熱氣球
航空器專題 | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 單純利用空氣浮力（浮升器） | ||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
| 空氣浮力和空氣動力混合 | ||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
| 單純利用空氣動力 | ||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
| 其他 | ||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
熱氣球（英語：hot air balloon）是娛樂性航空器的一種，它配備有用來填充氣體的袋狀物，當充入氣體的密度小於其周圍的環境的氣體密度，且由此壓力差產生的靜浮力大於氣球本身與其搭載物的重量時熱氣球就可浮升。熱氣球作為一種娛樂性交通工具可用來運載觀測儀器和遊客，只裝載設備的無載人氣球經常用於對高空大氣環境的科學研究，有時也用於測定射線。另外，用作娛樂性熱氣球的例子有海洋公園。
歷史
[編輯]
古代和無人氣球
[編輯]無法載人的熱氣球最早出現在中國三國時期，由諸葛亮發明，稱為天燈或孔明燈，被用來傳達軍事信號。學者李約瑟指出，1241年蒙古人在李格尼茲戰役中也使用過龍形天燈傳遞信號。
現代熱氣球
[編輯]1783年，法國造紙商孟格菲兄弟在歐洲運用相同原理而發明了熱氣球。他們受碎紙屑在火爐中不斷升起的啟發，用紙袋把熱氣聚集起來做實驗，使紙袋能夠隨著氣流不斷上升。1783年6月4日，孟格菲兄弟在里昂安諾內廣場做公開表演，一個圓周為110英尺的模擬氣球升起，飄然飛行了1.5英里。同年9月19日，在凡爾賽宮前，孟格菲兄弟為國王、王后、宮庭大臣及13萬巴黎市民進行了熱氣球的升空表演，並首次將生物放到熱氣球上，首批熱氣球的乘客是一隻公雞、一隻鴨和一頭綿羊[1][2]，之所以選擇這三種動物，是因為綿羊的生理狀態與人類近似，鴨子能夠飛行，而非高海拔生物的公雞則做為對照組[1]。同年11月21日下午，讓-弗朗索瓦·皮拉特爾·德·羅齊耶使用孟格菲兄弟的氣球在犬舍城堡進行了史上第一次載人空中航行，熱氣球飛行了25分鐘，在飛越半個巴黎之後降落在義大利廣場附近。這次飛行比萊特兄弟的飛機飛行早了整整120年。在充氣氣球方面，法國的羅伯特兄弟是最先乘充滿氫氣的氣球飛上天空的。
第二次世界大戰以後，高科技使球皮材料以及致熱燃料得到普及，熱氣球成為不受地點約束、操作簡單而方便的公眾體育項目。1978年8月11日至17日，「雙鷹3號」成功飛越了大西洋，而在1981年它又成功跨越太平洋。
1980年代西方的熱氣球被引入中國。
今天，熱氣球作為一個體育項目正日趨普及，它曾創造上升34668公尺高的記錄。
 
|
| 圖中顯示了早期的熱氣球樣貌 |
原理
[編輯]
作為航空器的氣球可分為熱氣球和充氣氣球兩類。兩者原理相同：「使氣囊內的氣體密度小於氣囊外的空氣密度，藉此產生浮力；當浮力大於氣球及負載的物體兩者合起來之總重量時，氣球就可以向上飛行。」
更仔細地看，熱氣球是藉由：「調控熱氣球上的加熱器，以調整氣囊中的空氣溫度，造成氣囊內空氣密度變化。經由氣囊密度變化，也使熱氣球整體（包括氣囊、籃子、在熱氣球上所有的物品，以及乘客）的密度發生改變，從而達到控制氣球升降的目的。」當氣囊內的空氣溫度愈高時，氣囊內氣體的密度就愈小。當密度小到一定程度，此時浮力大過熱氣球總重，就能使熱氣球向上升空；當氣囊內的空氣溫度漸漸降低時，氣囊內氣體的密度就漸漸變大。當密度大到一定程度，此時浮力小於熱氣球及其上負載物的總重量，滯留於空中的熱氣球便會緩緩降落。
控制熱氣球升降，主要是比較熱氣球整體的密度與外界空氣密度的大小。而透過調整氣囊，就能進而改變熱氣球整體的密度。至於在調整氣囊密度的過程中會有的空氣聚集或散出，這些空氣變化的重量相對於熱氣球的重量來說可以忽略不計。
飛行用的充氣氣球藉由調整氣囊內的外界空氣比例，改變氣囊內氣體密度，來控制氣球升降；必要的時候，還可採用拋棄壓艙物的方法，減輕氣球的載重，讓氣球獲得更多向上的力量，而不致下降。
安全問題
[編輯]
熱氣球慢起慢落，一般相信是安全的，除非超載。但加熱器與其傳送氣體燃料的管線仍需定時保養，並告知遊客與相關操作人員避免拉扯管線，以避免發生氣體燃料洩漏。
雖然熱氣球大多做為休閒娛樂用途，極少做為商業航線航班，但大多數國家將其列入民用航空器管理，需註冊取得航空器註冊編號且獲得適航證明後才可升空飛行。
結構
[編輯]
氣球一般不附帶推進裝置，主體為氣囊，在氣囊下方通常懸掛吊籃或吊艙。[3]附帶動力機構的則被稱作熱氣飛艇。
材質
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ 1.0 1.1 Gillispie, CC. The Montgolfier brothers and the invention of aviation 1783-1784. Princeton University Press. 1983. ISBN 978-0-691-08321-6.
- ^ Beischer, DE; Fregly, AR. Animals and man in space. A chronology and annotated bibliography through the year 1960.. US Naval School of Aviation Medicine. 1962,. ONR TR ACR-64 (AD0272581): 11 [2011-06-14]. （原始內容存檔於2015-08-11）.
On Sept. 19, 1785 a balloon launched a sheep, a cock, and a duck to an altitude of 1500 ft and returned them to earth unharmed from the world's first successful air-passenger flight.
- ^ ,謝礎, 賈玉紅, 黃俊, 吳永康. 航空航天技术概论（第2版）. 北京航空航天大學出版社. 2008: 4. ISBN 978-7-81124-428-1.
