Heteluchtballon

Achtergrond

Een heteluchtballon is een niet-poreuze omhulling van dun materiaal gevuld met een hijsgas dat in staat is een zwevende lading in de atmosfeer te tillen. Ballonnen stijgen op vanwege de verplaatsing van lucht, waarbij het principe wordt toegepast dat de totale opwaartse opwaartse kracht gelijk is aan het gewicht van de verplaatste lucht.

In de loop van de geschiedenis zijn ballonenveloppen gemaakt van papier, rubber, stof en verschillende soorten plastic. De vormen van ballonnen zijn in de loop van de tijd ook veranderd, maar tegenwoordig zijn de meest voorkomende bollen, afgeplatte sferoïden en aerodynamische configuraties. Hijsgassen zijn ook gevarieerd. Tegenwoordig zijn de meest gebruikte gassen helium, waterstof en verwarmde lucht.

Geschiedenis

Aan het einde van de achttiende eeuw pionierden Joseph en Jacques Montgolfier met ballonvaren in Frankrijk. In 1782 ontdekten ze dat verwarmde lucht in een lichtgewicht zak ervoor zorgde dat deze opsteeg. In 1783 demonstreerden ze hun ontdekking publiekelijk in Annonay, Frankrijk. Een paar maanden later herhaalden ze het experiment in Versailles, deze keer stuurden ze een schaap, een haan en een eend als passagiers.

De eerste bemande ballonvlucht vond plaats in Parijs, Frankrijk, op 21 november 1783. Gecoördineerd door de gebroeders Mongolfier, werden Pilatre de Rozier en de markies Francois Laurent d'Arlandes de lucht in gelanceerd in een ballon gemaakt van papier en linnen. Voor het hijsgas werd rook en verwarmde lucht gebruikt.

Vroege ballonnen werden gebruikt in oorlog en sport. In de negentiende eeuw werd de ballon geslepen voor gebruik in oorlogen om achter vijandelijke linies te spioneren. Gebruik in vredestijd omvatte het maken van de vroegste luchtfoto's. Deze ballonnen waren nuttig, maar ze waren niet bestuurbaar. Serieuze wetenschappelijke ballonexperimenten begonnen pas laat in de twintigste eeuw.

Tussen 1934 en 1961 voerden bemande ballonvluchten onderzoek uit in de stratosfeer [de atmosfeer 6-15 mijl (9,7-24,14 km) boven het aardoppervlak]. Met capsules onder druk konden bemanningen zo hoog als 100.000 ft (30 km) gaan. In 1961 maakte de komst van ruimtevluchten veel van deze experimenten overbodig.

Sinds het begin van de jaren zestig wordt de heteluchtballon gebruikt als vrije ballon (d.w.z. losgelaten in de atmosfeer) om mensen als sport omhoog te brengen. In de jaren 70 steeg de verkoop van heteluchtballonnen door consumenten en in 1973 werden de eerste Wereldkampioenschappen gehouden in de Verenigde Staten. Tegenwoordig zijn er verschillende ballonvaartevenementen over de hele wereld, maar het belangrijkste doel van de meeste serieuze ballonvaarders is om records te maken en te breken.

Andere soorten ballonnen die momenteel worden gebruikt, zijn de meteorologische ballon, de nuldrukballon, de superdrukballon (een ballon met constant niveau), de militaire vastgebonden ballon en de aangedreven ballon.

Modern ballonvaren

De heteluchtballonnen van vandaag hebben twee hoofdonderdelen, de envelop (of gaszak) en de mand. De gaszak is gewoonlijk bolvormig en gemaakt van een niet-uitrekbaar materiaal. De verwarmde lucht die de ballon optilt, komt van een koolwaterstofgasbrander die boven de mand is bevestigd.

De mand (ook wel de gondel genoemd) vervoert de passagiers. De lift wordt geregeld door de verbrandingssnelheid van het gas aan te passen. Aan een klep aan de bovenkant van de ballon is een touw bevestigd zodat passagiers de afdaling kunnen regelen. Een trekkoord en een trekpaneel zorgen voor een snelle afgifte van gas bij de landing om het slepen van de lading bij een botsing te voorkomen.

