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热气球(利用加热的空气产生浮力的气球)

热气球(Hot Air Balloon)是一个比空气轻,上半部是一个大气球状,下半部是吊篮的飞行器。气球的内部加热空气,这样相对与外部冷空气具有更低的密度,作为浮力来使整体发生位移;吊篮可以携带乘客和热源(大多是明火)。现代运动气球通常由尼龙织物制成,开口处用耐火材料制成。

可用于航空体育、摄影、旅游等。第一个载人热气球由Montgolfier 兄弟制作,在1783年11月21日法国巴黎Jean-Franois Piltre de Rozier 和 Franois Laurent d'Arlandes两人启动。 [1] 第一个在美洲飞行的热气球是由法国航空公司Jean Pierre Blanchard于1793年1月9日从费城的胡桃木监狱发射的。 [2] 目前的类型有AA、AX、AM、AS四种。

用热空气作为浮升气体的气球。在气囊底部有供冷空气加热用的大开口和吊篮。空气加热后密度减小,温度达100°C时密度约为0.95kg/m3,是空气的1/1.3,因此升空不高。现代热气球在吊篮中安装有简单的飞行仪表 、燃料罐和喷灯等设备。从地面升空时,点燃喷灯,将空气加热后从气囊底部开口处充入气囊。升空飞行后,控制喷灯的喷油量操纵气球的上升或下降。热气球出现得最早,现今乘热气球飞行已成为人们喜爱的一种航空体育运动。此外,热气球还常用于航空摄影和航空旅游。

十八世纪,法国造纸商孟格菲兄弟在欧洲发明了热气球。他们受碎纸屑在火炉中不断升起的启发,用纸袋把热气聚集起来做实验,使纸袋能够随着气流不断上升。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。同年11月21日下午,孟格菲兄弟又在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次热气球载人空中飞行,飞行了25分钟,飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近。这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行早了整整120年。在充气气球方面,法国的罗伯特兄弟是最先乘充满氢气的气球飞上天空的。

第二次世界大战以后,高科技使球皮材料以及致热燃料得到普及,热气球成为不受地点约束、操作简单而方便的公众体育项目。1978年8月11日至17日,「双鹰3号」成功飞越了大西洋,而在1981年它又成功跨越太平洋。1980年代西方的热气球被引入中国。1982年美国著名刊物《福布斯》杂志总编辑史提夫福布斯的父亲马尔康姆福布斯先生驾驶热气球后转摩托车旅游来到中国,自延安到北京,完成了驾球飞临世界每个国家的愿望。

国际航空联合会曾将热气球列为最安全的飞行器。单从数据上看,热气球的安全系数也是相当高的。据了解,全世界约有2万个热气球,在欧美等发达国家,热气球更是一项热门的运动,几乎每天都有热气球比赛或活动。随着热气球运动的发展,科技元素也不断地加入热气球运动中,反映在所采用的热气球器具、飞行员的理论实战培训等都有了质的飞跃。

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。 [3]

热气球的唯一飞行动力是风。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。就象作环球旅行时需要不停地换飞机一样,热气球需要搭乘不同的气流,“换气流”时飞行员所要作的就是调整高度,热气球的高度通常要达到十几千米。 [4]

环球飞行的飞行员们住在一个密封性能极好的压力仓中,压力仓提供了适宜的温度、压力和空气环境,这与普通热气球上的大筐不可同日而语。例外的是,热气球孤胆英雄、美国人福塞特1997年以来所作的3次以“独立”命名的环球飞行未使用压力仓,为此他要忍受十几千米高空中零下20℃以下的低温,并且始终需要配带面罩进行呼吸。

如果飞行中氦气出现泄漏,热气球将变成完全靠加热保持高度;如果泄漏加大,不能保持高度,气球将会起到降落伞的作用,把下降速度控制在每秒5米之内; 如果状况继续恶化,飞行者还有足够的时间跳伞;以后就是救援人员的事了。在最近两次环球飞行中(98年12月、99年3月),从太平洋里救出"ICO环球"和"有线与无线"人员的分别是美国海岸警卫队和日本国民自卫队。

