Heißluftballon

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Hintergrund

Ein Heißluftballon ist eine nicht poröse Hülle aus dünnem Material, die mit einem Hebegas gefüllt ist und eine schwebende Nutzlast in die Atmosphäre heben kann. Ballons steigen aufgrund der Luftverdrängung auf, wobei das Prinzip angewendet wird, dass der gesamte Auftrieb nach oben gleich dem Gewicht der verdrängten Luft ist.

Im Laufe der Geschichte wurden Ballonhüllen aus Papier, Gummi, Stoff und verschiedenen Kunststoffen hergestellt. Auch die Formen von Ballons haben sich im Laufe der Zeit verändert, aber heute sind die gebräuchlichsten Kugeln, abgeflachte Sphäroide und aerodynamische Konfigurationen. Auch das Heben von Gasen hat sich verändert. Die heute am häufigsten verwendeten Gase sind Helium, Wasserstoff und erhitzte Luft.

Verlauf

Im späten 18. Jahrhundert leisteten Joseph und Jacques Montgolfier Pionierarbeit beim Heißluftballonfahren in Frankreich. 1782 entdeckten sie, dass erhitzte Luft in einem leichten Beutel diese aufsteigen ließ. 1783 demonstrierten sie ihre Entdeckung öffentlich in Annonay, Frankreich. Einige Monate später wiederholten sie das Experiment in Versailles und schickten diesmal ein Schaf, einen Hahn und eine Ente als Passagiere.

Der erste bemannte Ballonflug fand am 21. November 1783 in Paris, Frankreich, statt. Koordiniert von den Mongolfier-Brüdern wurden Pilatre de Rozier und der Marquis Francois Laurent d'Arlandes in einem Ballon aus Papier und Leinen in die Luft geschossen. Für das Hebegas wurden Rauch und erhitzte Luft verwendet.

Frühe Ballons wurden in Krieg und Sport verwendet. Im neunzehnten Jahrhundert wurde der Ballon für den Einsatz im Krieg geschliffen, um hinter feindlichen Linien zu spionieren. Friedenszeiten umfassten die Aufnahme der frühesten Luftaufnahmen. Diese Ballons waren nützlich, aber sie waren nicht lenkbar. Ernsthafte wissenschaftliche Ballonexperimente begannen erst Ende des 20. Jahrhunderts.

Zwischen 1934 und 1961 führten bemannte Ballonflüge Forschungen in der Stratosphäre [der Atmosphäre 9,7-24,14 km über der Erdoberfläche] durch. Druckkapseln ermöglichten es den Besatzungen, bis zu 30 km weit zu fliegen. 1961 machte das Aufkommen der Raumfahrt viele dieser Experimente obsolet.

Seit den frühen 1960er Jahren wird der Heißluftballon als Freiballon (also in die Atmosphäre entlassen) verwendet, um Menschen sportlich in die Höhe zu befördern. In den 1970er Jahren stieg der Verkauf von Heißluftballons durch die Verbraucher, und 1973 wurden die ersten Weltmeisterschaften in den Vereinigten Staaten abgehalten. Heutzutage gibt es verschiedene Ballonfahrten auf der ganzen Welt, aber das Hauptziel der meisten ernsthaften Ballonfahrer ist es, Rekorde zu machen und zu brechen.

Andere derzeit verwendete Ballontypen umfassen den meteorologischen Ballon, den Nulldruckballon, den Überdruckballon (ein Ballon mit konstantem Niveau), den militärischen Fesselballon und den angetriebenen Ballon.

Modernes Heißluftballonfahren

Heutzutage bestehen Heißluftballons aus zwei Hauptteilen, der Hülle (oder Gassack) und dem Korb. Der Gassack ist normalerweise kugelförmig und aus einem nicht dehnbaren Material aufgebaut. Die erhitzte Luft, die den Ballon anhebt, kommt von einem Kohlenwasserstoff-Gasbrenner, der über dem Korb angebracht ist.

Der Korb (auch Gondel genannt) trägt die Passagiere. Der Hub wird durch Einstellen der Brenngeschwindigkeit des Gases gesteuert. An einem Ventil oben am Ballon ist ein Seil befestigt, damit die Passagiere den Abstieg kontrollieren können. Eine Reißleine und ein Reißpaneel ermöglichen die schnelle Freisetzung von Gas bei der Landung, um das Schleppen der Last beim Aufprall zu verhindern.

Ballons können nur so weit in die Atmosphäre gelangen. Die derzeitige Grenze für praktische Ballonfahrten beträgt 55 km.

