Воздушный шар

<час />

Фон

Воздушный шар - это непористая оболочка из тонкого материала, заполненная подъемным газом, способная поднимать подвешенный полезный груз в атмосферу. Воздушные шары поднимаются из-за вытеснения воздуха по принципу, согласно которому общая восходящая выталкивающая сила равна весу вытесненного воздуха.

На протяжении истории конверты для воздушных шаров изготавливались из бумаги, резины, ткани и различных пластмасс. Формы воздушных шаров также менялись со временем, но сегодня наиболее распространены сферы, сплюснутые сфероиды и аэродинамические конфигурации. Подъемные газы тоже различались. Сегодня наиболее часто используемые газы - это гелий, водород и нагретый воздух.

История

В конце восемнадцатого века Жозеф и Жак Монгольфье первыми открыли полеты на воздушном шаре во Франции. В 1782 году они обнаружили, что нагретый воздух в легком мешке заставляет его подниматься. В 1783 году они публично продемонстрировали свое открытие в Анноне, Франция. Несколько месяцев спустя они повторили эксперимент в Версале, на этот раз отправив в качестве пассажиров овцу, петуха и утку.

Первый пилотируемый полет на воздушном шаре состоялся в Париже, Франция, 21 ноября 1783 года. При координации братьев Монгольфье Пилатр де Розье и маркиз Франсуа Лоран д'Арланд были запущены в воздух на воздушном шаре, сделанном из бумаги и льна. Для подъема газа использовались дым и нагретый воздух.

Ранние воздушные шары использовались на войне и в спорте. В девятнадцатом веке воздушный шар был отточен для использования на войне для шпионажа в тылу врага. В мирное время использовались самые ранние аэрофотоснимки. Эти воздушные шары были полезны, но ими нельзя было управлять. Серьезные научные эксперименты с воздушными шарами начались только в конце двадцатого века.

Между 1934 и 1961 годами с помощью пилотируемых воздушных шаров проводились исследования стратосферы [атмосферы на высоте 6-15 миль (9,7-24,14 км) над поверхностью Земли]. Герметичные капсулы позволяли экипажам подниматься на высоту до 100 000 футов (30 км). В 1961 году появление космических полетов сделало многие из этих экспериментов устаревшими.

С начала 1960-х годов воздушный шар использовался как свободный воздушный шар (то есть выпущенный в атмосферу) для перевозки людей в воздух в качестве спортивного средства. В 1970-х годах продажи потребительских воздушных шаров резко возросли, а в 1973 году в Соединенных Штатах был проведен первый чемпионат мира. Сегодня по всему миру проводятся различные мероприятия по воздухоплаванию, но главная цель самых серьезных воздухоплавателей - ставить и побивать рекорды.

Другие типы воздушных шаров, которые в настоящее время используются, включают метеорологический шар, воздушный шар нулевого давления, воздушный шар сверхдавления (воздушный шар постоянного уровня), привязанный воздушный шар военного назначения и воздушный шар с приводом от двигателя.

Современные полеты на воздушном шаре

Современные воздушные шары состоят из двух основных частей:оболочки (или газового мешка) и корзины. Газовый мешок обычно имеет сферическую форму и изготовлен из нерастяжимого материала. Нагретый воздух, который поднимает шар, исходит от горелки для углеводородного газа, прикрепленной над корзиной.

Корзина (также называемая гондолой) перевозит пассажиров. Подъем управляется регулировкой скорости горения газа. К клапану в верхней части шара прикреплена веревка, чтобы пассажиры могли контролировать спуск. Разрывной шнур и разрывная панель позволяют быстро выпускать газ при приземлении, чтобы предотвратить волочение груза при ударе.

Воздушные шары могут только подняться в атмосферу. Текущий предел для практических полетов на воздушном шаре составляет 34 мили (55 км).

Один из самых интересных аспектов полетов на воздушном шаре - это надувание воздушного шара. В нормальных условиях воздушный шар из четырех человек можно надуть и запустить с экипажем из четырех-пяти человек. Чтобы надуть такой крупный объект, нужно большое пространство. Корзина раскладывается набок. Конверт соединяют с корзиной и разложивают по земле. Несколько членов экипажа держат открытой горловину воздушного шара и пока вентилятор частично надувает воздушный шар холодным воздухом.

Пилот воздушного шара входит в оболочку в этот момент, чтобы провести предварительную предполетную проверку рабочих линий, такелажа, шкивов, язычка Velcro ™, тросов, парашюта и ткани оболочки.

При включении горелки используется один топливный бак. В конверт врывается поток захваченного воздуха. Рот имеет тенденцию закрываться за ним из-за спешки. Чтобы заполнить воздушный шар объемом 20 000 куб. Футов (6096 куб. М), требуется около 60 секунд. По мере заполнения конверта он поднимается над корзиной.

Экипаж, работающий с головкой воздушного шара, держит его устойчиво по ветру и не дает ему скатиться из стороны в сторону. По мере увеличения подъемной силы экипаж идет к корзине по линии короны.

После завершения наддува пилот и пассажиры поднимаются на борт для окончательной проверки. Воздушный шар продолжает нагреваться, пока воздушный шар не станет «легким» (готовым к взлету).

Сырье

Конверт

Конверты уравновешивают нагрузку с помощью загрузочных лент или шнуров. Американцы предпочитают тяжелую ткань, чтобы разделить нагрузку. Их европейские коллеги предпочитают более легкую ткань и уравновешивают ее с большей нагрузкой на ленточные конструкции.

