest podgrzewane przez palnik

Palnik

Termografia balonu na ogrzane powietrze w locie. Skorupa jest ogrzewana przez powietrze znajdujące się wewnątrz. Balon jest najgorętszy na górze.

W normalnych warunkach w temperaturze 0°C na poziomie morza jeden metr sześcienny powietrza ma masę około 1,3 kg. Przy stałym ciśnieniu gęstość gazów maleje wraz ze wzrostem temperatury zgodnie z prawem Gay-Lussaca . Różnica w gęstości między chłodniejszym powietrzem zewnętrznym a cieplejszym powietrzem w balonie tworzy siłę wyporu . To przeciwdziała sile grawitacji (ciężarowi) balonu na ogrzane powietrze. Ciężar balonu na ogrzane powietrze składa się z ciężaru powłoki balonu oraz ciężaru dołączonego do niego ładunku (koszyk z palnikiem, zbiorniki z gazem i pasażerowie).

Aby uzyskać pierwsze przybliżone oszacowanie nośności balonu, można go postrzegać jako kulę. Ponieważ objętość kuli (a tym samym wyporność balonu) wzrasta wraz z trzecią, pole powierzchni (a tym samym waga powłoki) zwiększa się tylko z drugą potęgą średnicy, większy balon może unieść większy ładunek . Wyrafinowane rozważania obejmują fakt, że im większa średnica balonu, tym wymagane są cięższe latarki i twardsze koperty.

Typowe rozmiary to od 3000 do 10 000 metrów sześciennych. Temperatura wewnątrz balonu na ogrzane powietrze wynosi od 70 do 125 ° C podczas lotu balonem, w zależności od rodzaju tkaniny, obciążenia i temperatury zewnętrznej. Ponieważ wyporność wzrasta wraz ze wzrostem różnicy gęstości między powietrzem wewnętrznym a powietrzem otoczenia, balon na ogrzane powietrze ma większą maksymalną nośność w głębszych warstwach powietrza o wyższym ciśnieniu powietrza i przy niższych temperaturach zewnętrznych. Powłoka oddaje ciepło do powietrza zewnętrznego, które w ten sposób powoli go omiata; Ponadto promieniuje ciepło dookoła, podczas gdy promieniowanie słoneczne może nagrzewać się z jednej strony.

Obliczanie wysokości osiąganej przez balon przy danym ciśnieniu na poziomie gruntu i w przybliżeniu stałej temperaturze:

Siła wyporu pozostaje w równowadze z sumą masy balonu i masy powietrza w balonie:

${\ styl wyświetlania \ nazwa operatora {F} _ {OPEN} = \ nazwa operatora {F} _ {BAL} + \ nazwa operatora {F} _ {WEWNĄTRZ}}$

JA) ${\ displaystyle {\ frac {\ operator {p} _ {TOP} \ operator {V} _ {BAL} \ operator {g}} {\ operator {R} _ {L} \ operator {T} _ {NA ZEWNĄTRZ} }} = \ nazwa operatora {m} _ {BAL} \ nazwa operatora {g} + {\ frac {\ nazwa operatora {p} _ {OBEN} \ nazwa operatora {V} _ {BAL} \ nazwa operatora {g}} {\ nazwa operatora { R} _ {L} \ nazwa operatora {T} _ {WEWNĄTRZ}}}}$

Wzór wysokości barometrycznej dotyczy przebiegu ciśnienia zewnętrznego w funkcji wysokości :

II) ${\ displaystyle {\ frac {\ operator {g} \ operator {h} _ {BAL}} {\ operator {R} _ {L} \ operator {T} _ {NA ZEWNĄTRZ}}} = \ operator {ln} \ po lewej ({\ Frac {\ nazwa operatora {p} _ {DÓŁ}} {\ nazwa operatora {p} _ {GÓRA}}} \ po prawej)}$

Poniższy wzór wynika z I i II na wysokość balonu:

III) ${\ styl wyświetlania \ nazwa operatora {h} _ {BAL} = {\ frac {\ nazwa operatora {R} _ {L} \ nazwa operatora {T} _ {NA ZEWNĄTRZ}} {\ nazwa operatora {g}}} \ nazwa operatora {ln} \ left [{\ frac {\ operator {p} _ {DOWN} \ operator {V} _ {BAL}} {\ operator {m} _ {BAL} \ operator {R} _ {L}}} \ left ({ \ frac {1} {T_ {NA ZEWNĄTRZ}}} - {\ frac {1} {T_ {WEWNĄTRZ}}} \ po prawej) \ po prawej]}$

Tutaj g to przyspieszenie ziemskie wynoszące około 9,81 m/s^2, a R_L to stała właściwa gazu wynosząca około 287 J/kg/K.