Einer der interessantesten Aspekte beim Heißluftballonfahren ist das Aufblasen des Heißluftballons. Unter normalen Bedingungen kann ein Vier-Mann-Ballon mit einer Besatzung von vier bis fünf Personen aufgeblasen und gestartet werden. Um ein so großes Objekt aufzublasen, wird viel Platz benötigt. Der Korb wird auf die Seite gelegt. Die Hülle wird mit dem Korb verbunden und über den Boden ausgebreitet. Ein paar Besatzungsmitglieder halten die Mündung des Ballons offen und während ein Ventilator einen Ballon teilweise mit kalter Luft aufbläst.

Der Pilot des Ballons betritt die Hülle zu diesem Zeitpunkt, um vor dem Flug erste Kontrollen der Betriebsleinen, der Takelage, der Rollen, der Velcro™-Lasche, der Flugdrähte, des Fallschirms und des Stoffes der Hülle durchzuführen.

Ein Brennstofftank wird verwendet, wenn der Brenner eingeschaltet ist. Ein Schwall eingeschlossener Luft dringt in die Hülle ein. Der Mund neigt dazu, sich wegen der Hektik dahinter zu schließen. Es dauert etwa 60 Sekunden, um einen Ballon mit 20.000 Kubikfuß (6.096 Kubikmeter) zu füllen. Wenn sich der Umschlag füllt, ragt er über den Korb.

Die Besatzung, die sich um die Krone des Ballons kümmert, hält ihn stabil gegen den Wind und verhindert, dass er von einer Seite zur anderen rollt. Wenn der Auftrieb zunimmt, geht die Crew die Kronenlinie zum Korb.

Nachdem das Aufpumpen abgeschlossen ist, kommen der Pilot und die Passagiere an Bord, um letzte Kontrollen durchzuführen. Der Ballon heizt weiter, bis der Ballon "leicht" wird (bereit zum Abheben).

Rohstoffe

Umschlag

Briefumschläge gleichen ihre Ladung mit Lastbändern oder -schnüren aus. Amerikaner bevorzugen einen schweren Stoff, um die Last zu teilen. Ihre europäischen Pendants bevorzugen leichtere Stoffe und gleichen diese mit mehr Lastbandstrukturen aus.

Der Stoff wird aus zwei Arten von Garnen gewebt, Nylon und Dacron (Polyester). Beides hat Vor- und Nachteile. Nylon ist leichter und stärker, aber Dacron hält höheren Temperaturen stand. Der gewebte Stoff ist eigentlich eine Netzstruktur, die Luft durchlässt. Die meisten Stoffe haben eine Zugfestigkeit von 40-100 lb (18,16-45,4 kg) pro inch breitem Streifen.

Um die Luft einzuschließen, wird das Gewebe mit einem Dichtmittel beschichtet. Am gebräuchlichsten ist Polyurethan, plus Zusätze wie Neopren (synthetischer Gummi) oder Silikon und ein UV-Inhibitor, um die Beschichtung vor dem Zerfall durch die Sonne zu schützen. Die Anzahl der Schichten wird durch Luftdichtheit und Materialzerbrechlichkeit bestimmt.

Zwei weitere wichtige Teile der Hülle sind der Fallschirm und die Aufreißplatte, die beide helfen, den Ballon zu kontrollieren, insbesondere beim Abstieg. Der Fallschirm ist ausfallsicher und hat sich daher zur dominierenden Steuerung entwickelt. Es besteht aus einem Stoff ähnlich dem Umschlag. Das Reißpaneel ist mit Velcro™ versiegelt und hat eine zweite Öffnung, die als Belüftung bezeichnet wird und ebenfalls aus einem ähnlichen Stoff wie der Umschlag besteht.

Ein Netz stützt den Korb und verteilt das Gewicht des Korbes gleichmäßig über den Ballon.

Warenkorb

Der Körper des Korbes besteht normalerweise aus Rattan und Weide, die miteinander verflochten sind. Der Boden kann aus Sperrholz bestehen. Die Ränder des Korbes sind üblicherweise in Leder, Wildleder oder Rohhaut gebunden. Edelstahldrähte und/oder aufrechte starre Stützen befestigen den Korb am Brennerrahmen. Einige Hersteller hängen den Korb an einem Lastring auf, der selbst an der Hülle aufgehängt ist. Dieser Ladering kann auch als Rahmen für den Brenner dienen.

Brenner

Der Brenner ist ein einzelner Propanbrenner, der von zwei oder mehr Brennstofftanks angetrieben wird. Die Brennstofftanks sind mit einer festen Schlauchkupplung mit dem Brenner verbunden. Alle Brenner sind konstant brennende Pilotflammen.

