热气球

背景

热气球是一种由薄材料制成的无孔外壳，填充有提升气体，能够将悬浮的有效载荷提升到大气中。气球由于空气的位移而上升，应用总向上浮力等于位移的空气的重量的原理。

在历史进程中，气球信封由纸、橡胶、织物和各种塑料制成。气球的形状也随着时间的推移而变化，但今天最常见的是球体、扁球体和空气动力学结构。提升气体也各不相同。今天，最常用的气体是氦气、氢气和热空气。

历史

十八世纪后期，约瑟夫和雅克·蒙哥菲尔在法国开创了热气球飞行的先河。 1782 年，他们发现轻质袋子中的加热空气会使其上升。 1783 年，他们在法国安诺奈公开展示了他们的发现。几个月后，他们在凡尔赛重复了这个实验，这次派了一只羊、一只公鸡和一只鸭子作为乘客。

第一次载人气球飞行于 1783 年 11 月 21 日在法国巴黎进行。在 Mongolfier 兄弟的协调下，Pilatre de Rozier 和 Marquis Francois Laurent d'Arlandes 乘坐由纸和亚麻布制成的气球升空。烟气和热空气用于提升气体。

早期的气球用于战争和运动。在 19 世纪，气球被磨练用于战争以在敌后进行间谍活动。和平时期的用途包括拍摄最早的航拍照片。这些气球很有用，但它们无法操纵。严肃的科学气球实验直到 20 世纪后期才开始。

1934 年至 1961 年间，载人气球飞行在平流层 [地球表面上方 6-15 英里（9.7-24.14 公里）的大气层] 进行了研究。加压舱允许机组人员到达 100,000 英尺（30 公里）的高空。 1961 年，太空飞行的出现使许多这些实验过时了。

自 1960 年代初以来，热气球已被用作自由气球（即释放到大气中）以将人们带到高空作为一项运动。 1970年代，消费热气球销量猛增，1973年第一届世界锦标赛在美国举行。今天，世界各地都有各种各样的热气球活动，但最认真的热气球运动员的主要目标是创造和打破记录。

目前使用的其他类型的气球包括气象气球、零压气球、超压气球（恒定高度气球）、军用系留气球和动力气球。

现代热气球飞行

今天的热气球有两个主要部分，信封（或气囊）和篮子。气囊通常是球形的，由不可伸长的材料制成。升起气球的热空气来自连接在篮子上方的碳氢化合物气体燃烧器。

篮子（也称为缆车）载着乘客。通过调节气体的燃烧速度来控制升力。气球顶部的阀门附有绳索，以便乘客可以控制下降。撕裂绳和撕裂板允许在着陆时快速释放气体，以防止在撞击时拖曳负载。

气球只能进入大气层。实际热气球飞行的当前限制是 34 英里（55 公里）。

热气球最有趣的方面之一是热气球的充气。在正常情况下，一个四人气球可以充气并由四到五人的机组人员发射。要给这么大的物体充气，需要很大的空间。篮子侧放。信封与篮子相连并在地面上展开。一些机组人员张开气球的嘴，而风扇则用冷空气为气球充气。

气球的飞行员此时进入信封，对操作线、索具、滑轮、Velcro™ 标签、飞线、降落伞和信封的织物进行初步的飞行前检查。

燃烧器打开时使用一个燃料箱。一股滞留的空气涌入信封。由于匆忙，嘴巴往往会在它后面合上。填充一个 20,000 立方英尺（6,096 立方米）的气球大约需要 60 秒。当信封填满时，它会上升到篮子上方。

处理气球顶部的工作人员在顺风方向保持稳定，并防止它左右滚动。随着升力的增加，工作人员沿着顶线走向篮筐。

充气完成后，飞行员和乘客登船进行最后检查。气球继续加热，直到气球变“轻”（准备起飞）。

原材料

信封

信封用负载带或绳子平衡负载。美国人更喜欢厚重的面料来分担负担。他们的欧洲同行更喜欢更轻的面料，并用更多的负载带结构来平衡它。

面料由尼龙和涤纶（涤纶）两种纱线编织而成。两者都有优点和缺点。尼龙更轻更坚固，但涤纶可以承受更高的温度。机织物实际上是一种网状结构，可以让空气通过。大多数织物的拉伸强度为每英寸宽条带 40-100 磅（18.16-45.4 千克）。

