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如何制作热气球以及它的原理何在

时间:2016-11-26 18:14 来源:婚庆气球网 作者:气球村网 点击:
热气球也是基本科学原理的一项创造性应用。在本文中,我们将了解热气球为何能够升空,以及如何设计气球才能让驾驶员控制气球的高度和垂直速度。看到这些外形美丽、结构简单的

  如何制作热气球以及它的原理何在

  您确实需要去某个地方,那热汽球不会是一种实用的飞行器。实际上您不能真正驾驶热汽球,因为风吹得有多快,气球飞行的速度就多快。但如果您只想体验一下飞行的感觉,那热气球会是一种非常独特的方式。许多人将乘坐热汽球飞行称为自己体验过的最宁静、最让人愉快的活动之一。

  热气球也是基本科学原理的一项创造性应用。在本文中,我们将了解热气球为何能够升空,以及如何设计气球才能让驾驶员控制气球的高度和垂直速度。看到这些外形美丽、结构简单的早期飞行器,您一定会惊奇不已!

  四座CargoLifter热汽球

  热汽球工作原理

  热汽球源于一个非常基本的科学原理:热空气会升到冷空气上方。从本质上讲,热空气比冷空气轻,因为单位体积热空气的质量较小。1立方分米的空气大约重1克,若加热到37.8摄氏度,同样体积空气的重量会减少约0.25克。因此,热气球中每立方分米空气可以升起0.25克的物体。但这远远不够。这也是为什么热气球看起来如此巨大的原因——要升起454公斤的物体,您需要大约1,840立方米的热空气!要确切了解这一工作原理,请转至本文气压+重力=浮力部分。

  要保持气球上升,您需要不断加热空气。热气球利用位于气囊开口下方的燃烧器实现这点。气球中的空气冷却时,驾驶员可以通过点燃燃烧器来重新加热空气。

  热气球有三个基本组成部分:加热空气的燃烧器、存放空气的气囊和装载乘客的吊篮。

  现代热气球通过燃烧丙烷加热空气。丙烷是室外烧烤的一种常用燃料。丙烷压缩液化后储藏在气球吊篮中的轻型气瓶内。进气管接在气瓶底部,以便从气瓶中抽出液体。

  燃烧器火焰加热气囊中的空气。

  丙烷在气瓶中高度压缩,所以它能迅速通过进气管流入加热盘管。加热盘管简单来说就是一段盘绕在燃烧器周围的线圈上的钢管系统。气球驾驶员启动燃烧器时,丙烷以液态形式流出,并用长明小火点燃。随着火焰燃烧,周围管道系统中的金属受热升温,就会加热流经管道的丙烷。这样丙烷在点燃前从液态变为气态。气态丙烷可以产生更强烈的火焰,并使燃料更高效地燃烧。

  现在,大多数热汽球的气囊由长条状的尼龙三角帆布条制成,中间使用缝合线加固。从气囊底部延伸到顶部的三角帆布条是由大量小片的气囊片组成的。尼龙非常适合用于热气球,因为它不但材质轻,而且相当结实,同时熔点也较高。气囊底部的尼龙裙摆表面涂有特殊的防火材料,以防止火焰点燃气球。

  热空气不会从气囊底部的开孔中逸出,因为浮力会使其上升。如果驾驶员持续点燃喷射的气体燃料,气球将持续上升,但存在一定的高度限制,因为空气最终变得过于稀薄,以致于浮力太弱而不足以抬升气球。浮力等于气球所排开空气的重量,因此通常大型气囊的上升高度限制要高于小型气囊。

  点击燃烧器各个部件以查看高分辨率图片。

  吊篮承载旅客、丙烷气瓶和导航设备。

  大多数热气球使用柳条吊篮作为“乘客厢”。柳条很适合用于气球,因为它结实、柔韧且相对较轻。柔韧性有助于气球着陆,而用更为坚硬材料制成的吊篮会使乘客感觉到巨大的冲击力。柳条材料则能够稍微弯曲,吸收一部分能量。

  驾驶

  驾驶汽球需要技巧,但是操作实际上非常简单。要升起汽球,驾驶员只需移动控制装置,打开丙烷阀。这种控制杆的工作方式正类似于煤气烤架或煤气灶的旋钮:转动旋钮时,气流加大,火焰变旺。驾驶员可以通过喷出更大的火焰来快速加热空气,提高垂直上升速度。

