чем наполняют воздушные шары в воздухоплавании
Воздухоплавание
Содержание
В прошлом уроке мы познакомились с принципом плавания судов и их основными характеристиками. Но с давних времен люди хотели передвигаться не только по воде, но и по воздуху. В данном уроке мы узнаем, как действует архимедова сила в воздухе, рассмотрим принцип воздухоплавания и необходимые условия для его осуществления.
Принцип воздухоплавания
Для начала дадим определение:
Воздухоплавание – это контролируемые или неконтролируемые полеты в атмосфере Земли на летательных аппаратах легче воздуха.
Самый первый летательный аппарат, отправившийся в полет – воздушный шар (рисунок 1). В начале развития воздухоплавания шары наполняли горячим воздухом, теперь – гелием или водородом. Рассмотрим, какие условия нужны, чтобы шар поднялся в воздух.
Рисунок 1. Воздушные шары.
В прошлых уроках мы узнали условия плавания тел в жидкости. Эти же условия применимы и для тел, погруженных в газ. Так получаем первое условие:
Средняя плотность шара (оболочка и газ) должна быть меньше плотности воздуха.
Рисунок 2. Силы, действующие на воздушный шар.
Плотность воздуха зависит от высоты – с увеличением высоты плотность становится меньше. Значит, архимедова сила при поднятии шара вверх уменьшается.
Дальше шар достигает предельной высоты своего подъема. Для того чтобы воздушный шар начал опускаться, из его оболочки выпускают часть газа с помощью специального клапана.
Подъемная сила
Поднимаясь в небо, воздушный шар поднимает за собой определенный груз: кабину, оборудование, приборы, людей, сама оболочка тоже имеет свой вес. Но как узнать, какой груз способен поднять воздушный шар?
Главной характеристикой воздухоплавательного судна является его подъемная сила – сила, которую необходимо знать, чтобы определить, какой груз данное судно может поднять.
Расчёт подъёмной силы
Чтобы найти подъёмную силу, нужно из архимедовой силы вычесть вес гелия.
Если мы рассчитаем подъемную силу для такого же шара, но наполненного, водородом, то увидим, что его подъемная сила будет больше. Но водород – это горючий газ, поэтому гелий используют чаще из соображений безопасности.
Но самый простой способ управления – при заполнении шара горячим воздухом. С помощью горелки, установленной под отверстием в нижней части шара, можно регулировать температуру, а значит, его плотность и архимедову силу.
При увеличении температуры шар поднимается, а при понижении – опускается. Когда вес шара и кабины будет равен архимедовой силе, шар повиснет в воздухе на одной высоте.
Виды воздухоплавательных судов
История воздухоплавания
В 1709 году бразильский священник и естествоиспытатель Бартоломеу Лоренсу де Гусмао представил проект предположительно первого воздушного шара: оболочка шара была сделана из бумаги, вместо кабина был поддон с глиняным горшком. В горшке сгорали горючие материалы, шар наполнился горячим воздухом и поднялся в воздух.
В 1783 году во Франции был изобретен и поднят в воздух первый полноценный воздушный шар братьями Этьеном и Жозефом Монгольфье (рисунок 5).
Рисунок 5. Воздушный шар братьев Магольфье.
В 1785 году состоялся удивительный полет через Ла-Манш на воздушном шаре Жан-Пьера Бланшара и Джона Джеффриса (рисунок 6). Во время пути шар начал терять подъемную силу, и естествоиспытатели, сбросив из кабины все, что было, благополучно приземлились в Кале (Франция).
Рисунок 6. Прибытие в Кале Жан-Пьера Бланшара и Джона Джеффриса.
В 1849 году воздушные шары были впервые применены в качестве военной техники. Австрия организовала бомбежку с помощью небольших аэростатов. Далее воздушные шары использовали как во время первой мировой войны, так и во время второй.
В годы «холодной войны» аэростаты стали использовать в разведывательных целях – их было практически невозможно засечь никакими локаторами или радарами.
