BALÓNY Jana Kotková,Veronika Nováková 4. D, Gymnázium Na Vítězné pláni 1160, 140 00, Praha 4, šk. rok 2005/2006 Abstrakt. Detailní popis konstrukce balónů, historie a závodění. Co je to balón? Balóny patří k leteckým strojům lehčím než vzduch. Neznamená to, že by každá z jeho částí musela splňovat tuto podmínku, ale musí ji splňovat celá soustava balónu. Koš a výstroj, pilot i jeho svačina, pasažér i s fotografickým přístrojem, písek v jejich obuvi i drobné a mobilní telefony v jejich kapsách jsou předměty které, jsou-li volně vloženy do vzduchu, okamžitě přechází ve volný pád (jejich vysoká měrná hustota jim prostě neumožní létat). Aby balón mohl (letět) plout vzduchem, musí celá soustava dosáhnout nižší průměrné hustoty, než je hustota okolní atmosféry. Z tohoto důvodu připevňují aeronauté nad koš obří textilní vak naplněný plynem lehčím než okolní vzduch. Tento pytel nazýváme obal balónu. Od chvíle, kdy bratři Montgolfierové z papíru slepili svůj první balón, se vyzkoušelo mnoho plynů, které měly schopnost vynést koš s posádkou do výšin. Dnes víme, že jsou dvě základní cesty. První z nich je naplnit plášť plynem lehčím vzduchu. Pláště se plnily vodíkem či svítiplynem vespod důkladně zašpuntovaly. Takovéto balóny mohly překlenout značné vzdálenosti. Když klesaly, usypalo se něco písku a aeronauti mohli plouti vzduchem, dokud je jejich přirozené tělesné potřeby (rozuměj potřeba jíst a spát) nedonutily přistát. Měly nicméně několik nevýhod. Oba uvedené plyny velmi ochotně hoří a není tedy vůbec příjemné letět s několika tisíci kubíky potencionální třaskaviny nad hlavou. Šlo tedy o výhradně nekuřácké dopravní prostředky. Alternativou se ukázalo být netečné (inertní) helium, které nehoří o nic lépe než voda, ale plnění obalu heliem bylo rasantním útokem na portmonku letce. Vypustit po přistání tento vzácný plyn se nezdá být příliš hospodárné, ale málokdo disponuje dostatečnými prostory, aby mohl tak. Horkovzdušné balóny jsou zmiňovanou druhou cestou. Nebouchají a nikoho nemrzí ztráta pár tisíců hektolitrů teplého vzduchu. Jejich dolet je menší, protože vzduch je potřeba neustále ohřívat, a když už není čím, balón klesá a klesá. Ohřívací systém se skládá z několika plynových bomb a hořáku, který vypadá, jako předimenzovaný plynový vařič. Pilot řídí balón tím, že buď topí nebo netopí. Když se déle netopí, tak se sedá, klesá nebo padá, podle toho, kde jsme a jak moc se netopí. Stejně jako za Verneových dob, i dnes nastupují odvážní mužové do košů, aby pokořili výšiny a potykali si s ptactvem. Jsou to stále odvážní lidé a dovedou se podívat smrti v tvář. A když se snad stane, že jejich vzdušný stroj padá a už není čím topit, tito gentlemani jsou věrni svým rytířským tradicím a hrdinně opouští svůj padající vzdušný koráb jako poslední. Konstrukce Horkovzdušný balón se skládá ze tří základních částí: obal, koš a hořáky. Obal Hlavním dílem balónu je obal. Pro všechny obaly, mimo obalů zvláštních tvarů, je charakteristické použití přírodního tvaru v horní části a kuželového tvaru ve spodní části obalu. 11
Obal balónu se skládá z těchto základních dílů: 1. Plášť obalu. 2. Zařízení k vypouštění vzduchu. 3. Doplňky obalu. Plášť obalu Plášť obalu je ušit z neprodyšné polyesterové textilie. Přírodní tvar pláště je navržen tak, aby veškerá zatížení od hmoty koše přenášely svislé nosné lemovky. Textilie přenáší pouze horizontální síly od přetlaku. Plášť je sestaven z poledníků. Jednotlivé poledníky jsou sešity z textilních panelů. Tvar poledníku je proveden jako hladký nebo vyboulený. Pro hladký poledník (označován jako typ N ) je charakteristické, že je úzký, málo klenutý a nosná lemovka je našita jeho středem. Pro vyboulený poledník (typ O ) je charakteristické jeho viditelné vyboulení, větší šířka a nosná lemovka našitá v okrajích poledníku. Velikost vyboulenin obalu je stanovena tak, aby byly zajištěny dobré letové vlastnosti, dostatečná bezpečnost a životnost textilie. Svislé nosné lemovky vychází z