Es gibt ein paar Komponenten für den Brenner. Das Flüssigkeitsventil regelt die Brennstoffverbrauch des Brenners. Das Manometer zeigt den Gasdruck beim Eintritt in die Brennerspule an und zeigt die verfügbare Leistung an. Die Kontrolllampe verbrennt den Dampf von der Oberseite des Tanks. Das verdampfte Propan tritt durch Düsen aus, die eine Flamme mit fettem Boden und langer Spitze erzeugen. Die Verdampferschlange aus Edelstahl leitet das Propan weiter, um Wärme zu erzeugen.

Design

Umschlag

Umschläge sind so konzipiert, dass sie die Stoffspannung reduzieren, indem sie einen leicht gebogenen Streifen erzeugen (die Teilbahnen, die zusammengenäht werden, um den Umschlag zu bilden). Gekrümmte Zwickel sind in der Mitte länger als an ihren Enden. Es gibt drei Haupttypen von Gores:vertikal, horizontal und diagonal. Diagonalplatten sind am wirtschaftlichsten, da sie am wenigsten Stoff verschwenden. Viele Gores sind computerentworfen.

Es gibt zwei vorherrschende Ballonformen:Tropfen und rund. Die Träne kann mit weniger Energie schneller klettern, aber der runde Ballon verwendet weniger Stoff und hat dadurch weniger Oberfläche zum Erhitzen. Ein Umschlag kann mit 400 Flugstunden rechnen.

Warenkorb

Körbe sind seit dem 18. Jahrhundert im Wesentlichen gleich geblieben. Sie bestehen aus Korbgeflecht und sind quadratisch. Sie biegen sich beim Aufprall. In den frühen 1970er Jahren stellte ein Unternehmen eine Gondel aus Aluminium und Glasfaser her, die jedoch bei harten Landungen zerbrach. Die andere große Änderung ist ein dreieckiger Korb, der einige Innovationen bei der Platzierung der Instrumententafel ermöglichte. Körbe halten etwa 800 Flugstunden.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Umschlag

• 1 Bei der Umschlagkonstruktion werden im Wesentlichen die Zwickel zusammengenäht. Ob per Hand- oder Industrienähmaschine, es gibt drei Stiche. Die Doppelüberlappungsnaht verfügt über zwei Reihen paralleler Nähte entlang der umgelegten Stoffnaht. Die von den Herstellern wegen ihrer Stärke und Leichtigkeit bevorzugte Naht weist etwa acht Stiche pro Zoll (3 pro cm) auf. Einige Hersteller verwenden eine Flachnaht (gerade parallele Naht hält zwei Stoffstücke zusammen) und die Zickzacknaht (Zickzack-Parallelnaht mit einer doppelten Stoffüberlappung). Die Lastbänder und -schnüre sind ebenfalls eingenäht.
• 2 Nachdem der Umschlag geheftet ist, wird er beschichtet. Die Beschichtung wird mechanisch und unter Druck aufgetragen.
• 3 Soll der Umschlag schließlich zu Werbezwecken verwendet werden, wird eine Applikation mit einem Slogan oder Namen angebracht. Es kann mit Acryl-Sprühfarbe aufgetragen werden, oder es können fertige Klebebuchstaben oder Banner angebracht werden. Wenn das Kunstwerk groß ist, kann es in den Umschlag selbst eingenäht werden, indem es direkt in die Zwickel geschnitten wird. Dies kann ein komplexer und anspruchsvoller Prozess sein.

Warenkorb

• 4 Körbe werden mit der Basis zuerst hergestellt. Auf dem Sperrholzsockel mit Kufen wird ein Rohrrahmen mit einem Durchmesser von bis zu 2,5 cm aufgebaut. An der Ecke umschließt der Rahmen Edelstahldrähte und Lastrahmen. Um den Rahmen herum ist Rattan oder Weide gewebt. Im Korbkörper sind Löcher für Flaschengurte belassen. Der fertige Korb ist mit Lack beschichtet, um seine Form zu erhalten und den Stock zusammenzusetzen. Abschließend werden die Kanten mit eingenähtem Rohleder, Leder oder Wildleder geschützt. Das Instrument/Armaturenbrett ist ebenso integriert wie die Propantanks für die Brennereinheit.

Brenner

• 5 Viele Ballonhersteller lagern diese Komponenten aus und montieren sie nach dem Zusammenfügen der anderen Teile zwischen Korb und Hülle.

Die Zukunft

Es wird weiterhin Innovationen geben, die es Heißluftballons ermöglichen, über einen längeren Zeitraum höher und unter mehr Kontrolle zu fliegen. Viele der Innovationen konzentrieren sich auf die Verbesserung des Brenners und des Entleerungssystems.