Szeretnéd tudni hogyan repül a hőlégballon?

Nagyon egyszerű: a melegebb levegő felemelkedik, a hidegebb lesüllyed. Ez a fajsúlykülönbség elve. A meleg levegő felemelkedik a hőlégballon kupolában, az egész ballont emelve felfelé.

A hőlégballon három fő része a következő:

  1. A kosárban utaznak az emberek. Tényleg olyan mint egy jó nagy fonott kosár: könnyű, rugalmas, megvédi az utasát mint egy karosszéria.
  2. Az égő az utasok feje felett helyezkedik el, hatalmas lángokat bocsát ki, amely melegíti a kupolában lévő levegőt. Az égő duplázódhat a kupola nagyságának függvényében. Lehet egy, kettő, vagy négy égős rendszer. Egy égő teljesítménye 1800-2200 kW. Ez a hőlégballon hajtóműve. Az üzemanyag pedig ugyanaz a háztartási propán-bután, amivel otthon főzünk, vagy tiszta propán (a pilóták a propánnal szeretnek jobban repülni). A palack viszont már nem a háztartási, hanem speciálisan erre a célra kialakított légijármű-üzemanyagtartály, amelyek a kosár négy sarkában vannak elhelyezve.
  3. A kupola meg egy óriási színes "zsák", amely magában tartja a meleg levegőt. Anyaga könnyű, vékony és hőálló. Ahogy melegszik benne a levegő úgy emelkedik a ballon, ha hűl ez a levegő, akkor pedig süllyed. Ezáltal tudja a pilóta irányítani a ballont.


Tehát, ha a pilóta fűt, a ballon emelkedik, na de hogy süllyed?
A kupola tetején van egy nyílás, amely egy kötél meghúzásával kinyílik, a kötél elengedésével visszazárul. Vagyis a pilóta kiengedi a meleg levegőt ezen a speciális szelepen, ezáltal a kupolában lévő hőmérséklet csökken, a ballon pedig süllyed. De, ha a pilóta nem fűt, a ballon lassan akkor is ereszkedni kezd. Az emelkedéshez ma már nem dobálunk ki homokzsákokat a kosárból, ilyet már csak a rajzfilmekben látni.

Oké-oké, de hogyan kormányozzák? Közvetlenül sehogy. A ballon arra repül, amerre a szél fúj. A szél viszont különböző magasságokban más irányba fúj, így a magasság megválasztásával befolyásolható merre is sodródjon a ballon. A pilóta a felszállás helyét mindig úgy választja meg, hogy figyelembe veszi a szélirányt, így előre meg tudja határozni merre is fog a ballon repülni, és nagyjából hol fog leszállni. A leszállás pontos helyét a levegőből választja ki. Ezután kiüríti a ballonból a meleg levegő egy részét és a ballon leszáll.

Ennyi, tök egyszerû :)

Egy kis fizikaóra a Csodák Palotájából:

Propán

A propán (C3H8) színtelen, nem mérgező, nagy fűtőértékű, könnyen cseppfolyósítható, a levegőnél nehezebb gyúlékony gáz. Telített, nyílt szénláncú szénhidrogén, ennek megfelelően kémiailag kevéssé reakcióképes. Nagy fűtőértéke ellenére kis égéssebessége miatt kicsi az égésintenzitása.

A propán égésekor széndioxid és víz keletkezik: C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

Mitől repül a hőlégballon?

A hőlégballon végül is egy nagy zárt zsák amit meleg levegővel töltünk fel. A gázoknak, így a levegőnek is, megvan az a hasznos tulajdonsága, hogy a hőmérséklet emelkedésével csökken a sűrűségük.

q =  p /( Rsp T)  [kg/m3]

ahol a

q: a gáz sűrűsége [kg/m3]

p: a gáz nyomása [Pa]

Rsp: specifikus gázállandó [J/(kg*K)] (levegőre Rsp=287,2 [J/(kg*K)])

T: a gáz hőmérséklete [Kelvin]

 

Ezek alapján a

T=298,15 [K] ( 25 °C) hőmérsékletű levegő p=101 325 [Pa] nyomáson q=1,18 [kg/m3]

és

T=353,15 [K] ( 80 °C) hőmérsékletű levegő p=101 325 [Pa] nyomáson q=0,99 [kg/m3]

 

A kisebb sűrűségű anyag minden esetben a keletkező felhajtóerő miatt felfelé törekszik. Ez a jelenség jól megfigyelhető, amikor a tábortűz által felmelegített levegő magával ragadja a pernyét, és magasba repíti. A hőlégballonok repülését biztosító fizikai elv tehát igen egyszerű. A gond csak az, hogy a meleg levegő által nyerhető felhajtóerő nagyon kismértékű, ráadásul azt a levegőnél sokkal nehezebb anyagokból készült ballonszerkezettel csapdába is kell ejteni. Végeredményben a ballonszerkezet és az abban lévő meleg levegő összes, átlagos sűrűségének kell kisebbnek lennie, mint a környező levegő sűrűsége.

A hőlégballon működését tehát alapvetően négy tényező határozza meg: 1) a ballon és az ahhoz kapcsolódó szerkezetek összes tömege, 2) a ballon meleg levegővel feltölthető térfogata, 3) a ballonban lévő levegő hőmérséklete, 4) a külső, környező levegő hőmérséklete. A tényezőket az alábbi egyenlet foglalja össze egy egységes ballonképletté:

qlev = qballon + mballon/Vballon

ahol a

qlev: a külső levegő sűrűsége [kg/m3]

qballon: a ballonban felmelegített levegő sűrűsége [kg/m3]

mballon: a ballonszerkezet tömege [kg]

Vballon: a ballon feltölthető térfogata    [m3]

a fenti egyenlőség arra az esetre vonatkozik amikor a ballon lebeg.

qlev - qballon = mballon/Vballon

(qlev - qballon) * Vballon = mballon

tehát a ballonban lévő levegő hőmérsékletének, valamint a ballon feltölthető térfogatának növelésével növekszik a terhelhetőség. Az egyenletből az is látható, hogy a külső hőmérséklet növekedésével viszont csökken a ballon terhelhetősége.

Bejelentkező űrlap