Karšto oro balionas

Konstrukcija

Šiandieninis karšto oro balionas susideda iš kupolo, pasiūto iš vieno sluoksnio lengvos medžiagos, ir krepšio (ilgiems skrydžiams arba skrydžiams dideliame aukštyje naudojama kapsulė) pritvirtinto po juo. Krepšys dažniausiai yra pintas, bet pasitaiko ir aliumininių. Kupolo viršuje yra parašiutas, kurį atidaręs pilotas išleidžia karštą orą ir atvėsina balioną. Krepšyje taip pat įmontuoti kuro bakai ir degikliai, kuriais prišildomas oras baliono viduje tiek, kad dėl aplinkos oro ir oro kupole tankių skirtumo oro balionas galėtų pakilti.
Skirtingai nuo aerostatų, karšto oro baliono kupolas nėra uždaras, kad į jį galėtų patekti karštas oras nuo degiklių. Dažniausiai kupolai gaminami iš nailono, o prie pat degiklių – iš nedegios medžiagos. Pastaruoju metu, kupolai gaminami vis keistesnių ir įvairesnių, pvz., kubo, butelio ar net katedros, formų.

Kupolas

Šiuolaikinis kupolas siuvamas iš lengvos, tvirtos medžiagos – nailono arba poliesterio. Medžiaga sukarpoma dalimis ir susiuvama kartu su vertikaliomis laikančiosiomis juostomis, kurios ir laiko visą kupolo svorį. Vertikalių juostų skaičius gali kisti nuo 4 iki 24 ar net daugiau – kuo daugiau juostų, tuo apvalesnis balionas.

Audinys

Kupolo audinys, ar bent viršutinis trečdalis jo, gali būti padengtas oro nepraleidžiama medžiaga, pvz., silikonu. Nuo to ar audinys padengtas tokiu sluoksniu ar ne priklauso kiek ilgai balionas galės būti naudojamas. Kupolo tarnavimo trukmę nulemia ir tuo kokiu oru skraidoma, mechaniniai pažeidimai ir tiesiog skrydžių dažnumas. Kai audinys pradeda per greitai praleisti karštą ora, kupolas netenka savo keliamosios galios. Kupoluose, pasiūtuose iš nailono, orą leidžiama įkaitinti iki +120 °C, nors nailono lydymosi temperatūra beveik dvigubai didesnė – 230 °C.

Kupolo dydžiai

Kupolai gali smarkiai skirtis savo dydžiu, mažiausi kupolai, naudojami vieno žmogaus krepšiams pakelti, gali būti mežesni nei 1000 kubinių metrų tūrio. Kita vertus, milžiniškiem krepšiams, į kurios gali sutilpti virš dvidešimties žmonių, pakelti reikia net 15000 kubinių metrų tūrio kupolų. Tačiau dažniausiai naudojami 2500 kubinių metrų tūrio kupolai, galintys pakelti 3-4 keleivių krepšį.

Parašiutas

Dažniausiai karšto oro išleidimui iš baliono naudojamos apskriti medžiagos gabalai – parašiutai. Parašiutas viršuje pritvirtintas virvėmis, kurios visos pasitraukia ir parašiuto kraštai 'atlimpa' nuo baliono, patraukus pagrindinę atidarymo virvę, kuri driekiasi baliono viduje iki pat krepšio. Kai kurie balionai turi ir šonines išleidimo angas - "posukio vožtuvai". Tokiu atveju pilotui patraukus vieną iš virvių, atsidaro viena iš angų ir balionas pradeda suktis prieš arba pagal laikrodžio rodyklę.

Degikliai

Degikliai sumaišo degias dujas su oru ir uždega šį mišinį. Liepsna nukreipiama į kupolą ir šildo viduje esantį orą. Dažniausiai naudojami du degikliai. Vienas degiklis turi pagrindinį ir pagalbinį (silpnesnį) vožtuvus. Aplink kiekvieną degiklį eina vamzdis, kuriuo teka skystos dujos ir taip šildomos. Vožtuvai būna arba reguliuojami ranka, arba užsidarantys automatiškai, vos pilotui atleidus rankenėlę. Degikliai sveria nuo 16 kg iki 45 kg.