Рисунок 7. Дирижабль Анри Жиффара.
В 1931 году состоялся первый полет на стратостате (рисунок 8). Огюст Пикар и Пауль Кипфер поднялись на высоту 15 785 метров. Полет состоялся из города Аугсбург, Германия.
Рисунок 8. Огюст Пика и Пауль Кипфер, первый полет на стратостате.
Беспилотный стратостат-рекордсмен BU60-1 был запущен в 2002 году японским космическим агентством JAXA и достиг высоты 53 км. Стратостат был сделан из очень тонкого материала (его вес составил менее 40 кг при размерах 75 на 54 метра).
В 2016 году британской компанией был запущен самый большой дирижабль Airlander 10 (рисунок 9). Максимальная грузоподъемность составляет почти 10 тонн, а в длину он составляет 92 метра.
Рисунок 9. Дирижабль Airlander 10.
На данный момент любой желающий может прокатиться на воздушном шаре. Самым массовым мероприятием с участием аэростатов считается Лотаргианский всемирный фестиваль воздушных шаров во Франции (рисунок 10). Рекорд был поставлен в 2013 году – в небо поднялись 408 шаров.
Рисунок 10. Лотаргианский фестиваль воздушных шаров.
Почему пассажирский воздушный шар летает
Любовь Карась
Пассажирские воздушные шары, или аэростаты, интересны с точки зрения физики тем, что они, по сути, оказываются легче воздуха. Принцип его действия основан на законе Архимеда. Т&Р объясняют, почему и как пассажирские воздушные шары взлетают.
Что наполняет воздушный шар
Первый воздушный шар запустили братья Монгольфье, он весил 140 кг, поднялся на высоту более 1,5 км и пролетел 2,5 км
Сила Архимеда ( выталкивающая сила ) действует в жидкостях (например, воде), и в газах. Из-за того, что плотность воздуха (1,29 кг/м³) меньше воды (1000 кг/м³), выталкивающая сила незначительна. Иными словами, сила тяжести оказывается сильнее выталкивающей силы воздуха, поэтому предметы не так легко «вытолкнуть».
Сам шар должен быть огромным, чтобы в нем содержалось большее количество легкого газа, так как сама по себе выталкивающая сила воздуха невелика. Горячий воздух имеет меньшую плотность, чем холодный, и он также поднимается вверх. Горячий воздух, в отличие от, например, гелия, безопасен. Его легко можно обеспечить газовыми горелками, которые установлены под отверстием в нижней части шара. Без нагрева шары будут постепенно опускаться.
Как взлетает шар
Воздушный шар лежит на боку. Воздух начинает нагреваться с помощью горелок.
Воздух внутри оболочки нагревается и раздувается.
Горячий воздух находится на самом верху и опускается вдоль стенок.
Холодный воздух выталкивается через горловину шара, вес самой оболочки уменьшается, и шар поднимается.
Уменьшая и увеличивая температуру, пилоты регулируют высоту.
Воздушный шар начинает снижаться, когда заполняющий его воздух охлаждается.
Для быстрой посадки пилоты могут выпустить горячий воздух через отверстие в верхней части.
FrequentFlyers.ru
Ликбез, Личный опыт, Обзоры, Репортажи
Как все устроено: пассажирский воздушный шар
26/03/2018
С воздушных шаров когда-то начиналась гражданская авиация: до самолетов и вертолетов было как до Луны пешком, а на шарах люди начали летать еще в 18-ом веке. Сегодня мы расскажем, как это происходит в 21-ом: я отправился в Каппадокию — регион в центральной Турции — где массовые перелеты выполняются практически каждый день; шаров в воздухе — несколько десятков одновременно, а пассажиров, соответственно, несколько сотен.