Pogoda balonowa

Na start i lądowanie balonu na ogrzane powietrze łatwo wpływa wiatr. Ze względu na dużą powierzchnię ataku powłoki balonu występują potencjalnie duże siły. Kiedy wyporność jest już wysoka, ale niewystarczająca, aby balon wystartował całkowicie, gondola jest dosłownie ciągnięta po ziemi. Może to stanowić zagrożenie dla pasażerów gondoli w przypadku napotkania przeszkód. Loty balonem rozpoczyna się zatem dopiero wtedy, gdy na ziemi nie ma wiatru lub słabego wiatru.

Oprócz prędkości wiatru podczas startu i lądowania, balonowanie zależy również od tego, że w powietrzu nie wytworzyła się silna termika . Ponieważ powłoka balonu jest otwarta na dole, podmuchy termiczne mogą ją ściskać i wypychać gorące powietrze w dół. Balon traci część swojej wyporności. W rezultacie zaczyna szybko tonąć. Powoduje to dodatkowy przepływ powietrza od dołu, który dodatkowo kompresuje powłokę i wypycha więcej gorącego powietrza na zewnątrz. Może to doprowadzić do samoprzyspieszającej się awarii, której nie da się zatrzymać nawet przy maksymalnej ilości ciepła dostarczanego przez palnik. Podmuchy boczne, takie jak te, które występują podczas przechodzenia przez front meteorologiczny , mogą również deformować balon i wypychać gorące powietrze.

Nawet słabsze termiki są na ogół związane z unoszącymi się i opadającymi masami powietrza. Prowadzi to do konieczności większego ogrzewania w celu utrzymania pożądanej wysokości. Przy takiej samej ilości gazu balon na ogrzane powietrze może zatem dłużej pozostawać w powietrzu bez termiki.

Chmury pala to pewny znak termiki lub przejścia zimnego frontu . Masywne chmury nimbostratus pojawiają się, gdy przechodzi przez nie ciepły front . W nisko położonych chmurach warstwowych powietrze jest zazwyczaj spokojne, ale brakuje widoczności. Z drugiej strony wysoko położone chmury cirrus nie są oznaką burzliwego powietrza. Właśnie dlatego loty balonem są preferowane, gdy pogoda jest spokojna, a niebo w dużej mierze jest bezchmurne.

Latem słońce nagrzewa ziemię w ciągu dnia. Unoszące się ciepłe powietrze z ziemi tworzy termiki, które nasilają się do wczesnego popołudnia, a następnie zmniejszają się wraz z zapadaniem się słońca. Dlatego poranne i wieczorne godziny są często szczególnie odpowiednie dla bezpiecznego lotu balonem.

kontrola

Leżący wewnątrz, okrągły zawór spadochronowy

Bezpośrednie sterowanie balonem nie jest możliwe. Aby wpłynąć na kierunek i prędkość jazdy, stosuje się różne kierunki i prędkości wiatru na różnych wysokościach. Celowo wznosząc się lub opadając, wiatry mogą zostać wykorzystane do zbliżenia się do pożądanego celu.

Uruchomienie palnika podgrzewa powietrze w powłoce, powodując uniesienie się balonu. Gdy powietrze powoli się ochładza, balon ponownie zaczyna opadać. Balon może szybko opaść, otwierając tzw. „spadochron”. Spadochron wykonany jest z tego samego materiału co koperta i znajduje się na górze balonu. Podczas ulepszania spadochron jest połączony z otaczającą osłoną za pomocą rzepa i zamknięty. Podczas jazdy spadochron pozostaje zamknięty dzięki ciśnieniu unoszącego się ciepłego powietrza. Pilot może otworzyć spadochron pociągając za linę. Dzięki temu ciepłe powietrze szybko wydostaje się z koperty. Wypuszczając linkę, spadochron zostaje ponownie zamknięty przez ciepłe powietrze.