korunového kruhu. V dolní části jsou zakončeny ocelovými lanky. Ke koši se připojují ocelovými karabinami se zámkem. Horizontální lemovky vyztužují všechny okraje a rozdělují velké plochy tak, aby se zabránilo vzniku a šíření velkých trhlin. Plášť obalu zvláštního tvaru je ušit z panelů tak, aby byl vytvořen požadovaný tvar. Síly od hmotnosti koše jsou přenášeny nosnými vertikálními lemovkami. Dle tvaru a umístění na obalu, jsou tyto lemovky našité do stěny pláště nebo spojené s pláštěm pomocí tvarovaných nosných žeber. Zařízení pro vypouštění vzduchu Pro vypouštění vzduchu během letu a po přistání je u obalů standardně používán paraventil nebo trhací pás, případně jejich kombinace. U balónů větších objemů je instalován systém rychlého vypouštění vzduchu, například Smart Vent. Paraventil je vratný systém pro kontrolované vypouštění vzduchu. Po naplnění obalu je paraventil vnitřním přetlakem přitlačen zevnitř na nosné lemovky vypouštěcího ústí, které těsně uzavírá. Paraventil se otevírá tahem za ovládací ventilové lano. Po uvolnění tohoto lana se vrací do původní uzavřené polohy. Trhací pás je částečně odnímatelný uzávěr vypouštěcího otvoru pro vypuštění vzduchu při přistávání. Před náhodným otevřením je chráněn jednou nebo více pojistkami a bezpečnostním uzávěrem. Trhací pás se otevírá tahem za ovládací lano. Po otevření již během letu nelze trhací pás znovu uzavřít. Rotační ventil slouží ke kontrolovanému natáčení balónu za letu. Otevřením ventilu uniká vzduch vzniklou štěrbinou a vytváří sílu potřebnou k natáčení obalu. Rotační ventil je ovládán pomocí ovládacích lan. Smart Vent pracuje na stejném principu jako paraventil avšak je doplněn o ovládání centrovacích šňůr sloužících k jeho složení směrem ke středu. Zvětšením vypouštěcího otvoru je umožněno rychlejší vypuštění vzduchu z obalu. Systém je vratný, pomocí ovládací šňůry je možno Smart Vent opět uzavřít. 12
Doplňky obalu Korunové lano je lano nebo popruh, připojený ke korunovému kruhu. Používá se k zajištění polohy obalu při startu a přistání (plnění a vypouštění obalu). Zástěrka (skůp) je trojúhelníková nebo kruhová plachta, zavěšená do poutek na ústí obalu. Zástěrka chrání plamen hořáku před účinkem větru. Přepravní brašna je ušita ve tvaru pytle a slouží k přepravě a uložení obalu. Balón typu N. Balón typu O. Balón zvláštního tvaru. Koš Nese a chrání osoby během letu a při přistání. Také nese láhve s palivem a výstroj. Koš se skládá z těchto základních dílů: Těleso koše 1. Těleso koše. 2. Nosná lana. 3. Podpěry hořáku. 4. Výstroj koše. Těleso koše je upleteno z rákosu. Dno koše je sestaveno z jasanového rámu a vodovzdorné překližky. Do proutěných stěn koše jsou, z důvodu ochrany nosných ocelových lan a zvýšení tuhosti tělesa, zapleteny trubkové výztuhy zakončené nádstavci pro nasunutí podpěr hořáku. Ve stěnách koše jsou otvory na provlečení poutacích řemenů pro uchycení palivových láhví. Ve stěnách jsou stupy pro usnadnění nastupování do koše. Horní okraj tělesa koše je vyztužen rámem z nerezových trubek a laminátových tyčí. Celý horní okraj je měkce očalouněn kůží. Spodní část koše je chráněna proti poškození silnou kůží. Na vnitřních stěnách koše jsou držadla z konopného lana používaná pro uvazování volných předmětů a pro držení posádky při přistání. Ve spodní části vnější strany jsou držadla usnadňující manipulaci s košem. 13
Nosná lana Nosná lana jsou vysoce pevná, ocelová lana s drátěnou duší. Jejich konce jsou zalisovány, nebo zapleteny do oka. Podpěry hořáku Podpěry hořáku jsou pružné tyče vyrobené z alkalického polyamidu, uchycené do kovových nádstavců koše. Podpěry jsou opatřeny měkkými koženými rukávy, které chrání posádku před zraněním, nosná lana a hadice hořáku před zachycením a poškozením při přistávání balónu. Výstroj koše Manévrovací lano, hasicí přístroj, hasicí rouška, lékárnička, šampaňské Hořák Těleso koše. Palivová láhev v koši. Zdrojem tepla je vysokotlaký, atmosférický, difuzní hořák, který je z důvodu bezpečnosti zálohován samostatně ovládaným tichým hořákem. Tyto spolu se zapalovacím hořákem tvoří hořákovou jednotku. Hořákové jednotky se sestavují do sad, podle typu balónu. Palivem pro horkovzdušné balóny je propan nebo propan-butan (LPG). Hořák se skládá s těchto dílů: 1. Hlavní letový hořák. 