Немного физики. Как летает воздушный шар
Современный пассажирский воздушный шар правильно называть тепловым аэростатом, или монгольфьером — по фамилии братьев Монгольфье, которые в 1783 году совершили первый полет на воздушном судне этого типа. В рамках импортозамещения популярна стала история о том, что на самом деле первый тепловой аэростат построил за полвека до этого русский изобретатель Крякутной, но это всего лишь мистификация, созданная уже после полета французов и распиаренная в советские времена.
Принцип полета теплового аэростата очень прост: внутри его оболочки находится воздух, температура которого выше, чем температура окружающего воздуха. Поскольку плотность теплого воздуха ниже, он по закону Архимеда стремится вверх под действием выталкивающей силы. При этом сама оболочка и полезная нагрузка притягиваются к Земле (оболочка размерами примерно 25х15 м с корзиной и всем оборудованием весит 400-500 кг, плюс пассажиры: в нашей корзине было человек двадцать). Равенство этих сил позволяет аэростату «зависать» в воздухе на определенной высоте.
Как управляют воздушным шаром
Главный орган управления тепловым аэростатом — это газовая горелка, расположенная под оболочкой и направленная вверх. В ней горит смесь пропана и бутана, которую берут на борт в баллонах, похожих на те, что стоят у многих дачников на кухне. При помощи огня нагревается воздух в оболочке; температура растет, шар поднимается. В зависимости от объема оболочки (2-5 тыс. куб. метров воздуха), полезной загрузки и температуры окружающего воздуха температура внутри составляет 50-130 градусов Цельсия. Воздух в оболочке постоянно остывает и шар начинает снижаться, поэтому нужно периодически «поддавать жару» для сохранения постоянной высоты. В общем, все просто: больше огня — поднимаемся, меньше огня — сохраняем высоту, мало-мало-мало-мало-мало огня — снижаемся.
Впрочем, чтобы снизиться, можно не ждать, пока воздух остынет: в верхней части оболочки имеется клапан, открываемый и закрываемый веревками. Если его открыть, часть теплого воздуха выйдет наружу и шар полетит вниз.
С собой берут как минимум два баллона газа (один основной, другой запасной) —этого хватает примерно на один час полета, вариометр для измерения вертикальной скорости и рацию для связи с пилотами других шаров и автомобилей сопровождения (о них чуть ниже). И, самое главное, никаких мешком с песком нет. Они используются в качестве балласта на газовых шарах (с гелием и другими подобными газами внутри), а тепловому аэростату не нужны.
Верхний клапан открыт, шар сдувается. Обратите внимание на номер. В Турции шары имеют регистрацию вида TC-Bxx, например, ТС-BUM. В России они регистрируются в реестре авиации общего назначения и имеют номера RA-xxxxG. Каждый шар имеет сертификат летной годности, все как положено.
Куда летит воздушный шар?
Управлять мы можем только вертикальной скоростью аэростата. Горизонтально же он летит туда, куда его несет ветер. Именно поэтому как полноценное транспортное средство воздушный шар непригоден: это все-таки прогулочное воздушное судно. Несмотря на это, полеты на шарах зарегулированы авиационными властями не меньше, чем на самолетах. Каждый шар имеет регистрацию в реестре воздушных судов и соответствующий номер на борту, а пилоты (их два) — лицензию. Полеты выполняются по правилам визуальных полетов, то есть, при хорошей видимости, обязательным условием является также отсутствие сильного ветра. Проблема еще и в том, что летать можно только рано утром на рассвете или, наоборот, на закате: днем восходящие воздушные потоки от нагретой солнцем земной поверхности делают полеты небезопасными (да и утром потоки вверх и вниз есть, просто не такие сильные). Так что можно запросто столкнуться с ситуацией, когда вы приехали, но никуда не полетели — планируйте на всякий случай сразу несколько дней!
У каждого аэростата есть свой автомобиль сопровождения: джип с прицепом-платформой размером с корзину. Джип — потому, что сядет шар, скорее всего, не на дорогу. Высший пилотаж — это посадка прямо на платформу; гораздо круче, чем сажать истребитель на авианосец.
