热气球百科

广告

热气球的机械原理是什么?

2010-12-23 23:27:12 本文行家:陌上花开h

热气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。

    如果您确实需要去某个地方,那热气球不会是一种实用的飞行器。实际上您不能真正驾驶热气球,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。许多人将乘坐热气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!

    热气球源于一个非常基本的科学原理:

热空气升到冷空气上方

    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。 

   

现代热气球的加热方法

    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。 

    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,大多数热气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。 

    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。


热气球结构热气球结构



 

分享:
标签: 热空气 丙烷 | 收藏
参考资料:
[1] 《BALLOON FLYING HANDBOOK》
[2] U.S. DEPARTMENT OF TRANSPORTATION FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION Flight Standards Service
百科的文章(含所附图片)系由网友上传,如果涉嫌侵权,请与客服联系,我们将按照法律之相关规定及时进行处理。如需转载,请注明来源于www.baike.com