Балон с горещ въздух

Монтголифер

Ранни проекти на балон с горещ въздух

Балонът с горещ въздух е въздухоплавателно средство, по-леко от въздуха, което се състои от торба, или плик, която съдържа нагрят въздух.

Кошът е окачен отдолу и обикновено носи пътници, както и източник на топлина, в повечето случаи открит пламък. Затопленият въздух в плика го прави плаваем, тъй като има по-ниска плътност от по-студения въздух извън плика. Както при всички въздушни летателни средства, балонът с горещ въздух не може да лети извън атмосферата. За разлика от газовите балони, пликът не е задължително да е запечатан на дъното, тъй като въздухът близо до долната част на плика има същото налягане като околния въздух.

История

Балонът с горещ въздух е най-старата форма на летяща технология, която успешно може да пренася хора. Най-ранната употреба на горещ въздух с цел издигане на предмети е направена в Древен Китай. Хартиени фенери се пускат към небето като сигнали.

Първият балон с горещ въздух, който носи човек, е направен от братята Монголфие. На 19 септември 1783 г. те демонстрират своето изобретение пред крал Луи XVI и кралица Мария-Антоанета във френския съд в Париж. Пътниците са овца, патица и петел. Те се издигат на 480 метра. Първият полет с човек е на 15 октомври 1783 г. Той носи Жак-Етиен Монтголифие. Балонът е прикрепен към земята с въже. Първият свободен полет, без да бъде прикрепен към земята, е няколко седмици по-късно, на 21 ноември 1783 г. Той носи маркиз Франсоа Лорент д'Арланд и Жан-Франсоа Пилатр дьо Розие.

Материалите, които се използват за построяване на монтголифиер, са хартия, платно или коприна. За нагряване на въздуха в монтголифиера се използват пламъците на огън, които водят до малкия ѝ капацитет и неголемия обхват. Възраждането на балоните с горещ въздух настъпва през 60-те години на XX век, когато за нагряването на въздуха започват да се използват горелки, подсилени с пропан.

Физичен принцип на действие

Съгласно закона на Архимед, подемната сила на балона е равна на:

$F=gV\left(\rho _{1}-\rho _{2}\right)$

където:

• V – обем на балони (може да бъде по-малък, когато балонът не е напълно пълен)
• ρ – плътност на газа (например въздух), където ρ₁ е плътността на външния, а ρ₂ – на вътрешния газ
• g – земно ускорение

Тази сила е балансирана от теглото на самия балон и неговия заряд. Трябва да се отбележи, че подемната силна на балона се мени с височината. Ако вземем предвид температурата T извън и вътре в балона, тогава според уравнението на Клапейрон за същото налягане (за отворения балон – същия този газ отвън и отвътре):

$\rho _{1}T_{1}=\rho _{2}T_{2}$

откъдето:

$F=gV\rho _{1}\left(1-{\frac {T_{1}}{T_{2}}}\right)$

Вижда се, че дори при много силно нагряване във вътрешността на балона (ограничението е силата на покритието – тя трябва да бъде тънка и лека, за да се ограничи масата на балона), ограничаването ще бъде плътността на въздуха силно намалява с нарастващата височина. Преодоляването на големи височини изисква използването на балон с много голям обем, както и газове, различни от въздух – с оглед на безопасност, вместо най-лекия газ, тоест водорода, се използва хелия.

Библиография

• Густав Мей: Ballooning: A Concise Sketch of its History and Principles. London: Symons & Co, 1885