Если шары сталкиваются друг с другом в воздухе, то… ничего не происходит, они просто отталкиваются друг от друга и летят дальше. Вообще же столкнуться шарам довольно сложно: ведь ветер несет их в одну и ту же сторону.
Как проходит полет на воздушном шаре
Сначала вас привозят к вашему воздушному шару. В этот момент он еще лежит на земле, корзина на боку, а при помощи мощного вентилятора оболочку наполняют воздухом, одновременно нагревая его горелкой. В какой-то момент обмякший шар становится упругим и взмывает ввысь. Корзину переворачивают, пассажиры садятся в нее, перелезая через борт. Внутри есть двухточечные ремни, которыми, впрочем, мало кто пользуется, а также веревки, за которые нужно будет держаться при посадке. Предполетный инструктаж, собственно, и заключается в том, что при посадке нужно обязательно присесть и держаться за веревки, поскольку велика вероятность опрокидывания корзины: это позволит избежать травм.
Подготовка к полету
Пилот дает еще огня, и… шар плавно взмывает вверх и в сторону. По ощущениям это похоже на катание на колесе обозрения, только гораздо выше. И при этом никакого шума или вибрации, так что не страшно даже матерым аэрофобам. И даже тем, кто боится высоты (а шар поднимается до 1500 м при средней высоте полета около 500), не страшно: из-за высокого (около 1,5 метров) борта корзины вывалиться из нее невозможно, а стоячая поза провоцирует на то, чтобы смотреть не вниз, а в стороны. Красота неописуемая! Самый настоящий Татуин! Турецкие пилоты стараются лететь так, чтобы пройти поближе к скалам, «дымоходам» и дать возможность их рассмотреть, спускаются почти до крыш домов старинных деревушек — разумеется, все можно фотографировать и снимать на видео, главное — не выронить камеру.
Высота полета достигает 1500 м
Ветра на высоте, кстати, нет — вернее, он не ощущается, ведь вы летите вместе с этим самым ветром!
Как полетать на воздушном шаре
Каппадокия, как вы уже поняли — место, где полеты на воздушных шарах являются развитым и массовым видом отдыха. Вам нужно будет добраться до города Ургюп, что в 70 км от Кайсери, где находится ближайший гражданский аэропорт (ASR). До Кайсери выполняется несколько ежедневных рейсов из Стамбула (IST и SAW) местными авиакомпаниями: Turkish Airlines, Anadolujet, Pegasus Airlines и пр. Лететь около полутора часов. До самого Стамбула, ясное дело, летает множество различных авиакомпаний — от «Аэрофлота» и Turkish Airlines до Onur Air и «Победы». Покупка двух раздельных билетов до Стамбула и до Кайсери может помочь вам неплохо сэкономить (а заодно и провести пару дней в Стамбуле).
Низкий проход над горой — одна из фигур пилотажа на воздушных шарах
Самих авиакомпаний с воздушными шарами в Ургюпе более десятка; приобрести полет можно и через их российских партнеров, просто набрав в Google соответствующий запрос — удобно, если вы не знаете турецкого и хотите все запланировать заранее, а можно и непосредственно в отеле в Ургюпе, но тут все уже зависит от отеля. Ориентируйтесь на то, что стоимость часового полета составляет 13000 рублей с человека, включая трансфер из вашего отеля и обратно и скромный завтрак в непросредственной близости от точки старта (чай-кофе-булочки).
Видео (предполетный инструктаж, проход на малой высоте, посадка на авианосец, уборка шара):
Вопрос-ответ
Задать вопрос
Главная / Воздушные шары / Вопрос-ответ
Из чего состоит Воздушный шар?
