Warmlugballon

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek
'n Warmlugballon in vlug

Die warmlugballon is die eerste suksesvolle passasiersdraende lugvaarttegnologie wat ontwikkel is en dateer terug tot die uitvinding daarvan deur die Montgolfier broers in Annonay, Frankryk in 1783. Die eerste vlug wat mense saamgedra het is op die 21ste November 1783 in Parys onderneem deur Jean-François Pilâtre de Rozier en François Laurent d'Arlandes.

Warmlugballonne wat deur die lug aangedryf kan word eerder as om bloot deur die wind rondgestoot te word, staan bekend as 'n lugskip en meer spesifiek 'n termiese lugskip.

'n Warmlugballon bestaan uit 'n sak wat die vermoë het om die verhitte lug binne te hou. Daaronder word 'n gondola of mandjie gehang (in sommige ballonne wat baie hoog vlieg word 'n lugdigte kapsule daaronder gehang) wat die passasiers en die hittebron/-opwekker dra. Die verhitte lig in die ballon maak dat die lug dryf aangesien dit 'n laer digtheid het as die relatief kouer lug buite die ballon. Anders as gasballonne hoef dit nie onder geseël te word nie aangesien die stygende warm lug slegs druk op die boonste deel van die ballon uitoefen. Vandag se sportballonne word oor die algemeen uit Nylon vervaardig en die mond van die ballon (naby aan die brander) word van 'n brandbestande materiaal soos NOMEX ('n Produk van DuPont) vervaardig.

Onlangs het mense begin om ballonne in allerhande buitengewone vorme te vervaardig, soos worsbroodjies, vuurpyle of die vorm van kommersiële produkte.

Geskiedenis[wysig]

Voormoderne tyd[wysig]

'n Kongming lantern, die oudste soort warmlugballon.

Onbemande warmlugballonne was nog altyd gewild in Sjinese geskiedenis. Zhuge Liang van die Shu Han koninkryk in die tydperk van die drie koninkryke, het warmluglanterns vir militêre seindoeleindes aangewend. Hierdie lanterns staan bekend as Kongming lanterns.[1][2]

Daar word ook gegis dat warmlugballonne sowat 1500 jaar gelede deur die Nazca indiane van Peru gebruik is as 'n hulpmiddel vir die ontwerp van reuse tekeninge op die Nazca vlakte.[3]

'n Metode om voorwerpe op hul eie in die lug te laat dryf met behulp van warm lug is bespreek deur die 11de eeuse Joodse geleerde Rashi in sy kommentaar op die Bybel.[4]

Die eerste aangetekende bemande ballonvlug[wysig]

Hierdie 1818 tegniese tekening wys hoe vroeë ballonne ontwerp is.

Die eerste aangetekende gevalle van ballonne wat die vermoë gehad het om passasiers te dra deur van die dryfvermoë van warmlug gebruik te maak is deur die broers Joseph-Michel en Jacques-Etienne Montgolfier in Annonay, Frankryk gebou. Hierdie broers was afkomstig uit 'n familie wat betrokke was by die vervaardiging van papier en hulle inspirasie het gekom toe hulle gesien het hoe die as in vuur na bo styg. Nadat hulle met onbemande ballonne geëksperimenteer het en met ballonne wat diere gedra het, het die eerste ballonvaart met mense aan boord op 19 Oktober 1783 plaasgevind met die wetenskaplike Jean-François Pilâtre de Rozier, Jean-Baptiste Réveillon en Giroud de Villette aan boord by die Folie Titon in Parys (Hierdie ballon was egter steeds met 'n tou aan die grond vasgeanker). Die amptelike vrye vlug het eers 'n maand later plaasgevind op 21 November 1783.[5][6][7] Die eerste warmlugballonne was basies materiaalsakke (soms met papier uitgevoer) met 'n rokende vuur op 'n rooster onderaan.

Hedendaags[wysig]

Vandag word warmlugballonne hoofsaaklik vir ontspanning gebruik. In Suid-Afrika is BAFSA, 'n afdeling van die Aero Klub van Suid-Afrika, die beherende liggaam ten opsigte van die administrasie van ballonsport en -ontspanning. BAFSA reël ook die jaarlikse Suid-Afrikaanse warmlugballonkampioenskappe.[8] Een van die groot gebeurtenisse op die internasionale warmlugballonkalender is die Warmlugballon Fiesta te Albuquerque in die V.S.A.

Warmlugballonne kan uiters hoë hoogtes bereik. Op 25 November 2005 het Vijapat Singhania die wêreld hoogterekord vir warmlugballonne opgestel deur 21 290 m hoog te vlieg.[9] Soos met alle ander gelisensieërde vliegtuie moet suurstof verskaf word vir enige vlug wat 3 810 m oorskry.