2. Zapalovací hořák. 3. Tichý hořák. 4. Rám hořáku. Hlavní letový hořák Do hlavního letového hořáku je přiváděno palivo z kapalné fáze vysokotlakou hadicí přes letový ventil do výparníku. Výparník je spirála vyrobená z bezešvých nerezových trubek. Odtud palivo, již jako plyn, prochází přes trysky do spalovacího prostoru, kde se difúzně směšuje se vzduchem a hoří. Zapálení hlavního hořáku je zajištěno stále hořícím zapalovacím hořákem. Před účinkem ohně a kondenzátu je posádka chráněna ochrannými kryty, které současně tvoří těleso hořáku. 14
Zapalovací hořák Zapalovací hořák je nízkotlaký atmosférický hořák, který spaluje plynnou fázi topného plynu z palivové láhve. Hadicí plynné fáze je plyn přiváděn přes uzavírací ventil (kulový kohout) do trysky zapalovacího hořáku. Tlak plynu je redukován stavitelným redukčním ventilem přímo na palivové láhvi nebo na vstupu do hadice. Plamen hořáku se zapaluje pomocí vestavěného piezozapalování nebo zápalkami. Tichý hořák Do tichého hořáku je kapalná fáze paliva přiváděna stejnou přívodní hadicí, jako do hlavního hořáku. Přes uzavírací kohout a trysku je kapalina vstřikována do spalovacího prostoru. Účinnost spalování a výkon je oproti hlavnímu hořáku snížen, ale intenzita hluku klesne asi na polovinu. Spektrum hluku se posune do oblasti nižších kmitočtů, které jsou člověkem i zvěří subjektivně vnímány mnohem lépe než vysoké. Tichý hořák slouží současně jako záložní v případě poruchy hlavního letového hořáku. Rám hořáku Rám hořáku je robustní trubková konstrukce z nerezové oceli, zachycující horizontální síly od nosných lanek obalu. V rámu hořáku je ve výkyvném uložení umožňujícím otáčení hořákem zavěšena sada hořákových jednotek. Rám hořáku se nasouvá na podpěry, nebo sklopné rámy koše. Láhve na palivo Zkapalněný plyn, potřebný pro provoz hořáku, je přepravován v tlakových palivových lahvích. Na láhvích jsou umístěny ventily (kohouty) pro odběr kapalné fáze i plynné fáze. Všechny ovládací prvky jsou umístěny tak, aby byly chráněny ochranným límcem. Láhve jsou vybaveny ukazatelem množství paliva v láhvi. Výstroj Pro provoz balónu je předepsaná tato výstroj: Teploměr vzduchu v obalu. Výškoměr. Variometr, ukazatel rychlosti stoupání a klesání. Palivoměr, alespoň na jedné hlavní láhvi. Tavná pojistka, oznamuje dosažení maximální přípustné teploty vzduchu v obalu. Veškerá výstroj musí být schválena pro použití v balónech! 15
Historie 1760 Zprávy o létání Víta Fučíka zvaného Kudlička v jižních Čechách. 5. června 1783 Bratři Montgolfierové vypustili veřejně první balón. Vzduch v balónu vysokém 12 metrů byl ohříván ohněm ze slámy a vlny. Balón se vznesl do výšky 2000 metrů. Všem horkovzdušným balónům se dnes říká montgolfiéra. 26. srpna 1783 Profesor Charles s bratry Robertsovými vypustil balón plněný vodíkem tzv. charliéru. Balón letěl 42 minut a po přistání byl zničen vesničany, jako ďáblovo dílo. 19. září 1783 Montgolfierové vypustili balón před králem Ludvíkem XVI. ve Versailles. Balón válcového tvaru mě 13 m v průměru a byl 18 m vysoký. Posádku balónu tvořili kohout, ovce a kachna. 21. listopadu 1783 První lidskou posádku balónu tvořili lékárník Pilatre de Rozier a markýz d'arlendes. V montgolfiéře vysoké 26 metrů a průměru 15 metrů letěli 25 minut. 18. března 1784 První montgolfiéra v Čechách byla vypuštěna učencem a cestovatelem Tadeášem Hankou. 7. ledna 1785 Pierre Blanchard a dr. Jeffers přelétli v charliéře kanál La Manche. Balón startoval v Doveru a přistál v Calais. 15. června 1785 Pilatre de Rozier a jeho druh Romain vzlétli v novém typu balónu. Balón byl kombinací vodíkového a horkovzdušného balónu tzv. roziéra. Ve výšce 400 m balón vzplanul a oba vzduchoplavci zahynuli. 