Ballonnen kunnen maar zo ver de atmosfeer in gaan. De huidige limiet voor praktisch ballonvaren is 55 km.

Een van de meest interessante aspecten van ballonvaren is het opblazen van de heteluchtballon. Onder normale omstandigheden kan een vierpersoonsballon worden opgeblazen en gelanceerd met een bemanning van vier tot vijf personen. Om zo'n groot object op te blazen is een grote ruimte nodig. De mand ligt op zijn kant. De envelop is verbonden met de mand en uitgespreid over de grond. Een paar bemanningsleden houden de mond van de ballon open en terwijl een ventilator een ballon gedeeltelijk opblaast met koude lucht.

De piloot van de ballon gaat op dit punt de envelop in om pre-flight controles uit te voeren op operationele lijnen, tuigage, katrollen, Velcro™-lipje, vliegende draden, parachute en de stof van de envelop.

Een brandstoftank wordt gebruikt wanneer de brander is ingeschakeld. Een stroom van ingesloten lucht stroomt de envelop binnen. De mond heeft de neiging zich erachter te sluiten vanwege de haast. Het duurt ongeveer 60 seconden om een ​​ballon van 20.000 kubieke voet (6.096 kubieke meter) te vullen. Terwijl de envelop zich vult, komt deze boven de mand uit.

De bemanning die met de kruin van de ballon te maken heeft, houdt hem stabiel tegen de wind in en voorkomt dat hij heen en weer rolt. Naarmate de lift toeneemt, loopt de bemanning langs de kroonlijn naar de basket.

Nadat het opblazen is voltooid, komen de piloot en passagiers aan boord om de laatste controles uit te voeren. De ballon blijft opwarmen totdat de ballon "licht" wordt (klaar om op te stijgen).

Grondstoffen

Envelop

Enveloppen balanceren hun lading met laadbanden of koorden. Amerikanen geven de voorkeur aan een zware stof om de last te delen. Hun Europese tegenhangers geven de voorkeur aan lichtere stof en balanceren deze met meer loadtape-structuren.

De stof is geweven van twee soorten garen, nylon en Dacron (polyester). Er zijn voor- en nadelen aan beide. Nylon is lichter en sterker, maar Dacron is bestand tegen hogere temperaturen. De geweven stof is eigenlijk een gaasstructuur waar lucht doorheen kan. De meeste stoffen hebben een treksterkte van 40-100 lb (18,16-45,4 kg) per inch brede strook.

Om de lucht in bedwang te houden, is de geweven stof gecoat met een kit. De meest voorkomende is polyurethaan, plus toevoegingen zoals neopreen (synthetisch rubber) of siliconen, en een ultraviolet-remmer om te voorkomen dat de coating kapot gaat door de zon. Het aantal lagen wordt bepaald door luchtdichtheid in evenwicht met materiaalfragiliteit.

Twee andere belangrijke onderdelen van de envelop zijn de parachute en het scheurpaneel, die beide helpen de ballon te besturen, vooral bij het afdalen. De parachute is faalveilig, dus het is de dominante controle geworden. Het is gemaakt van stof vergelijkbaar met de envelop. Het scheurpaneel is verzegeld met Velcro™ en heeft een secundaire opening, een ventilatieopening die ook is gemaakt van stof die lijkt op de envelop.

Een net ondersteunt de mand en verdeelt het gewicht van de mand gelijkmatig over de ballon.

Winkelmandje

Het lichaam van de mand is meestal gemaakt van rotan en wilg met elkaar verweven. De vloer kan van multiplex zijn. De randen van de mand zijn gewoonlijk gebonden in leer, suède of ongelooide huid. Roestvrijstalen draden en/of rechtopstaande stijve steunen bevestigen de mand aan het branderframe. Sommige fabrikanten hangen de mand op aan een laadring die zelf aan de envelop hangt. Deze laadring kan ook dienen als frame voor de brander.

Brander

De brander is een eendelige propaanbrander die wordt aangedreven door twee of meer brandstoftanks. De brandstoftanks zijn met een vaste slangkoppeling met de brander verbonden. Alle branders zijn constant brandende waakvlammen.