Kuro saugyklos

Dažniausiai karšto oro balionuose naudojamos suskystintos dujos (propano ir butano mišinys), todėl kurui saugoti naudojami specialūs dujų balionai. Balionai gali būti gaminami iš aliuminio, nerūdijančio plieno arba titano, tačiau dėl mažos kainos dažniausiai renkamasi aliumininius balionus. Pilnas balionas gali sverti daugiau nei 20 kilogramų, jame gali būti daugiau nei 50 litrų suskystintų dujų.

Inventorius

Kiekvieno skrydžio metu pilotas privalo turėti: aukštimatį, dujų kiekio skaitiklį, karščiui atsparaus audeklo, gesintuvą, du ugnies šaltinius. Dažnai pilotas turi ir raciją, kad praneštų žemės komandai kur skrenda ir kur planuoja leistis.

Ankstyvieji oro balionai

Kinijos istorijoje yra žinomi nepilotuojami karšto oro balionai (vad. Kongming žibintas), kuriuos naudodavo kaip signalinius žiburius karo metu.

Pilotuojami oro balionai

Pirmas skrydis, pilotuojamas žmogaus, atliktas brolių Žozefo ir Etjeno Mongolfjė sukurtu balionu, Prancūzijoje. Brolių tėvai buvo popieriaus gamintojai ir jie pastebėjo, kad degančio popieriaus pelenai kyla aukštyn. Po eksperimentų su nepilotuojamais balionais ir bandymų su gyvūnais, 1783 m. spalio 19 d. pakilo ir žmogus, tačiau oficialiai skrydis buvo užfiksuotas mėnesiu vėliau. Karalius įsakė, kad pirmieji balioną išbandytų mirtininkai, bet jaunas fizikas, vardu Pilâtre de Rozier ir Marquis Francois d’Arlandes paprašė jiems suteikti garbės būti pirmiesiems. Pirmieji balionai buvo tiesiog drobės gabalai su pritvirtinta prie apačios rūkstančia „kepsnine“.

Balionai kare

Pirmą kartą karšto oro balionai karo tikslais buvo panaudoti JAV pilietinio karo metu. Sąjungininkų armija naudojo minkštus šilko balionus pripildytus dujų, konfederatų armija jiems priešinosi tvirtais, Montgolfier stiliaus balionais, pripildytais karštų dūmų.

Keliamoji jėga

Keliant oro temperatūrą kupole, oro tankis darosi mažesnis nei oro aplink kupolą tankis. Todėl kupolą veikia Archimedo jėga, kuri ir priverčia kupolą kilti. Keliamoji jėga labiausiai priklauso nuo oro kupolo ir aplink jį temperatūrų skirtumo. Dauguma pilotų nebando įkaitinti oro kupole iki maksimalios leidžiamos temperatūros (120 °C), kad nesutrumpintų kupolo gyvavimo trukmės. Paprastai iki pakeičiant kupolą nauju, juo skraidoma 400–500 valandų. Normaliomis sąlygomis vienam kilogramui pakelti reikia 3 kubinių metrų kupolo tūrio. Tiksli keliamoji galia priklauso nuo aplinkos temperatūros, slėgio, aukščio virš jūros lygio ir oro drėgnio.

Valdymas

Karšto oro balionas valdomas gana paprastai. Norint kilti į viršų pilotas atidaro propano vožtuvus, ir ugnis įšildo kupole esantį orą. Baliono viduje esančio oro tankis mažėja, todėl balionas kyla aukštyn. Kai pilotas atidaro parašiutą, karštas oras išeina iš kupolo, ir iš apačios įsiurbiamas šaltas, taigi kupole esantis oras atvėsta, jo tankis padidėja, ir balionas nebekyla aukštyn. Išleidus dar daugiau karšto oro, balionas pradeda leistis. Nors karšto oro balionas skrenda pavėjui, pilotas gali keisti skrydžio trajektoriją. Taip yra dėl to, kad skirtingame aukštyje vėjas pučia skirtingomis kryptimis, tačiau labai retai balionas grįžta į starto vietą.