影响热气球环球飞行的最大因素就是气候。每年的12月和1月,北半球高空流的流速达到一年中的峰值,最快可达每小时400公里,所以飞行者们通常选择冬季作环球尝试飞行。

十八世纪,法国造纸商蒙戈尔菲耶兄弟(也就是孟戈菲兄弟)因受碎纸屑在火炉中不断升起的启发,用纸袋聚热气作实验,使纸袋能够随着气流不断上升。

1783年6月4日,蒙戈尔菲耶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,这个气球用糊纸的布制成,布的接缝用扣子扣住。兄弟俩用稻草和木材在气球下面点火,气球慢慢升了起来,飘然飞行了1.5英里。乘坐蒙戈尔菲耶兄弟制造的气球的第一批乘客是一只公鸡、一只山羊还有一只鸭子。

同年9月19日,在巴黎凡尔赛宫前,蒙戈尔菲耶兄弟为国王、王后、宫廷大臣及13万巴黎市民进行 了热气球的升空表演。

同年11月21日下午,蒙戈尔菲耶兄弟又在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次载人空中航行,热气球飞行了二十五分钟,在飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近 [5] 。这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行整整早了120年。

二战以后,高新技术使球皮材料以及致热燃料得到普及,热气球成为不受地点约束、操作简单方便的公众体育项目。

八十年代,热气球引入中国。1982年美国著名刊物《福布斯》杂志总编辑史提夫福布斯的父亲马尔康姆福布斯先生驾驶热气球、摩托车旅游来到中国,自延安到北京,完成了驾驶热气球飞临世界每个国家的愿望。

热气球作为一个体育项目正日趋普及,它曾创造了上升34668米高度的记录。1978年8月11日至17日,“双鹰Ⅲ号”成功飞越了大西洋,1981年“双鹰Ⅴ号”又成功跨越太平洋。

全世界有20000多个的热气球在飞行。我国已有100多个球,成功地举办了第一届、第二届北京国际热气球邀请赛、泰山国际热气球邀请赛等大型比赛活动、99'全国热气球锦标赛。

国际航空联合会(FAI)下属的气球理事会(CIA)根据填充的气体不同,把气球分成四类:

AA型:

填充比空气轻的气体如氢气或氦气,气囊不密闭,没有加热装置;

AX型:

气囊中填充空气,通过装置对空气加热,使之变轻获得升力,又被称为热气球;

AM型:

既填充“轻气”(如气或气),又具有加热装置的气球,又被称为罗泽(Rozier)气球;

AS型:

填充“轻气”(如氢气或氦气),气囊密闭,由于高度可通过充气量控制,用于科学研究。 [6]

热气球是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。热气球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。热气球的基本原理是热胀冷缩。当空气受热膨胀后,比重会变轻而向上升起。

热气球,更严格的讲应叫做密封热气球,由球囊、吊篮和加热装置三部分构成。球皮是由强化尼龙制成的(有的热气球是由涤纶制成的)。尽管它的质量很轻,但却极结实,球囊是不透气的。

标准的热气球的体积分为几个级别:七级球体积为2000-- 2400立方米;八级球体积为2400-3000立方米;九级球体积为3000--4000立方米;十级球体积为4000--6000立方米;异型球,目前国内唯一一只熊猫热气球,球体积为2300立方米。

吊篮由藤条编织而成(我国大多数采用东南亚进口的材料),着陆时能起到缓和冲击的作用。吊篮四 角放置4个热气球专用液化气瓶,置计量器,吊篮 内还装有温度表、高度表、升降表等飞行仪表。

高度计:高度指示计;升降速度表:显示上升和下降速度;温度计:指示球囊内的空气温度

燃烧器是热气球的心脏,用比一般家庭煤气炉大150倍的能量燃烧压缩气,点火燃烧器是主燃烧器的火种。一直保持火种,即使被风吹,也不会熄灭。另外,热气球上有两个燃烧系统以防备空中出现的故障。

热气球通常用的燃料是丙烷或液化气,气 瓶固定在吊篮内。一只热气球能载运20公 斤的液体燃料。当火点燃时,火焰有2-3 米高,并发出巨大的响声。

热气球并非真的被“驾驶”,它是随风而行。但是,由于风在不同的高度有不同的方向和速度,驾驶员可以根据飞行需要的方向选择适当的高度。

热气球飘飞速度的快与慢,是由风速的快慢决定的,因为热气球本身并没有动力系统,飞行速度完全取决于风速。热气球最大下降速度6米/秒,最大上升速度5米/秒。

一天中太阳刚刚升起时或太阳下山前一、二个小时,是热气球飞行的最佳时间,因为此时通常风很平静,气流也很稳定。

一只热气球通常携带足够的石油液化气或丙烷能持续飞行两个小时,但一些因素也影响飞行的执续时间,例如:气温、风速、吊篮重量(包括乘客)和在当天飞行的具体时间。

热气球恢复原状需要地勤人员的帮助,地勤人员驾驶卡车或小货车跟随飘飞的气球,预先到达降落点。一只热气球飘飞需要3 到4个地勤人员和地面无线电设备的服务,以确保飞行的安全、成功。