1858 První letecký snímek pořídil přítel Julia Verna Gaspard Félix Toutnachon-Nadar. 1870 První vojenské využití balónů. Během pruského obklíčení Paříže se z obleženého města dopravovala pošta, kurýři, politici. Celkem odstartovalo 66 balónů a bylo dopraveno 164 osob, 381 poštovních holubů, 5 psů, a 10675 zásilek. 1878 Giffard instaloval na světové výstavě v Paříži upoutaný balón tentokrát o objemu 25 000 m 3. Tento 55 m vysoký balón uvezl až 50 cestujících do výšky 500 m. Této atrakce využilo 35 000 diváků. 25. května 1891 Na Jubilejní výstavě v Praze byl představen upoutaný balón Kysibelka a obsahu 2000 m 3. 16. června 1891 Balón Kysibelka byl vypuštěn. Bohužel se krátce po startu roztrhl a spadl, čtyřem cestujícím se naštěstí nic nestalo. 1900 Hrabě Zeppelin letěl nad Bodamským jezerem se vzducholodí tuhé konstrukce. 1900 Rozpadá se Česká společnost aeronautická. 1903 Kamnář Antonín Lipan založil Vzduchoplavecký klub, zakoupil balón a podnikl tři starty. 1905 František Hůlka si pořídil vlastní balón a uskutečnil čtyři lety. 1983 První vzlet horkovzdušného balónu české výroby, který vyšel z dílny Aviatik klubu v Brně u příležitosti dvoustého výročí první montgolfiéry. 16
Montgolfiéra. Charliéra. Sportovní létání - závod balónů Vždy se jedná o vícedenní akci, na které balóny soupeří o vítězství, případně o body do celoroční soutěže. Před každým letem se zúčastněné posádky sejdou na tzv. brífinku, kde jsou vyhlášeny discipliny pro tento let (během jednoho letu může být více disciplin) a meteorolog seznámí posádky s aktuální situací. Součástí zadání letu je kromě popisu disciplin i stanovená doba startu, tzv. startovní okno, místo startu, soutěžní prostor (oblast ve které se soutěží) a čas pro dokončení disciplin. Ke každé posádce je přidělen rozhodčí (observer), který sleduje posádku během letu a zapisuje všechny potřebné údaje (časy, místa, vzdálenosti, prohřešky proti pravidlům, ). Během letu pilot z balónu odhazuje markery (pruh látky široký 10 cm a dlouhý 170 cm s přítěží 70 g pytlík písku) a snaží se zasáhnout daný cíl. Cíle pro soutěže balónů jsou křižovatky silnic, nebo kříže vystavené rozhodčím (na poli, louce ). Pozici a vzdálenost markeru od cíle měří observer. Po skončení letu observer odevzdá hlavnímu rozhodčímu. V oficiálních pravidlech pro soutěže horkovzdušných balónů je celkem 18 disciplin, které může ředitel soutěže různě modifikovat. Pilotem zvolený cíl - před společným startem všech balónů oznámí pilot rozhodčímu cíl, který si sám vybral. Během letu se pak snaží odhodit marker co nejblíže tomuto cíli Rozhodčím určený cíl - podobné jako v předcházející disciplině. Tentokrát však cíl zadává rozhodčí Váhavý valčík - rozhodčí určí 3 cíle. Pilot si může, během letu, vybrat jakýkoliv z nich Let na cíl - Rozhodčí určí cíl a soutěžící si zvolí nejvýhodnější místo startu v soutěžní oblasti. Kromě určení cíle je rozhodčím zadána i minimální a maximální vzdálenost místa startu od cíle Pokračování v letu - outěžící si během letu zvolí další cíl. Definici cíle zapíše na marker použitý v předcházející disciplině Hon na lišku - soutěžící během letu pronásleduje lišku, nesoutěžní balón, a snaží se odhodit market co nejblíže místa jejího přistání Potopení lodi - obdoba honu na lištu. Tentokrát však soutěžící startuje na jiném místě než liška Loket - pilot se snaží vytyčit třemi body co nejmenší vrcholový úhel Nejmenší vzdálenost - ze společného místa startu se soutěžící snaží během daného času uletět co nejmenší vzdálenost od místa startu 17
Maximální vzdálenost - soutěžící se snaží v daném čase uletět co největší vzdálenost Další discipliny (Nejrychlejší odhoz, Gordon-Benetův memoriál, Klondike, Nejkratší let, Dvojitý odhoz minimální a maximální vzdálenost, Nejmenší vzdálenost v čase) jsou různými kombinacemi předcházejících disciplin, kdy některé cíle jsou aktivní pouze po určitou dobu, nebo je omezena soutěžní oblast ať již časem, nebo velikostí Vzlet balónu. Let balónu. 18