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热气球的前世今生:出现比飞机早了120年

责任编辑:刘长卿  字号:TT

2014-12-29 16:21   

来源:百度百科  我要评论 0

    核心提示:现在人们纪念人类航空的诞生,都愿意从1903年莱特兄弟发明飞机开始。然而人类最早的飞行,却是在飞机出现的120年前——热气球在法国诞生了。

  热气球的诞生:人类的第一次飞行比飞机出现早120年

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  1783年6月4日,孟格菲兄弟在里昂安诺内广场做公开表演,一个圆周为110英尺的模拟气球升起,飘然飞行了1.5英里。同年9月19日,在巴黎凡尔赛宫前,孟格菲兄弟为国王、王后、宫庭大臣及13万巴黎市民进行了热气球的升空表演。

  现在人们纪念人类航空的诞生,都愿意从1903年莱特兄弟发明飞机开始。然而人类最早的飞行,却是在飞机出现的120年前——热气球在法国诞生了。

  孟格菲兄弟在烧火时发现纸屑随热气上升的现象,他们利用这个原理发明了热气球。1783年,在巴黎第一次实现了热气球载人升空。到了二十世纪六十年代,新型的球囊材料和高热燃料的应用让热气球得以在全球开始普及。

  热气球由当初仅仅是冒险家的游戏,逐渐成为航空摄影摄像的上乘之选,如今更是世界各地风景区游客争相搭乘的观光体验工具。

  孔明灯或为热气球始祖

  有人认为,热气球的渊源最早可以追溯到中国的孔明灯。孔明灯,也称为天灯,大约出现在公元二世纪或三世纪,起初被用来传递军事信号。知名学者李约瑟也指出,1241年蒙古人曾经在李格尼兹(Liegnitz)战役中使用过龙形天灯传递信号。

  孔明灯的结构可分为主体与支架两部分,主体大都以竹篦编成,次用棉纸或纸糊成灯罩,底部的支架则以竹削成的篦组成。孔明灯可大可小,一般为圆柱体或长方体形状。一般的孔明灯是用竹片架成圆桶形,外面以薄白纸密密包围而开口朝下。

  孔明灯依靠空气受热膨胀产生的热力升空,它携带的燃料可升空漂浮约1小时,开始时像不明飞行体,升到一定高度后就仿若星星。

  球囊、吊篮和燃烧系统:“原始”的航空器中运用了先进的现代科技

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  热气球利用加热的空气或某些气体比如氢气或氦气的密度低于气球外的空气密度以产生浮力飞行。它利用热力环流原理加热,主要通过自带的机载加热器来调整气囊中空气的温度,从而达到控制气球升降的目的。

  现代热气球主要由球囊、吊篮和燃烧系统三部分组成,为了能增加载重能力,这三部分的选材要求尽量轻。

  球囊的作用是承担整个气球的重量。球囊通常由尼龙或涤纶做成,这两种材料的特点是重量轻、透气量小。为增强气密性,生产厂家还会在球囊材料的里层涂上一层胶,只有在球囊底部,接近燃烧器的地方才使用厚的防火材料,防止被喷出的火焰烤烧。球囊的顶部有一个开口,称为排气阀。正常飞行时由能够活动的顶伞将排气阀闭合,想迅速下降和降落时,可以拉开排气阀,使热空气迅速排出,让气球失去升力。

  吊篮是为了载人和放置燃料瓶等物品的。吊篮的主体是藤条,这么多年一直没有变化。原因首先是藤制的吊篮重量轻,另外兼有减震和绝缘的作用。吊篮的骨架是金属的,藤条编在骨架上,还有多根钢丝绳从吊篮底部穿过,通过连接环与球囊、燃烧器相连,保证了吊篮的安全性。

  燃烧系统包括燃烧器、燃料管和燃料瓶。热气球使用的燃料是液态丙烷,存放在燃料瓶中。由于液态压力大,燃烧器可以把点燃的丙烷喷进球囊口,产生足够的热量使热气球上升。国际上通行的燃料瓶都是不锈钢或铝制的,这比国内使用的钢制燃料瓶轻很多。