原理

空气是有质量的物质。相同体积的空气,温度不同,它们的密度、质量也不同。这就像水和冰,水结成冰后密度变小。把冰块按入水底,它总漂上来,就是因为冰比水密度小的缘故。气球升空的原理简单地说就是:球囊内空气被加热后密度变小,质量轻于球囊外相同体积的冷空气,于是球囊产生浮力而升空(像冰块在水中上浮一样)。对航空器而言,我们把这一浮力叫做升力。比如一个标准的AX7级的热气球,它的球囊体积为2180立方米(77000英尺3),在海平面气温15℃时,该球囊内空气总质量为2670公斤。燃烧器将球囊内空气加温时,囊内空气膨胀,密度变小,膨胀后多余的空气从气球底口排出。囊内2180立方米的热空气达到100℃时,质量变为2070公斤,比相同体积的冷空气(15℃)轻了600公斤,此时气球产生了600公斤的升力。如果气球飞行总质量小于600公斤,气球就可以上升了。

一天中太阳刚刚升起时或太阳下山前一二个小时,是热气球飞行的最佳时间,因为此时的风通常很平静,气流也很稳定。大风、大雾都不利于热气球的飞行。按照规定,风速小于6米/秒,能见度大于1.5公里,而且飞行空域内无降水,才可以自由飞。

需30米×30米的平整场地,周围无电线及高大建筑。新学员建议在4米/秒的气候条件下飞行,飞行中注意,飞过高压线、高大建筑、牲畜养殖场、村庄时保持安全高度

最好穿连身纯棉飞行服,乘客也建议穿纯棉衣物,戴纯棉帽子,一旦失火不会粘在身上。

飘飞热气球需要一组人共同努力,因为热气球在地面上的工作是非常繁琐的,使一个热气球起飞至少需要四个人。先是将球囊在地上铺展开,然后将它与放在一边的吊篮连接在一起,用一个小的鼓风机,将风吹入球囊,使气球一点点地膨胀,当完全展开后,开始点火。将火点燃加热气球球囊内的空气,热空气使气球升到垂直于吊篮的位置,再加几把大火,气球就可以起飞了。

热气球的动力就是燃烧器,没有方向舵,它的运动方向必须是随风而行。不同高度、不同时间、不同地点,风向都是不一样的,想调整方向就需寻找不同的风层。热气球的升和降与球体内气温有关,球体内气温高,气球重力减小,小于浮力时,气球就上升,球体内空气温度下降,球体产生的浮力小于球体自身重量和载重,气球就开始下降。

热气球是人类最早的升空载体。1783年11月,法国造纸商蒙戈菲尔兄弟在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次热气球载人空中航行,宣告了热气球运动的诞生。似乎从诞生之日起,热气球运动就被刻上了贵族烙印。200多年以后,这种情结才渐渐从当初的名门世家移向现今的豪商巨贾。而随着热气球材料的改进、制作工艺的提高、驾驶技术的日臻完善,热气球飞行已成为任何地点都可进行、任何人都可尝试的新型空中体育项目,但仍不失为一种财富、身份和性格、勇气的象征。