Balon można obracać wokół swojej osi pionowej za pomocą stycznego wylotu powietrza przez szczeliny powietrzne w pobliżu równika balonu, które są również nazywane „zaworami obrotowymi” i są obsługiwane przez wyciąganie kabla z kosza balonu, na przykład w celu wyrównania kosza do lądowania lub aby dać pilotowi jasny obraz kierunku podróży do przyznania.

ćwiczyć

Balon konkursowy (biegacz)

Balonowanie

Sport balonowy

Balonowanie to nie tylko rozrywka, istnieją również zawody aż do mistrzostw świata. W zawodach odbywa się kilka lotów balonem, w których zwykle kilka zadań musi zostać rozwiązanych w najlepszy możliwy sposób na wycieczkę. Znane zawody balonowe to Montgolfiade .

W przypadku większości rodzajów zadań ważne jest, aby trafić w określony cel za pomocą małego woreczka z markerem (worek fasoli, marker). Miejsce docelowe albo jest znane przed podróżą („dany cel”), albo jest określane przez pilota przed podróżą („samodzielnie wybrany cel”) lub w trakcie podróży i jest zapisane na znaczniku poprzedniego zadania („leć dalej ”).

Innymi rodzajami zadań są np. długie podróże w obrębie ograniczonego obszaru oceny („Odległość maksymalna”) lub „Odległość minimalna” z „określeniem czasu”, w których wygrywa pilot, który przebył najkrótszy dystans po określonej podróży minimalnej czas. W „polowaniu na lisy” balon, który zwykle jest oznaczony flagą, rozpoczyna się z pewną przewagą czasową i umieszcza krzyż celu dla kolejnych balonów w miejscu lądowania, gdzie kolejni baloniarze muszą wylądować jak najbliżej.

Kierownictwo zawodów wspierają sędziowie („obserwatorzy”). Każdemu pilotowi i jego zespołowi przydzielany jest obserwator na każdą podróż. Obserwatorzy mierzą znaczniki i obserwują, czy podczas podróży wszystko poszło zgodnie z zasadami FAI .

Balony konkursowe

Balony o pojemności 1600–2600 m³ nazywane są balonami startowymi lub wyścigowymi . To sprawia, że ​​są mniejsze niż zwykłe balony, których możesz użyć do udziału w zawodach. Racery są również znacznie smuklejsze i mogą wspinać się lub opadać znacznie szybciej, nie powodując efektu spadochronu przez powłokę.

• Wystrzelenie balonu na ogrzane powietrze
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Wypadki

Lista znajduje się w artykule Lista wypadków balonowych .

literatura

• Heinz Straub: Latanie z ogniem i gazem. AT Verlag Aarau (Szwajcaria) 1984, ISBN 3-85502-187-2
• Lennart Ege: balony i sterowce. Orell Füssli Verlag Zurych (Szwajcaria) 1973, ISBN 3-280-00647-3
• Guido Petter, Beatrice Garau: Balony i sterowce. Arena Verlag Georg Popp Würzburg 1980, ISBN 3-401-00506-5
• Jean-Jacques Becker, Daniela Comi, Roberto Magni: Mongolfiere. Historia, ewolucja i wielka przygoda. Biała Gwiazda, Vercelli & München 2009 ISBN 88-540-1364-1 (w języku włoskim)
• Volker Löschhorn: Ballooning Motor Book 2012, ISBN 978-3-613-03427-3
• Angelika Fink, Thomas Fink: Podstawy baloniarstwa. Technologia, szkolenie, sprzęt Motorbuch 2000, ISBN 978-3-613-50347-2
• Thomas Oeding: Lot balonem na świeżym powietrzu. Podstawowa wiedza na temat pracy w terenie Conrad Stein Verlag 2000, ISBN 978-3-89392-502-5

linki internetowe

Wikisłownik: balon na ogrzane powietrze  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

• Niemieckie Stowarzyszenie Wolnego Balonowania V.

Indywidualne dowody

1. ↑ Wielka kronika historii świata: absolutyzm, oświecenie i rewolucja… – Johannes Ebert, Knut Görich – Google Books
2. ↑ Śladami starożytnych kultur – Tom II: Nie tylko kronika… – Google Books
3. ↑ Ballonfahrer-online.de: Dr. Vijaypat Singhania - w balonie na ogrzane powietrze na wysokości prawie 70 000 stóp ( Memento z 31 sierpnia 2007 w Internet Archive ), dostęp 15 maja 2014; alternatywnie: strona pod archive.today ( Memento z 31.08.2007 w Internet Archive )