Воздушный шар (свободный тепловой аэростат) состоит из следующих частей: оболочки, гондолы (корзины) для размещения экипажа и пассажиров, блока газовых специализированных горелок для сжигания пропан-бутановой смеси, комплекта газовых баллонов, приборного блока, привязных и запасных фалов, дополнительного снаряжения и оборудования, документации. Для первоначального холодного наполнения оболочки используют большой вентилятор.
Каков вес воздушного шара?
Комплект теплового аэростата, способный поднять 3-4 человек, вместе со всем необходимым оборудованием и топливом весит около 500 кг.
Как управляют воздушным шаром?
Все воздухоплавание основано на законе Архимеда. В оболочке воздушного шара находится горячий воздух, который обладает меньшей плотностью, чем холодный и поэтому способен подниматься вверх. Регулируя при помощи газовой горелки температуру воздуха внутри оболочки, можно увеличивать или уменьшать высоту полета. Снижается шар за счет естественного остывания воздуха в оболочке или за счет открытия специального клапана и выпуска части нагретого воздуха из оболочки аэростата. На разных высотах возможно разное направления ветра, что даёт возможность пилоту корректировать направление полета, изменяя высоту.
Как наполняют воздушный шар?
Первым делом нужно разложить оболочку на земле. Гондола в собранном виде с газовыми баллонами и горелкой кладется на бок. Дальше при помощи карабинов соединяются троса оболочки с рамой горелки и каркасом гондолы. После этого начинается холодное наполнение оболочки с помощью мощного вентилятора. В момент, когда оболочка наполняется более чем на половину, приходит время работы горелок. Горячий воздух позволяет оболочке принять вертикальное положение. Дальнейший нагрев помогает аэростату приобрести подъемную силу и полететь.
В какое время можно летать на воздушных шарах?
Полеты в весенне-летне-осенний период на воздушных шарах проводятся два раза в сутки утром и вечером. В этот период года днем существует повышенная солнечная активность, которая формирует появление мощных восходящих и нисходящих потоков из-за неравномерного прогрева земли, что делает полет на шаре малоуправляемым. Зимой полеты на шарах проводятся в течение всего светового дня.
Какое лучшее время для полёта на шаре?
Наши утренние полеты во время пробуждения Земли и Солнца необыкновенно красивы. Вечерние полеты позволяют насладиться прекрасным закатом Солнца. Интересно и то и другое. Каждый полет на воздушном шаре уникален и запоминается всем его участникам.
Сколько человек может взять на борт воздушный шар?
На это влияет несколько факторов: объем оболочки аэростата, вес пассажиров, количество топлива на борту, и, конечно же, обязательно необходимо учитывать погодные условия. Рекордсменом в мире является 35-ти местный аэростат с двухэтажной гондолой. Популярностью обычно пользуются 2-10 местные аэростаты. В нашей корзине максимальное количество человек ограничено 4-мя пассажирами.
Нужно ли брать с собой балласт в виде мешков с песком?
Балласт необходим только для газовых аэростатов (шарльеров и розьеров), наполненных гелием или водородом, которые со временем (или преднамеренно) улетучиваются из оболочки. Тепловые аэростаты (монгольфьеры) летают по другому принципу, и для регулировки высоты полета используется только разница температуры внутри и снаружи оболочки.
Насколько безопасен полёт на воздушном шаре?
Нужно ли брать с собой в воздушный шар парашют?
По штатному расписанию он не предусмотрен, как и в пассажирских самолетах. Аэростаты являются одним из самых безопасных видов авиационного транспорта, и во время выполнения туристических полетов в парашюте нет необходимости. Исключением являются специальные полеты на большую высоту, или полеты, связанные с выполнением рекордов.
Как вести себя в полёте на воздушном шаре?
Пилот перед полётом, в полёте и перед посадкой даёт подробный инструктаж.
Нельзя: дёргать за любые верёвки и шланги, свешиваться и садиться на борта корзины, крутить вентили, залезать и вылезать из корзины без разрешения пилота.