【昂贵的梦想学费1600018000元】

热气球运动在中国还是“贵族”运动。由于热气球的造价比较高,飞行的费用和学习考取飞行执照的费用也相对较高,在国内参与这项运动的人数还比较少,国内大约有200多个球,200人拿到了民航颁发的热气球飞行执照。自行购买热气球只用于业余飞行的爱好者不多,一般是租用飞行俱乐部的气球,或者在参与培训、比赛、商业活动的过程中飞行。国内普遍使用的是七型热气球,最大直径17米,高23米,体积约2180立方米,最高飞行高度可达7000米。不过,只要有钱,在国内如果想驾驶热气球飞行,也并不是什么太难的事。你需要找一家正规且专业的热气球俱乐部去报名,先进行常规体检和民航体检,在经过20天左右的理论学习及飞行实践学习,达到独立单飞的水平,再经过民航检查员的考核,就可以申请热气球的民航驾驶执照了。当然,学费需要1600018000元左右。学成之后,如还在专业俱乐部进行飞行,每次飞行尚需支付一定的飞行成本;而体验飞行一次的费用大约每小时400500元;如果你想买一个热气球,在自己的地区从事飞行活动,还需要在空管部门办理飞行空域审批和申报,买一个标准热气球需要花费76000元左右。在我国一些旅游景点还有“系留飞行”,即固定不飞走的热气球,虽然只能上升到30至50米的高度,但还是能初步体验热气球飞行时“君临天下”的感觉。

英国《每日邮报》2010年8月12日报道,日前,在英国布里斯托尔举行的国际热气球节上,各式各样的热气球吸引了许多观众前来观看。其中一个热气球特别引人注意,它的乘坐舱地板是一块完全透明的玻璃,旅客可以透过玻璃观看脚下的风景。

这个透明热气球是由一名拥有18年热气球飞行经验的克里斯蒂安布朗设计的,布朗表示:“通常乘坐热气球从坐舱的边缘看向地面的景色就已经有些不安了,何况这次就在自己的脚下。随着高度的不断攀升,乘客也从开始惊奇地尖叫变成了最后的恐惧。乘坐它绝对是一次令人难忘的经历。”

44岁的布朗与他的同伴查理保持着乘坐热气球在智利山区3048米高空飞行的世界纪录。布朗表示,他们希望乘坐这个透明的热气球打破之前的纪录。 [7]

军事作用

热气球最初被用于军事中的通信联络和侦察。在1870年的普法战争中巴黎被围,法国人曾用气球将人和信件送出包围圈。由于氢气球的升高性能好、滞空时间长,所以应用的比较广泛。但氢气球有易燃易爆的缺点,于是20世纪20年代又出现了氦气球。氢气球和氦气球多用于高空科学探测。

运动和旅游

第二次世界大战以后,随着经济的发展,高新技术的应用,化学纤维的研发和丙烷气体的普及,热气球运动获得了迅猛的发展,热气球主要用于航空体育运动和游览观光,由于热气球操作简单,对起飞、着陆场地的要求不高,热气球运动真正发展成为一项时尚、健康的户外休闲体育运动。在欧美等发达国家,几乎每天都有热气球比赛或活动,大部分的热气球为大企业所有,或者由企业资助参加比赛。

现在热气球已经成为了一种旅游娱乐项目,很多景区为了丰富景区娱乐活动,都纷纷开始引进热气球观光。婺源县篁岭景区以将篁岭打造成国际化乡村旅游示范区和度假区、徽州文化及古民居异地搬迁保护试验区、婺源最具民俗特色的文化艺术影视村、世界知名、全国著名的乡村旅游目的地为目标。景区新开辟空中定向系留飞行与自由飞行热气球项目,让游客从高空观赏篁岭千亩梯田全景、拍摄花海美景的同时也带来高空飘移的快慰。

热气球比赛

全国热气球锦标赛是国内规模最大、竞赛水平最高、参与人数最多的热气球赛事,也是国内热气球界最具吸引力和影响力并广受新闻媒体关注的重要赛事。世界热气球锦标赛是国际航联举办的世界级规模的热气球锦标赛最高赛事。目前国内锦标赛的前5名可代表中国参加世界热气球锦标赛。

热气球运动具有航空体育比赛、探险、休闲、空中摄影、高空作业、气象探测、旅游观光、空中广告、地质地貌测绘、青少年科普教育等多重功能。热气球运动是一种国外流行的体育运动方式,国内新兴的体育运动项目。热气球运动是一项老少皆宜的运动项目。

商业活动

透明热气球

世界很多精明的企业家都不惜一掷巨资赞助热气球比赛和探险活动。如可口可乐、百事可乐、TDK、米其林和财富杂志等都有自己庞大的热气球队伍。日本本田公司连续十几年赞助日本举办百球规模的热气球大赛,柯达公司赞助美国的热气球比赛已经发展到有700多个热气球参赛。中国热气球运动开展十多年来,正越来越受到人们的欢迎,企业家和飞行爱好者都从不同角度关注这项时髦运动的发展。

