Karšto oro balionas

Karšto oro balionas – oro balionas, skrendantis kaitinant balione esantį orą. Pirmoji žmones skraidinusi transporto priemonė. 1783 m. Prancūzijoje sukūrė broliai Mongolfjė. Pirmasis skrydis pilotuojamas žmonių (Pilâtre de Rozier ir Marquis d’Arlandes) įvyko 1783 m. lapkričio 21 d.

Skraidoma anksti ryte (1-2 valandos po saulėtekio) arba vėlai vakare (1-2 valandos prieš saulėlydį), kai nėra pavojingų vertikalių oro srovių.

Svarbiausios skrydžio sąlygos – geras matomumas, mažas vėjo greitis (<5 m/s) ir kritulių nebuvimas.

Paruošimas skrydžiui trunka 20-30 min. Paprastas balionas ramią dieną gali pakilti iš aikštelės ne didesnės nei teniso kortai. Iš pradžių kupolas pripučiamas šalto oro specialiais ventiliatoriais (tai trunka apie penkias minutes). Kai kupolas pakankamai išsipučia, pilotas pradeda šildyti orą degikliais, oras įšyla ir pakelia kupolą nuo žemės. Kai sulipa keleiviai, pilotas prikaitina orą iki tokios temperatūros, kad balionas būtų beveik plūdrus. Pilotui patikrinus visus prietaisus, žemės komanda atleidžia virves ir pilotas, įjungęs degiklius, pakelia balioną į orą.

Nusileidus žemės komanda supakuoja balioną per ~20 min.

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 orą, 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, milžiniškiems 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 suskystintos dujos, kurios tokiu būdu yra 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.

Bendra masė 
Pilnai sukomplektuotas vidutinio dydžio balionas sveria:

 kupolas – 113 kg;
 krepšys – 63,5 kg;
 degikliai – 22,5 kg;
 4 dujų balionai – 245 kg;
 4 keleiviai ir pilotas (5·70) – 350 kg;
 karštas oras kupole – 2800 kg.

Iš viso – 3594 kg.

Istorija

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.

Dabartis 
Šiuo metu karšto oro balionai naudojami daugiausiai poilsiui. Vien tik JAV šiuo metu yra apie 7500 karšto oro balionų.

Paprastai karšto oro balionai neskraido aukščiau negu 3 km, o skrydis trunka 1-2 valandas, tačiau apsirūpinę specialia įranga, pilotai gali pasiekti žymiai geresnių rezultatų.

2006 m. žiniomis rekordai pasiekti karšto oro balionais yra:

Bendra kategorija:
 Aukščio rekordas – 53 kilometrai (173882 pėdos), „JAXA“ (Japonija) pasiektas 2002-05-25;
 Nuotolio rekordas – 7671,91 km. Per Axel LINDSTRAND (JK) pasiektas 1991-01-15;
 Skrydžio trukmės rekordas – 50 val. 38 min. Michio KANDA (Japonija) pasiektas 1997-02-01;
 Lietuvos aukščio rekordas – 10064 m (AX-9 klasės karšto oro balionas). Autorius Vytautas Samarinas, pasiektas 2006-11-27;
 Lietuvos nuotolio rekordas – 334 km (AX-9 klasės karšto oro balionas). Autorius Vytautas Samarinas, pasiektas 2007-03-07.

Moterų kategorija:
 Aukščio rekordas – 10773 m. Heidrun PROSCH (Austrija) pasiektas 2002-08-19;
 Nuotolio rekordas – 736,79 km. Karen L. GOULD (JAV) pasiekatas 1994-02-19;
 Skrydžio trukmės rekordas – 19 val. 7 min. 55 s. Lindsay MUIR (JK) pasiektas 2000-05-21.

Skrydžio teorija

Keliamoji jėga 
Keliant oro temperatūrą kupole, jo tankis darosi mažesnis nei oro aplink kupolą. Todėl kupolą veikia Archimedo jėga, kuri ir priverčia kupolą kilti. Keliamoji jėga labiausiai priklauso nuo oro, esančio kupole ir oro 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. Norėdamas 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 oras, 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.

Vėlavimas 
Vienas iš svarbiausių aspektų skrendant karšto oro balionu yra vėlavimas. Uždegus degiklius, karštas oras ne iš karto pradeda kelti balioną. Jis kyla gana lėtai, nes turi išstumti šaltesnį orą, ir tik pasiekęs kupolo viršų pradeda kelti balioną. Tai užtrunka 30 ar net daugiau sekundžių, todėl pilotai turi iš anksto numatyti būsimus manevrus.

Orlaiviai

ang:Ballōn (lyftcræft)#Hātlyftballōn