Op 15 Januarie 1991 het die Virgin Pacific Flyer ballon die langste vlug in 'n warmlugballon voltooi toe Per Lindstrand en Richard Branson van die Verenigde Koninkryk vanaf Japan na Noord-Kanada gevlieg het. Hierdie ballon met sy 74 duisend kubieke meter, was die grootste wat nog ooit gebou is. Dié ballon was ontwerp om in die transoseaniese straalstrome te vlieg en het ook die vinnigste grondsnelheid vir 'n bemande ballon aangeteken van 394 km/h.

Die warmballonvlug wat die langste geduur het is deur Michio Kanda en Hirosuke Tekezawa van Japan op 2 Januarie 1997 tydens 'n vlug wat 50 uur en 38 minute geduur het.[10]

Konstruksie[wysig]

'n Warmlugballon vir bemande vlugte gebruik 'n enkellaag materiaalsak met 'n opening aan die onderkant. Onderaan die sak hang 'n mandjie of gondola om passasiers te dra. Die mandjie word gewoonlik van riet of rottang vervaardig, maar kan ook uit aluminium vervaardig word. Bo aan die mandjie en presies in die middel onder die opening word 'n brander gemonteer wat die vlam in die sak inspuit sodat die lug daarbinne verhit kan word. Die brander word met propaan, 'n vloeibare petroleumgas (VPG) gevoer wat in hoëdruk silinders gestoor word.

Ballonsak[wysig]

Moderne warmlugballonne word gewoonlik vervaardig uit ligte sterk sintetiese materiale soos ripstop nylon of dacron ('n soort poli-ester).[11]

'n Warmlugballon word gedeeltelik opgeblaas met koue lug vanaf 'n petrolaangedrewe waaier voordat die propaanbranders ingespan word om dit volledig op te blaas.

Tydens die vervaardigingsproses word die materiaal in panele gesny en aanmekaar gestik saam met die strukturele seilband (webbing) wat die gewig van die gondola of mandjie moet dra. Die warmlugballon kan saamgestel word uit so min as 4 of soveel as 24 of selfs meer panele.[12]

Die ballonsak word dikwels van 'n kroonring aan die bokant voorsien. Hierdie ring is 'n gladde metaalhoepel, gewoonlik aluminium en is ongeveer 300 mm in deursnee en die seilbande word daaraan vasgebind.

Materiaalbekledings[wysig]

Die materiaal (of 'n gedeelte daarvan, soos die boonste ⅓ daarvan) kan bedek word met 'n seëlaar, soos silikoon of poli-uretaan om dit ondeurlaatbaar vir lug (lugdig) te maak.[13] Dit is dikwels hierdie agteruitgang van die bekleding en die daarmee gepaardgaande verhoogde deurlaatbaarheid vir lug wat die ballonsak nie meer lugwaardig maak nie en nie die verswakking van die materiaal self nie. Hitte, vog en die meganiese slytasie tydens die opstel en verpakking van die ballonsak is die primêre oorsake van die agteruitgang daarvan. Daar bestaan wel produkte vir die herbekleding van die materiaal.[14]

Sakgroottes[wysig]

Ballonsakke is gewoonlik in verskeie groottes beskikbaar. Die kleinste eenpersoon mandjielose ballonne (Hoppers genoem) het minder as 1 000 m3 sakvolume (vir 'n perfekte sfeer sou dié volume ooreenstem met 13.3 meter. Aan die ander kant van hierdie skaal is die ballonne wat deur kommersiële besigtigingstoer-maatskappye gebruik word en meer as twee dosyn mense kan dra met volumes van soveel as 15 000 m3. Die meeste ballonne kan gewoonlik so 3 tot 4 mense dra en het 'n volume van 2 500 m3

Uitlate[wysig]

Die valskermuitlaat aan die bokant van die ballonsak, soos gesien van onder deur die mond.

Die bokant van die ballon word gewoonlik met die een of ander soort uitlaat voorsien. Die mees algemene soort uitlaat is 'n ronde flap of valskermuitlaat. Die materiaal word aan sy rante voorsien met 'n stel ventilasielyne wat in die middel bymekaarkom. Die ventilasielyne word op hul beurt aan 'n beheertou verbind wat tot in die mandjie loop. 'n Valskermuitlaat word oopgemaak deur aan die beheertou te trek. As die beheertou losgelaat word, word die uitlaatflap deur die warm lug terug in sy plek gedruk. 'n Valskermuitlaat kan vir 'n kort tydperk oopgemaak word tydens vlug indien dit nodig sou wees om vinnig te daal. (Gewoonlik word stadiger dalings bewerkstellig deur die lug in die ballon toe te laat om natuurlik af te koel). Die uitlaat word heeltemal oopgetrek na landing om die ballon heeltemal af te blaas.