  空气静力学:起飞前用公式推导出热气球的承重量

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  热气球用热空气作为浮升气体。球自身动力用来调整高度,水平移动只能靠风,空气静力学是飞行的理论依据。对于环球飞行的热气球来说, 必须选择速度和方向都合适的高空气流,并随之运动,才能高效地完成飞行。

  热气球飞行员通过对球囊的加热和冷却,来控制球体的上升和下降。当进入某一个高度保持平飞时,就会被这一高度的空气团包裹,与气团同速前进。此时吊篮里的乘客没有任何被风吹的感觉,只有随风平稳地移动,正因如此,热气球成为航空摄影,空中观光旅游的首选。

  提到飞机,都会研究空气动力学,热气球作为轻于空气的航空器,由于速度很慢,更多研究的是空气静力学。一个热气球是被什么力量带上天的?能承载多少重量?阿基米德定律让我们了解了什么是浮力,牛顿第二定律告诉了我们要排除重力加速度,运用理想气体公式可以初步推导出热气球的承重量。热气球的升限是很高的,随着高度的增加,环境气压会发生变化,球囊内外的密度比会发生变化,所以计算热气球的承重,还必须加进去温度和气压值。在这里我们没有版面做公式演算,但可以告诉大家一个简单的数据:1m³的空气加热到97℃时,可以提起0.23kg的重量。当你飞热气球之前,可以用这个数据简单计算一下,如果飞行总重量超过这个数据时可要谨慎了。

  扩展阅读:从管理方面看,热气球究竟算一个游乐项目还是一个航空项目?  同样都是在天上飞的项目,热气球和滑翔伞、动力伞、三角翼有很大的区别。热气球作为通用航空的一个组成部分,得到国际民航组织ICAO的认可,受到国家民航局的全面管理。正规的热气球需要有民航局颁发的《民用航空器适航证》,热气球飞行员要有《民用航空器驾驶员执照》,这些都是另外几个项目不具备的。

  “最安全的飞行器”也有安全隐患:起飞和降落需要特别注意

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  热气球被国际航空联合会认定为最安全的飞行器之一。如果掌握好几个关键因素,比如气象、风速、设备、燃料等,应该说热气球还是非常可靠的。

  热气球的安全因素和不安全因素有哪些?燃料瓶会爆炸吗?作为乘客在事故发生时能自保吗?

  了热气球是一个软体航空器,它的起飞、降落受天气影响很大,如果风速大于6m/s,就飞不起来了。热气球球囊巨大,加热上升也不能一蹴而就,冷却下降也是慢悠悠的。“低空飞行,速度缓慢”使得热气球成为非常安全的航空器。但因为它是目视驾驶,没有仪表自动操作,受人为影响比较大,安全因素也存在不确定性。

  总是有人拿热气球的燃料瓶和家用煤气罐比较,认为会爆炸。事实上,两种气罐在结构上有很大区别。家用气罐只有一个阀门,当因为受热等因素造成罐内压力过高时,会发生爆炸。热气球的燃料瓶在顶部有一安全阀,当内部压力过高时,安全阀会自动弹开,瓶内燃料喷出,但不会产生爆炸。

  或者是燃料管与燃料瓶、燃烧器的接头处断裂,燃料泄漏,遇火源起火。

  延伸阅读:热气球乘客逃生指南 为防止意外事故危及生命, 作为乘客,在上球时要做好充分准备。一旦危险发生,应按照步骤从容应对:

  1. 观察吊篮:找到灭火器的位置,燃料瓶阀门的位置,还要找到排气绳的位置。

  2. 听从飞行员指挥:一旦失火,应听从飞行员的指挥,如果飞行员失去能力,要不顾一切先关闭燃料瓶阀门。

  3. 用灭火器灭火:使用灭火器灭火;如果因为有人跳出吊篮而导致热气球上升,可通过拉排气绳来打开顶伞,阻止上升。

  结语:热气球历史悠久,它最早帮人类实现了飞天的梦想。今天,热气球作为一个体育项目正日趋普及,它曾创造上升34668公尺高的记录。了解热气球,严格管理、规范操作,排除安全隐患,它还会为我们带来更多的乐趣。


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