2013年2月26日,埃及开罗,外国游客乘坐的一个热气球在古城卢克索附近坠毁,造成至少19名外国游客丧生。该热气球着火并发生了爆炸,坠入甘蔗田。卢克索紧急救护中心负责人披露,此次事故共造成18人死亡,其中包括9名中国香港游客,另有4名日本人、2名英国人、2名法国人和1名埃及导游遇难。

“死亡人数最多”的热气球事故:2016年7月30日,美国得克萨斯州中部城市洛克哈特附近发生热气球着火坠毁的不幸意外,失事原因可能是撞上电线所致,热气球上的16人全部丧生。

“最悲壮”的热气球事故:2012年3月,美国一个热气球在飞到610米高空时,遭遇暴风雨坠落,当时热气球上的一名控制员李斯塔伊诺,在风暴中冷静地叫5名跳伞员跳出去。但狂风很快便把热气球卷上去,再抛落地面。4天后,搜索队在森林中找到了他的遗体。

“最幸运”的热气球事故:2012年10月,美国新墨西哥州Albuquerque balloon fiesta上,一个名叫“She's A lady”的瓢虫形状的热气球在降落途中撞上电线杆,导致大面积停电,所幸气球上两人毫发无损,但几十万美元的气球被撕裂。

“最悲情”的热气球事故:2012年1月7日早晨,新西兰北岛城镇卡特顿发生一起观光热气球坠毁事故,在11名罹难者中,有5对是夫妇或情侣。 [8]

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。

1、尽量穿棉质面料的服装和运动鞋,不宜穿裙装、高跟鞋、凉鞋等;为防止灼伤,一定要身着长衣长裤,佩戴棉质帽子。

2、热气球点火升空时,会于一瞬间喷出高达3-5米的火焰,同时会发出一声类似于爆炸声的巨响。所以,体验者在点火时要做好充分的心理准备,抓紧吊篮。

3、热气球飞行最好的时间是在日出后两小时内或日落前两小时,因为该时段气流最为稳定。风大的季节不适宜飞热气球。

4、热气球的吊篮由藤条编制,形状为四角形。吊篮长约1.4米、宽1.1米、高1.1米。吊篮内要站飞行员、飞行助手、体验者,还要携带4瓶燃气及相关设备,所以会非常狭窄。为了不影响飞行员的操作,建议体验者尽量靠边站立,不要碰触吊篮内的相关设备。

5、热气球的结构很特殊,即使出现突然熄火的现象,热气球也不会急速下降,而是非常缓慢地降落到地面。这种情况下,热气球的降落速度也不会超过5.5米/秒,比降落伞的正常下降速度还慢。只要乘坐者不慌张,听从飞行员的指挥,安心等热气球自然降落,是不会有危险的。

6、配备GPS全球定位系统、电子罗盘、对讲机、工具刀、防风打火机等,以保证发生意外时的个人人身安全。

7、高血压、心脏病患者不能进行热气球运动。

8、高空飞行要注意防寒。每升高1000米,气温下降6.5度。 [9]

全国热气球锦标赛是国内规模最大、竞赛水平最高、参与人数最多的热气球赛事,也是国内热气球界最具吸引力和影响力并广受新闻媒体关注的重要赛事。世界热气球锦标赛是国际航联举办的世界级规模的热气球锦标赛最高赛事。目前国内锦标赛的前5名可代表中国参加世界热气球锦标赛。

每年国内都会举行热气球相关赛事。例如,2013年中国热气球公开赛,本届公开赛将于11月15-17日在江苏常州举办。中国热气球公开赛是经国家体育总局航管中心注册认证,国家级B类专项体育赛事。届时会有来自全国各地的30家职业热气球球队,3天内将完成投靶、夺宝、竞赛飞行等十余项科目的专业比赛。赛事期间在举办地将安排例如:热气球实景灯光秀、全民体验等系列娱乐活动,打造一个以热气球为主题的空中嘉年华。 [10]

工具/原料

1,大号极薄得塑料手提袋

2,长约60cm得细铜丝

3,棉花、酒精

步骤/方法

①取一只大号极薄得塑料手提袋,手提处剪平。

②取一根长约60cm得细铜丝(可用多股软铜线中得一股铜丝),两端分别系在便利袋口子两边。

③在细铜丝中间包上适量蘸了少量酒精的棉花,简易热气球便制成了。 [11]

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