'n Ouer, minder gebruikte soort uitlaat is die "Velcro" tipe uitlaat. Dit bestaan ook uit 'n ronde materiaaldak aan die bokant van die ballon. In plaas van 'n stel ventilasielyne wat die uitlaat gereeld oop en toe kan maak word hierdie soort uitlaat deur "haak en lus" hegters vasgeheg (soos Velcro) en word slegs aan die einde van die vlug oopgemaak. Ballonne met hierdie soort uitlaat word gewoonlik van 'n tweede maneuveruitlaat voorsien aan die kant in plaas van bo-op die ballon.

Sommige warmlugballonne het draai-uitlate wat kantuitlate is wat oopgemaak kan word om die ballon in die ronde te laat draai. Sulke uitlate is baie nuttig vir ballonne met reghoekige mandjies om te verseker dat die breër kant dwars teenoor die landingsrigting opgelyn word en ook in die geval van besigtigingstoere om passasiers 'n uitsig aan alle kante te gee.

Brander[wysig]

'n Brander wat vuur in die ballonsak instuur.

Die brandereenheid vergas die vloeibare propaan, meng dit met lug, ontsteek die mengsel en stuur die vlamme en uitlaatgasse in die mond van die ballonsak in. Die eenheid kan bestaan uit een of meer indiwiduele branders waarvan die loods een of meer op 'n slag kan gebruik om die verlangde hoeveelheid warmte op te wek. Elke brander word gekenmerk deur 'n metaalspoel va propaanbuise waardeur die vlamme opskiet om die propaan brandstofvoer te voorverhit.

Die brandereenheid kan onder die mond van die ballonsak gehang word of op 'n stellasie bo op die mandjie gemonteer word. Die brander kan ook op 'n kompasbeuel (ook soms 'n kardan- of dryfas genoem) gemonteer word om die loods in staat te stel om die vlam in die mondopening in te mik en sodoende te verhoed dat die materiaal van die opening oorverhit word.

Die loods aktiveer die brander deur die propaanklep oop te draai. Die klep word soms vooraf belas deur 'n veer sodat dit outomaties kan toemaak of andersins kan dit oop bly totdat die loods dit toemaak. Die brander word van 'n loodsvlam voorsien om die propaan-en-lug mengsel te ontseek. Die loodsvlam kan aangesteek word deur van 'n flint of 'n aansteker gebruik te maak of deur 'n ingeboude piëso-elektriese vonk.[15]

Sommige branders word toegerus met 'n sekondêre brander wat minder raas wanneer dit brand vir wanneer daar oor wild of lewende hawe gevlieg word. Branders kan tipies soveel as 31,7 MJ se warmte opwek.[16]

Die druk benodig om brandstof deur die voerbuis by die brander uit te kry kan deur die dampdruk van die propaan self verskaf word indien dit warm genoeg is of deur die inspuit van 'n inerte gas soos stikstof[15]. Die silinders kan ook voorverhit word deur van elektriese verhittingsband gebruik te maak om die dampdruk hoog genoeg te kry vir vlieg in koue weersomstandighede[17]. Verhitte silinders word gewoonlik in 'n isolasiekombers toegedraai om die hitte te behou tydens die opstelling en die vlug.

Instrumentasie[wysig]

'n Ballon kan met 'n verskeidenheid instrumente toegerus word om die loods by te staan. Tipies sluit dit 'n hoogtemeter, 'n stygspoedmeter en termometers om die lugtemperatuur binne en buite die ballonsak te bepaal.[18] 'n GPS-ontvanger kan ook nuttig wees om die grondspoed aan te dui (tradisionele pitotbuis spoedmeters wat in vliegtuie sal nie werk nie, aangesien die ballon saam met die wind beweeg) en om rigting te bepaal.

Gekombineerde massa[wysig]

Die gekombineerde massa van 'n gemiddelde stelsel is tipies:

  • die ballonsak: 113 kg
  • mandjie: 63,5 kg
  • brander: 22.7 kg
  • 3 brandstoftenks met brandstof: 184 kg
  • 5 passasiers: 340 kg
  • die lug binne in die ballonsak - Volume 2832 m3 en teen 120 °C is die digtheid van droë lug 0.898 kg/m3 wat 'n gewig van 2 551 kg gee.

Die totale gewig van so 'n stelsel is dus sowat 3,2 ton [13]

Teorie van Werking[wysig]

'n Paar van die sogenaamde Hopper ballonne.