Нужно: держаться за верёвочные петли на бортах корзины расположенные с внутренней стороны, наслаждаться полётом. Перед посадкой немного согнуть колени или присесть на корточки (как при прыжке), при этом наблюдая за моментом касания с землёй.
Как происходит посадка воздушного шара?
Для осуществления посадки необходимо выбрать поле достаточных размеров, находящееся по курсу полета. Чем выше скорость приземного ветра, тем больших размеров должно быть поле, чтобы не попасть на препятствия. По мере приближения к полю прекращается прогрев оболочки, и аэростат начинает снижение. Воздух из оболочки выпускается через специальный, больших размеров парашютный клапан. Посадка при сильном ветре доставляет необычные ощущения. Оболочка при контакте с землей занимает горизонтальное положение. В этот момент необходимо крепко держаться за ручки, находящиеся внутри гондолы, до полной остановки аэростата.
Сколько времени необходимо для подготовки аэростата к полету?
При слаженной работе команды, аэростат можно подготовить к полету за 15-20 минут. Столько же времени необходимо, чтобы его собрать после полета для перевозки машиной сопровождения.
Зачем нужна команда сопровождения воздушного шара?
Во время полета теплового аэростата за ним постоянно следует команда сопровождения, которая помогает подготовить аэростат к полету, определить потоки ветра и после приземления собрать аэростат. Связь с машиной сопровождения ведется с помощью радио или телефонной связи.
Как необходимо одеться для полета на воздушном шаре и что необходимо с собой взять?
Для полета на тепловом аэростате лучше всего одеться в удобную повседневную или спортивную одежду. Головной убор желателен в любое время года. Перчатки необходимы при желании помочь команде в подготовке теплового аэростата к полету. В полете ветер не чувствуется, так как шар двигается вместе с воздушной массой. Водонепроницаемую обувь мы рекомендуем при утренних полетах, т.к. на площадке для старта может быть роса. По соображениям безопасности, менее горючие материалы, такие как хлопок являются более предпочтительными по сравнению с синтетическими материалами. Обязательно возьмите с собой фотоаппарат или видеокамеру или закажите профессиональную фотосъёмку у нас. Из-за ограниченности пространства в гондоле (корзине шара) большие сумки или рюкзаки лучше оставить в машине сопровождения аэростата.
Пару слов о погоде в воздухоплавании?
Как и во всей авиации, погода является одним из наиболее важных аспектов для осуществления безопасных полетов на воздушных шарах и дирижаблях. Дожди, грозы, свежий ветер у земли или в воздухе имеют все основания для того, чтобы отложить полет. Есть такая поговорка: «Мужество пилота состоит в том, чтобы отказаться от полета» (в плохую погоду).
Какая максимальная температура внутри оболочки?
Обычно при нормальной загрузке достаточно прогреть воздух внутри оболочки до температуры от 90 до 110 С летом, зимой до 30-50 С. Однако, температура внутри оболочки теплового аэростата не должна быть выше 120 С, иначе это влечет преждевременный износ оболочки.
Может ли загореться оболочка аэростата от пламени горелок?
Каким топливом заправляют аэростаты?
Воздух внутри оболочки теплового аэростата прогревается с помощью горелки при сжигании пропан-бутановой смеси.
Из каких материалов изготавливается тепловой аэростат?
В чем смысл спортивного воздухоплавания?
Как высоко может летать тепловой аэростат?
Обычно тепловые аэростаты летают до несколько километров в высоту. При этом нужно учитывать, что с набором высоты воздух более разряжен, что сказывается на человеке и работе горелок. Безопасным (без наличия кислородного оборудования) считается подъем на высоту 3000-4000 метров. Во время проведения туристических полетов, высота полета зависит от желания пассажиров и текущих погодных условий, но ограничена правилами выполнения полетов в районе полетов. Рекордные полеты на тепловых аэростатах могут осуществляться на высоту свыше 8000 метров.
Стоит ли попробовать полет на воздушном шаре?
Обязательно стоит! Вам понравится! )