Горячевоздушные шары: от монгольфьера к современным полётам

---

Введение

Горячевоздушный шар состоит из непропускающей оболочки из тонкого высокопрочного материала, заполненной подъёмным газом. Оболочка поднимается, потому что нагретый воздух внутри вытесняет более холодный окружающий воздух, создавая вертикальную силу Архимеда, равную весу вытеснённого воздуха.

Исторически оболочки делали из бумаги, резины и различных тканей. Сегодня самые распространённые формы — сферы, сплюснутые сфероиды и обтекаемые аэродинамические профили. Основные подъёмные газы: гелий, водород и нагретый воздух.

История

В конце XVIII века братья Монгольфьеры заложили основы аэростатики во Франции. Открыв, что нагретый воздух в лёгком мешке может его поднимать, они продемонстрировали изобретение в 1783 году — сначала в Анноне, затем в Версале с овцой, петухом и уткой на борту.

Первый пилотируемый полёт состоялся 21 ноября 1783 года в Париже. Пилâtre де Розье и маркиз Франсуа Лоран д'Арланд взлетели на шара из бумаги и льна, нагреваемом дымом и горячим воздухом.

В XIX веке шары использовали в войне для разведки и в мирное время для аэрофотосъёмки. Хотя они давали ценные наблюдательные платформы, ранние шары были неуправляемыми. Серьёзные научные эксперименты набрали ход только в конце XX века.

С 1934 по 1961 год пилотируемые полёты на стратостатах исследовали стратосферу (6–15 миль / 9,7–24,14 км). Герметичные капсулы позволяли достигать высот до 100 000 футов (30 км). Появление космических полётов в 1961 году сделало многие из этих миссий устаревшими.

С 1960-х годов горячевоздушные шары превратились в вид рекреационного спорта. Продажи потребителям взошли в 1970-х, а первые Чемпионаты мира прошли в США в 1973 году. Сегодня аэронавты по всему миру устанавливают рекорды и участвуют в соревнованиях.

Другие типы шаров, используемые сегодня: метеорологические, нулевого давления, сверхдавления, военные привязные и моторизованные.

Современный аэронавигация

Современные шары состоят из оболочки и корзины. Оболочка обычно сферическая, из нерастяжимого материала. Нагретый воздух подаёт углеводородный горельник, установленный над корзиной.

Корзина ( гондола ) перевозит пассажиров. Подъёмной силой управляют, регулируя интенсивность пламени горельника. Клапан на вершине шара с тросом позволяет пассажирам контролировать снижение. Рваный шнур и рваная панель обеспечивают быстрый сброс газа при посадке для уменьшения удара.

Практические высотные пределы для любительских полётов — около 34 миль (55 км).

Надувание четырёхместного шара обычно требует экипажа из 4–5 человек. Корзину кладут на бок, оболочку разворачивают на земле, вентилятор предварительно наполняет её холодным воздухом. Пилот затем заходит внутрь для предполётной проверки риггинга, блоков, липучек, стай, парашюта и ткани оболочки.

После зажигания горельника поток воздуха наполняет оболочку примерно за 60 секунд, заполняя шар объёмом 20 000 куб. футов (6096 куб. м). Оболочка поднимается, и команда стабилизирует вершину против ветра. После надувания пилот и пассажиры проводят финальные проверки перед тем, как шар станет «лёгким» и готовым к взлёту.

Сырьё

Оболочка

Оболочки балансируют нагрузку с помощью нагрузочных лент или тросов. Американские производители предпочитают более тяжёлые ткани с нагрузочными лентами, а европейские — лёгкие ткани и больше ленточных структур.

Ткань ткут из нейлона или дакрона (полиэстера). Нейлон легче и прочнее; дакрон переносит более высокие температуры. Ткань — сетчатая, пропускающая воздух. Типичная разрывная нагрузка — 40–100 фунтов (18,2–45,4 кг) на полосу шириной в дюйм.

Для герметичности ткань покрывают полиуретаном, часто с добавками неопрена, силикона и УФ-ингибитора. Число слоёв балансирует между герметичностью и хрупкостью материала.

Ключевые элементы оболочки — парашют и рваная панель, критичные для контролируемого снижения. Парашют — аварийное устройство из ткани оболочки. Рваная панель, закреплённая на липучке, имеет дополнительный вент для безопасности.

Сеть поддерживает корзину, равномерно распределяя её вес по шару.

Корзина

Корпус корзины обычно плетут из ротанга и ивы, дно — из фанеры. Края обшивают кожей, замшей или сырой кожей. Нержавеющие стальные тросы и жёсткие опоры соединяют корзину с рамой горельника. Некоторые конструкции подвешивают корзину к нагрузочному кольцу оболочки, которое также служит точкой крепления горельника.

Горельник

Горельник — одноблочная пропановая система с двумя и более топливными баками. Постоянное шланговое соединение связывает баки с горельником. Компоненты: жидкостной клапан регулирует подачу топлива, манометр показывает доступную мощность, пилотный свет испаряет пропан. Нержавеющие испарительные катушки превращают пар в пламя с толстым основанием и длинным кончиком.

Дизайн

Оболочка

Дизайн оболочки фокусируется на снижении напряжения ткани за счёт слегка изогнутых лох — секторных панелей, сшитых вместе. Изогнутые лох длиннее в центре, чем по краям. Существует три основные ориентации лох: вертикальная, горизонтальная и диагональная. Диагональные самые экономичные, минимизируя отходы ткани. Многие лох проектируют компьютерно.

Две доминирующие формы — капельновидная и круглая. Капельновидные быстрее набирают высоту и расходов меньше энергии, а круглые используют меньше ткани, уменьшая площадь поверхности и потребность в нагреве. Типичная оболочка служит около 400 лётных часов.

Корзина

Корзины практически не менялись с 1700-х — квадратные плетеные конструкции, амортизирующие удар. В 1970-х некоторые производители экспериментировали с алюминиевыми и стекловолоконными гондолами, но они ломались при жёстких посадках. Позже появилась треугольная корзина, позволяющая размещать приборные панели иначе. Корзины служат около 800 лётных часов.

Производственный процесс

Оболочка

• Строительство оболочки начинается со сшивания лох. Будь то вручную или на промышленной швейной машине, применяют двойной накладной шов с примерно восемью стежками на дюйм (3 на см). Некоторые используют плоский или зигзагообразный шов, но двойной накладной даёт превосходную прочность и лёгкость. Нагрузочные ленты и тросы также вшиваются на этом этапе.
• После шитья оболочку покрывают. Покрытия наносят механически под давлением.
• Для рекламы на оболочку наносят аппликации — слоганы или логотипы. Это можно сделать акриловой краской из баллона, клеевыми буквами или шитьём прямо в лох для крупных изображений.

Корзина

• Корзины собирают от основания вверх. Фанерное дно с полозьями поддерживает тростниковую раму толщиной до 1 дюйма (2,5 см). Нержавеющие провода и нагрузочные рамы обрамляют каркас. Ротанг или ива плетён вокруг рамы, оставляя отверстия для ремней баллонов. Готовую корзину лакируют для сохранения формы, а края защищают сырой кожей, кожей или замшей. Приборные панели и пропановые баки интегрируют в процессе сборки.

Горельник

• Производители часто закупают компоненты горельника у сторонних поставщиков, собирая их между корзиной и оболочкой после изготовления остальных частей.

Будущее

Текущие инновации направлены на более высокие полёты, большую продолжительность и лучшую управляемость. Большинство достижений касаются повышения эффективности горельника и совершенствования систем сброса газа, обещая новую эру высокогорных длительных полётов.