Deur die lugtemperatuur binne die ballonsak te verhoog word dit ligter as die omliggende lug. Die ballon dryf na bo as gevolg van die stukrag wat daarop uitgeoefen word. Hierdie krag is dieselfde soort krag wat voorwerp op water laat dryf soos beskryf deur Archimedes se wet. Die hoeveelheid stukrag wat deur warmlugballon verskaf word hang hoofsaaklik af van die verskil in die temperatuur van die lug binne en buite die ballonsak. Die meeste ballonsakke word van nylon vervaardig en die maksimum temperatuur binne die ballonsak word beperk tot ongeveer 120 °C. Die smeltpunt van nylon is beduidend hoër as hierdie temperatuur (ongeveer 230 °C). Die laer temperature word egter gebruik omdat die meganiese sterkte van nylon mettertyd verminder. Met 'n 120 °C maksimum temperatuur kan sowat 400 tot 500 ure se vlug afgelê word voordat die materiaal vervang moet word. Baie loodse bedryf hulle ballonsakke teen temperature ver onder hierdie maksimum temperature om hulle ballonne se lewensduur so lank as moontlik te maak. Teen gewone atmosferiese toestande vereis 'n ballon ongeveer 3 m3 sakvolume om 'n kilogram te dra. Die presiese hoeveelheid stukrag hang nie alleen van die temperatuur binne-in nie maar ook die buitenste temperatuur, die hoogte bo seespieël en die voggehalte van die omliggende lug. Hoe warmer die buitelugtemperatuur, hoe minder stukrag sal verkry kan word. In die onderste laag van die atmosfeer sal die stukrag met ongeveer 3% verminder vir elke 1 000 meter wat dit styg[19]

Verwysings[wysig]

Voetnotas[wysig]

  1. http://books.google.com/books?id=ssO_19TRQ9AC&pg=PA113&ots=vDEuq_hKqc&dq=Kongming+balloon&sig=c3NT-uzoBYhzq203Qofw6XR9MH0 Ancient Chinese Inventions
  2. http://library.thinkquest.org/23062/balloon.html - The Ten Thousand Infallible Arts of the Prince of Huai-Nan
  3. http://www.nott.com/Pages/projects.php The Extraordinary Nazca Prehistoric Balloon
  4. Rashi Eksodus Hoofstuk 16 Vers 14
  5. http://www.start-flying.com/Montgolfier.htm, Start-Flying: history of balloon flying, 2007-12-28
  6. http://www.chm.bris.ac.uk/webprojects2003/hetherington/final/montgolfier_bros.html, Lighter than air: The Montgolfier Brothers, 2007-12-28
  7. http://www.nasm.si.edu/exhibitions/gal109/NEWHTF/ITM300.HTM, National Air and Space Museum: Pioneers of Flight gallery, nagegaan op 2007-12-28
  8. http://www.bafsa.co.za/ BAFSA se amptelike webwerf
  9. http://in.news.yahoo.com/051126/137/618bs.html Nuusberig oor Vijaypat Singhania se rekord
  10. http://records.fai.org/balloons/current.asp?id1=ax&id3=3&id2=1 Wêreldrekords met Ballonne aangeteken
  11. http://www.eballoon.org/balloon/envelope.html, eballoon.org, 2006-12-21
  12. http://home.att.net/~headballoons/second.htm, Head Balloons, 2007-01-12
  13. 13,0 13,1 http://www.cameronballoons.com/hyperlast.html, Cameron Balloons Hyperlast, 2006-12-21
  14. http://www.hotairrepair.com/recoating/, Mid-Atlantic Balloon Repair: Balloon Envelope Fabric Recoating, 2007-03-07
  15. 15,0 15,1 http://lindstrand.com/?id=14, Lindstrand Fuel System: Burners & Tanks, 2007-03-05
  16. http://www.sundanceballoons.com/faqs.cfm, Sundance Balloons Frequently Asked Questions, nagegaan op 2007-03-05
  17. http://www.balloonlife.com/publications/balloon_life/9612/nitrogen.htm, Stikstof teenoor Verhittingsband, nagegaan op 2007-11-13
  18. http://www.lindstrand.com/instruments.php, FLYTEC 3040 DIGITAL WIRELESS INSTRUMENT PACKAGE, 2006-12-26
  19. http://www.overflite.com/thermo.html, Hoe om die gewig van lug en die stukrag van 'n warmlugballon te bepaal, nagegaan op 2008-01-01

Ander Bronne[wysig]

  • Needham, Joseph (1986). Science and Civilization in China: Volume 4, Physics and Physical Technology, Part 2, Mechanical Engineering. Taipei: Caves Books Ltd.

Eksterne skakels[wysig]

Commons
Wikimedia Commons het meer media verwant aan:

Konstruksietegnieke[wysig]

Geskiedenis[wysig]

Ander[wysig]