Ткань соткана из двух видов пряжи:нейлона и дакрона (полиэстера). У обоих есть свои преимущества и недостатки. Нейлон легче и прочнее, но дакрон выдерживает более высокие температуры. Ткань представляет собой сетчатую структуру, которая позволяет воздуху проходить через нее. Большинство тканей имеют предел прочности на разрыв 40–100 фунтов (18,16–45,4 кг) на полосу шириной в дюйм.

Чтобы задержать воздух, ткань покрывают герметиком. Наиболее распространенным является полиуретан, а также такие добавки, как неопрен (синтетический каучук) или силикон, и ингибитор ультрафиолета для защиты покрытия от разрушения под воздействием солнца. Количество слоев определяется степенью герметичности и хрупкостью материала.

Две другие важные части оболочки - это парашют и отрывная панель, которые помогают управлять воздушным шаром, особенно при спуске. Парашют отказоустойчив, поэтому он стал доминирующим элементом управления. Он сделан из ткани, похожей на конверт. Отрывная панель закрывается липучкой Velcro ™ и имеет дополнительное отверстие, называемое вентиляционным отверстием, которое также выполнено из ткани, аналогичной оболочке.

Сетка поддерживает корзину и равномерно распределяет вес корзины по баллону.

Корзина

Корпус корзины обычно изготавливается из плетеного ротанга и ивы. Пол можно сделать из фанеры. Края корзины обычно обтянуты кожей, замшей или сыромятной кожей. Проволока из нержавеющей стали и / или вертикальные жесткие опоры прикрепляют корзину к раме горелки. Некоторые производители подвешивают корзину на грузовом кольце, которое подвешивается к конверту. Это нагрузочное кольцо также может служить рамой для горелки.

Горелка

Горелка представляет собой моноблочную пропановую горелку с питанием от двух или более топливных баков. Топливные баки соединяются с горелкой с помощью неразъемной шланговой муфты. Все горелки являются запальными пламенами постоянного горения.

Горелка состоит из нескольких компонентов. Жидкостный клапан регулирует количество топлива, использованного горелкой. Манометр показывает величину давления газа, когда он входит в змеевик горелки, указывая количество доступной мощности. Пилотная лампа сжигает пар с верхней части резервуара. Испаренный пропан выходит через форсунки, которые образуют пламя с толстым основанием и длинным наконечником. Испарительный змеевик из нержавеющей стали пропускает пропан, выделяя тепло.

Дизайн

Конверт

Конверты предназначены для уменьшения нагрузки на ткань за счет слегка изогнутого клина (секционные панели, которые сшиваются вместе, образуя конверт). Изогнутые выступы длиннее в центре, чем на концах. Различают три основных типа клинков:вертикальные, горизонтальные и диагональные. Диагональные панели наиболее экономичны, так как на них тратится наименьшее количество ткани. Многие клинки спроектированы на компьютере.

Есть две распространенные формы воздушных шаров:каплевидные и круглые. Слеза может подниматься быстрее, используя меньше энергии, но воздушный шар круглой формы использует меньше ткани и, следовательно, имеет меньшую площадь нагреваемой поверхности. Конверт рассчитан на 400 летных часов.

Корзина

Корзины остались практически такими же с 1700-х годов. Они плетеные, квадратные. Они прогибаются при ударе. В начале 1970-х одна компания произвела гондолу, которая была сделана из алюминия и стекловолокна, но она имела тенденцию к разрушению при жестких посадках. Другим большим изменением является корзина треугольной формы, которая позволила внести некоторые новшества в размещение приборной панели. Корзины рассчитаны на 800 часов налета.

Производственный
процесс

Конверт

• 1 Конструкция конверта в основном заключается в сшивании отверстий между собой. Будь то ручная или промышленная швейная машина, есть три стежка. Двойной шов внахлест состоит из двух рядов параллельной строчки по шву загнутой ткани. Этот шов, который производители предпочитают из-за прочности и легкости, включает около восьми стежков на каждый дюйм (3 стежка на см). Некоторые производители используют плоский шов (прямая параллельная строчка скрепляет два куска ткани) и зигзагообразный шов (параллельная зигзагообразная строчка с двойным нахлестом ткани). Загрузочные ленты и шнуры также вшиты.
• 2 После сшивания конверта на него наносится покрытие. Покрытие наносится механически и под давлением.
• 3 Наконец, если конверт будет использоваться в рекламных целях, аппликация будет прикреплена со слоганом или названием. Его можно нанести акриловой краской, либо прикрепить готовые клеящиеся буквы или баннеры. Если произведение искусства большое, его можно вшить прямо в конверт, прорезав прямо по канавкам. Это может быть сложный и требовательный процесс.

Корзина

• 4 корзины производятся в первую очередь. Поверх фанерного основания с полозьями сооружается каркас из тростника диаметром до 1 дюйма (2,5 см). В углу рама окружает тросы из нержавеющей стали и грузовые рамы. Вокруг каркаса плетут ротанг или иву. В теле корзины оставлены отверстия для ремней баллона. Готовая корзина покрыта лаком, который помогает сохранить форму и скрепить трость. Наконец, края защищены шитьем из сыромятной кожи, кожи или замши. Приборная панель встроена, как и баллоны с пропаном для горелки.

Горелка

• 5 Многие производители воздушных шаров передают эти компоненты на аутсорсинг и собирают их между корзиной и конвертом после сборки других частей.

Будущее

Инновации, которые позволят воздушным шарам подниматься выше, в течение более длительного периода времени и под большим контролем, будут и дальше происходить. Многие инновации направлены на улучшение горелки и системы дефляции.