为了容纳空气，机织织物涂有密封剂。最常见的是聚氨酯，加上氯丁橡胶（合成橡胶）或硅酮等添加剂，以及防止涂层因阳光照射而分解的紫外线抑制剂。涂层的数量取决于气密性与材料脆性的平衡。

信封的另外两个重要部分是降落伞和撕裂板，它们都有助于控制气球，尤其是在下降时。降落伞具有自动防故障功能，因此成为主导控制。它由类似于信封的织物制成。撕裂面板由 Velcro™ 密封，并有一个称为通风口的二级开口，该开口也由类似于信封的织物制成。

网支撑着篮子并将篮子的重量均匀地分布在气球上。

篮子

篮身通常由藤条和柳条编织而成。地板可以由胶合板制成。篮子的边缘通常用皮革、绒面革或生皮装订。不锈钢丝和/或直立的刚性支架将篮子连接到燃烧器框架上。一些制造商将篮子悬挂在装载环上，装载环本身悬挂在信封上。该负载环还可用作燃烧器的框架。

燃烧器

燃烧器是由两个或多个燃料箱驱动的单体丙烷燃烧器。燃料箱通过永久性软管接头连接到燃烧器。所有的燃烧器都是持续燃烧的引燃火焰。

燃烧器有几个组件。液体阀调节 燃烧器使用的燃料量。压力表显示燃气进入燃烧器盘管时的压力量，指示可用功率量。指示灯将油箱顶部的蒸汽烧掉。汽化的丙烷通过喷射流出现，喷射流产生带有脂肪底部和长尖端的火焰。不锈钢蒸发盘管通过丙烷产生热量。

设计

信封

信封旨在通过产生轻微弯曲的血迹（缝合在一起形成信封的截面面板）来减少织物应力。弯曲的血球在中心比在末端更长。有三种主要类型的血迹：垂直，水平和对角线。斜板是最经济的，因为它们浪费最少的织物。许多血腥是电脑设计的。

有两种流行的气球形状：泪珠形和圆形。泪珠可以使用更少的能量爬得更快，但圆形气球使用更少的织物，因此加热的表面积更小。一个信封可以预期持续 400 个飞行小时。

篮子

自 1700 年代以来，篮子基本上保持不变。它们由柳条制成，呈方形。它们在撞击时弯曲。在 1970 年代初期，一家公司制造了一种由铝和玻璃纤维制成的吊篮，但它在硬着陆时容易破碎。另一个重大变化是三角形篮子，它允许在仪表板放置方面进行一些创新。篮子持续大约 800 飞行小时。

制造
过程

信封

• 1 信封结构基本上涉及将戈尔缝合在一起。无论是手工缝纫还是工业缝纫机缝制，都是三针。双搭接缝具有沿折叠织物接缝的两排平行缝线。制造商因其强度和轻盈度而受到青睐，接缝每英寸约 8 针（每厘米 3 针）。一些制造商使用平缝（直线平行缝合将两块织物固定在一起）和锯齿形（锯齿形平行缝合与双圈织物）。加载胶带和绳索也缝在里面。
• 2 信封缝合后，对其进行涂层。涂层是在压力下机械施加的。
• 3 最后，如果信封是用于广告目的，则应附上带有标语或名称的贴花。它可以使用丙烯酸喷漆进行喷涂，也可以附上现成的不干胶字母或横幅。如果艺术品很大，可以通过直接切入血迹将其缝入适当的信封中。这可能是一个复杂而苛刻的过程。

篮子

• 4 个篮子是按基地生产的。在带有滑轨的胶合板底座的顶部，构建了一个直径达 1 英寸（2.5 厘米）的手杖框架。在拐角处，框架围绕不锈钢线和负载框架。在框架周围，编织藤条或柳条。篮子主体上留有用于气缸带的孔。成品篮子涂上清漆，以帮助保持其形状并将手杖固定在一起。最后，边缘用生皮、皮革或绒面革缝制而成。仪表/仪表板和燃烧器装置的丙烷罐一样内置。

燃烧器

• 5 许多气球制造商将这些组件外包，并在其他部件组装在一起后将它们组装在篮筐和外壳之间。

未来

允许热气球飞得更高、持续更长时间并在更多控制下的创新将继续发生。许多创新都集中在改进燃烧器和放气系统上。