  要使燃烧器喷射,驾驶员需要打开丙烷阀。

  另外,许多热气球配有一个可以打开二号丙烷阀的控制装置。该阀通过软管输送丙烷,而绕过了加热盘管。这样驾驶员就能燃烧液态丙烷,而不是丙烷气体。液态丙烷虽然燃烧效率稍低,火焰较弱,但燃烧的噪音比燃烧丙烷气体时更小。飞过农场上方时,驾驶员经常使用二号阀,以免惊吓到动物。

  热汽球还有一根细绳,用于打开气囊顶部的降落伞阀。驾驶员拉动相连的细绳时,可以从气囊中排出一部分空气来降低内部气温。这会使气球减缓攀升速度。如果驾驶员开启该阀的时间足够长,气球将下降。

  气球内部的降落伞阀。一根凯夫拉尔(Kevlar)细绳从气球顶部经过气囊中心,一直向下连接到吊篮中。

  大体上,热汽球就只有这些控制项目:加热让气球上升,排气令气球下降。这就出现一个有趣的问题:如果驾驶员仅可以控制热气球上下移动,他们怎样才能让气球从一个地方飞到另一个地方?实际上驾驶员可以通过改变垂直位置来进行水平移动,因为高度不同,风向也会不同。要向特定方向移动,驾驶员只需上升和下降到合适的高度,然后御风而行。在大气中,高度越高,风速通常也会越快,所以驾驶员可以通过改变高度来控制水平速度。

  要水平操纵汽球,驾驶员可以通过上升或降低,驾驭不同的气流。

  当然,即使经验最丰富的驾驶员也不能完全控制热气球的飞行路线。通常,风力条件只能让驾驶员做出极少的选择。因此,您实际上无法沿确切的航线驾驶热气球,也很难返回起点。因此与驾驶飞机不同,驾驶热气球在很大程度上依靠临时发挥,每时每刻都可能不一样。为此,热气球机组的一些工作人员必须留在地面,驱车追踪气球以预测热气球在哪里着陆。然后,这些工作人员到着陆点去接乘客和设备。

  起飞和着陆

  热气球飞行开始和结束时有大量工作要做。工作人员需要给汽球充气或放气。对于旁观者来说,这实际上是一场比热气球飞行更具观赏价值的表演。

  工作人员发现合适的起飞点后,将燃烧器系统连接到吊篮,然后连接气球气囊,并开始在地面上展开气囊。

  展开气囊后,工作人员开始在气囊底部利用大功率风机给气囊充气。

  气球充入足量空气时,工作人员将燃烧器火焰喷射到气囊嘴中,加热空气,产生压力,直到气球完全面膨胀且开始脱离地面。

  地勤人员从下面抓住吊篮,直到起飞人员全部登上气球。起飞前,气球吊篮还连接到地勤人员的车辆上,以确保气球在起飞前不会被风吹走。万事俱备后,地勤人员松开气球,驾驶员启动燃烧器,喷射出稳定的火焰。随着空气受热变轻,气球升起并飞离地面。

  令人惊讶的是整个过程只需10至15分钟!着陆过程包括给气球放气并重新打包整理,所用时间稍长一些。

  驾驶员准备着陆时,他或她会通过机载电台与地勤人员讨论可能的着陆位置。他们需要找到一片开阔的空地,其中没有电缆,并有足够的空间容纳气球。气球一旦升空,驾驶员就会不断寻找合适的着陆位置,以防出现紧急情况。

  气球着陆时可能会有点简单粗暴,但经验丰富的驾驶员会慢慢让气球撞向地面,逐渐使气球停止下来,将冲击降到最低。如果地勤人员已赶到着陆地点,那么一旦气球着陆,他们就会向下抓住吊篮。如果气球的着地位置不佳,工作人员会沿地面将气球拉到更好的着陆地点。

  地勤人员布置好地面油布,保护热气球免受磨损或撕裂。驾驶员始终保持降落伞阀打开,以便空气可从气球顶部逸出。地勤人员抓住连接在气球顶部的绳索,并将气囊拉到油布上。

  一旦气囊着地后,工作人员就开始将空气排出气囊。气球拉平后,工作人员将其打包放入物品袋。整个过程非常类似于打包巨型睡袋。

(责任编辑:气球村网)
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