De brander heeft een aantal componenten. De vloeistofklep regelt de hoeveelheid brandstof die door de brander wordt gebruikt. De manometer geeft de hoeveelheid gasdruk aan wanneer deze de branderspoel binnenkomt en geeft de hoeveelheid beschikbare stroom aan. De waakvlam verbrandt de damp van de bovenkant van de tank. Het verdampte propaan komt naar buiten via jets die een vlam produceren met een dikke basis en een lange punt. De roestvrijstalen verdampingsspiraal passeert het propaan om warmte te produceren.

Ontwerp

Envelop

Enveloppen zijn ontworpen om de spanning op de stof te verminderen door een licht gebogen gore te produceren (de deelpanelen die aan elkaar zijn genaaid om de envelop te maken). Gebogen groeven zijn in het midden langer dan aan de uiteinden. Er zijn drie hoofdtypen gores:verticaal, horizontaal en diagonaal. Diagonale panelen zijn het meest economisch omdat ze de minste hoeveelheid stof verspillen. Veel gores zijn computer ontworpen.

Er zijn twee gangbare ballonvormen:traanvormig en rond. De traan kan sneller klimmen met minder energie, maar de ronde ballon gebruikt minder stof en heeft daardoor minder oppervlakte om te verwarmen. Een envelop kan naar verwachting 400 vlieguren meegaan.

Winkelmandje

Manden zijn sinds de 18e eeuw in wezen hetzelfde gebleven. Ze zijn gemaakt van riet en zijn vierkant. Ze buigen bij impact. In het begin van de jaren zeventig vervaardigde een bedrijf een gondel die was gemaakt van aluminium en glasvezel, maar die bij harde landingen de neiging had te versplinteren. De andere grote verandering is een driehoekige mand die enkele innovaties mogelijk maakte met de plaatsing van het instrumentenpaneel. Manden gaan ongeveer 800 vlieguren mee.

Het fabricageproces

Envelop

• 1 Envelopconstructie omvat in feite het aan elkaar naaien van de gores. Of het nu met de hand of met een industriële naaimachine wordt gedaan, er zijn drie steken. De dubbele overlappende naad heeft twee rijen parallelle stiksels langs de omgevouwen stofnaad. De naad heeft de voorkeur van fabrikanten vanwege zijn sterkte en lichtheid en heeft ongeveer acht steken in elke inch (3 per cm). Een paar fabrikanten gebruiken een platte naad (rechte parallelle stiksels houden twee stukken stof bij elkaar) en de zigzag (zigzag parallelle stiksels met een dubbele lap stof). Ook de laadbanden en koorden zijn erin genaaid.
• 2 Nadat de envelop is genaaid, wordt deze gecoat. De coating wordt machinaal en onder druk aangebracht.
• 3 Tot slot, als de envelop voor reclamedoeleinden wordt gebruikt, wordt er een appliqué aangebracht met een slogan of naam. Het kan worden aangebracht met acrylverf, of er kunnen kant-en-klare zelfklevende letters of banners op worden bevestigd. Als het kunstwerk groot is, kan het in de eigenlijke envelop worden genaaid door rechtstreeks in de gores te worden gesneden. Dit kan een complex, veeleisend proces zijn.

Winkelmandje

• 4 Manden worden eerst op de basis geproduceerd. Bovenop de multiplex basis met lopers is een frame van riet opgebouwd met een diameter van 1 inch (2,5 cm). Op de hoek omringt het frame roestvrijstalen draden en laadframes. Om het frame is de rotan of wilg geweven. Er zijn gaten in het lichaam van de mand gelaten voor cilinderriemen. De afgewerkte mand is bedekt met vernis om zijn vorm te behouden en de wandelstok samen te stellen. Ten slotte worden de randen beschermd met ingenaaid ongelooide huid, leer of suède. Het instrument/dashboard is ingebouwd evenals de propaantanks voor de branderunit.

Brander

• 5 Veel ballonfabrikanten besteden deze onderdelen uit en monteren ze tussen de mand en de envelop nadat de andere onderdelen in elkaar zijn gezet.

De Toekomst

Innovaties die ervoor zorgen dat heteluchtballonnen voor langere tijd en onder meer controle hoger kunnen gaan, zullen blijven plaatsvinden. Veel van de innovaties zijn gericht op het verbeteren van de brander en het deflatiesysteem.