有動(dòng)力機(jī)無明火熱氣球的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬飛行器領(lǐng)域，具體涉及一種帶有動(dòng)力裝置及無明火的熱氣球。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，由球囊、吊籃和加熱裝置構(gòu)成的熱氣球。球囊多由強(qiáng)化尼龍或滌綸制成?？紤]彈性和韌性，吊籃仍由藤條編織而成。加熱裝置通常使用丙烷或液化石油氣為燃料的燃燒器(噴燈)。氣瓶(燃料罐)固定在吊籃內(nèi)。一只熱氣球通常載運(yùn)20公斤的液體燃料。熱氣球飛行機(jī)理是燃燒器使球囊內(nèi)空氣升溫，加劇分子熱運(yùn)動(dòng)，降低密度(接近地面的空氣，溫度在100° C時(shí)，密度約為0.95kg/m3，是空氣的1/1.3)。在球囊內(nèi)外等壓的情況下，環(huán)境空氣對(duì)球囊的浮力大于球囊內(nèi)空氣重量，形成上升力。當(dāng)球囊、球囊內(nèi)的熱空氣、吊籃總重小于球環(huán)境空氣對(duì)球囊的浮力時(shí)，熱氣球起升?，F(xiàn)代熱氣球在吊籃中安裝有簡(jiǎn)單的飛行儀表(高度計(jì)、升降速度表、球囊內(nèi)空氣溫度計(jì))。熱氣球從地面升空時(shí)，先點(diǎn)燃噴燈，將空氣加熱后從氣囊底部開口處充入氣囊。升空飛行后，通過控制噴燈火焰大小操縱氣球的上升或下降。熱氣球是出現(xiàn)最早及制造、使用成本最低的飛行器，現(xiàn)今乘熱氣球飛行已成為人們喜愛的一種航空體育、游樂運(yùn)動(dòng)。也常用于航空攝影和氣象、地質(zhì)等科研活動(dòng)。
[0003]國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)(FAI)下屬的氣球理事會(huì)(CIA)根據(jù)填充的氣體不同，把氣球分成四類:
[0004]AA型:填充比空氣輕的氣體如氫氣或氦氣，氣囊不密閉，沒有加熱裝置；
[0005]AX型:氣囊中填充空氣，通過裝置對(duì)空氣加熱，使之變輕獲得升力，又被稱為熱氣球；
[0006]AM型:既填充“輕氣”(如氫氣或氦氣)，又具有加熱裝置的氣球，又被稱為羅澤(Rozier)氣球；
[0007]AS型:填充“輕氣”(如氫氣或氦氣)，氣囊密閉，由于高度可通過充氣量控制，用于科學(xué)研究。
[0008]標(biāo)準(zhǔn)的熱氣球的體積分為幾個(gè)級(jí)別:七級(jí)球體積為2000—2400立方米;八級(jí)球體積為2400-3000立方米;九級(jí)球體積為3000—4000立方米;十級(jí)球體積為4000—6000立方米。
[0009]熱氣球雖然有升空、飛行的功能，但和其他飛行器相比，缺點(diǎn)是明顯的。
[0010]1、完全靠自然動(dòng)力，飛行中可控性差。
[0011]熱氣球的唯一飛行動(dòng)力是風(fēng)。對(duì)于環(huán)球飛行的熱氣球來說，必須選擇速度和方向都合適的高空氣流，并隨之運(yùn)動(dòng)，才能高效地完成飛行。由于風(fēng)在不同的高度有不同的方向和速度，駕駛員可以根據(jù)飛行需要的方向選擇適當(dāng)?shù)母叨?。熱氣球本身沒有動(dòng)力系統(tǒng)，飛行速度完全取決于風(fēng)速。以往的熱氣球，最大下降速度控制在6米/秒，最大上升速度控制在5米/秒。一天中太陽(yáng)剛剛升起時(shí)或太陽(yáng)下山前一、二個(gè)小時(shí)，氣流也很穩(wěn)定，是熱氣球飛行的最佳時(shí)間。一只熱氣球通常攜帶足夠的石油液化氣或丙烷能持續(xù)飛行兩個(gè)小時(shí)。氣溫、風(fēng)速、吊籃重量(包括乘客)和在當(dāng)天飛行的時(shí)間點(diǎn)等因素，對(duì)飛行的執(zhí)續(xù)時(shí)間有較明顯的影響。由于熱氣球隨風(fēng)飄蕩，很難折返飛回出發(fā)地點(diǎn)，需地勤人員駕駛卡車或小貨車跟隨飄飛的氣球，預(yù)先到達(dá)降落點(diǎn)。以協(xié)助恢復(fù)氣球的收疊狀態(tài)和轉(zhuǎn)運(yùn)。一只熱氣球飄飛需要3至IJ4個(gè)地勤人員和地面無線電設(shè)備的服務(wù)，以確保飛行的安全、成功。
[0012]2、使用明火，存在安全隱患，易引發(fā)火災(zāi)導(dǎo)致嚴(yán)重事故。
[0013]熱氣球的飛行事故不罕見，而且多因火災(zāi)引起。例如2013年2月26日，埃及開羅，夕卜國(guó)游客乘坐的一個(gè)熱氣球在古城盧克索附近墜毀，造成至少19名外國(guó)游客喪生。該熱氣球著火并發(fā)生了爆炸，墜入甘蔗田。盧克索緊急救護(hù)中心負(fù)責(zé)人披露，此次事故共造成18人死亡，其中包括9名中國(guó)香港游客，另有4名日本人、2名英國(guó)人、2名法國(guó)人和I名埃及導(dǎo)游遇難。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0014]本實(shí)用新型的目的是提供一種有動(dòng)力機(jī)無明火熱氣球，克服現(xiàn)有熱氣球存在的上述不足。
[0015]本實(shí)用新型的包括現(xiàn)有熱氣球的球囊、通過吊索連接球囊的吊籃，所作的改進(jìn)是:在吊籃上通過裝配架安裝內(nèi)燃機(jī)，在內(nèi)燃機(jī)朝向水平方向的動(dòng)力輸出軸上安裝螺旋槳、在吊籃上安裝方向舵，在球囊內(nèi)安裝連通內(nèi)燃機(jī)排氣口的換熱器，以上為本實(shí)用新型的基本方案。
[0016]為使本實(shí)用新型熱氣球升降時(shí)能從螺旋槳得到動(dòng)力，本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)是:內(nèi)燃機(jī)裝配架通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸及定位鎖定卡件安裝在吊籃上的軸座上，在裝配架上有一根或一組轉(zhuǎn)動(dòng)手扳桿。裝配架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與安裝在裝配架上的內(nèi)燃機(jī)排氣口同軸心，內(nèi)燃機(jī)排氣孔處的排氣管上有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)接頭。為減少飛行中球囊內(nèi)熱空氣逸出損失，球囊下端充氣進(jìn)口設(shè)封閉門。
[0017]為提高球囊中空氣與內(nèi)燃機(jī)排氣余熱換熱器的換熱效率，換熱器優(yōu)選排管及排管上分布散熱片的結(jié)構(gòu)，在換熱器下面裝有以內(nèi)燃機(jī)電瓶為動(dòng)力源的增強(qiáng)散熱電風(fēng)扇。
[0018]為和增設(shè)內(nèi)燃機(jī)后的整體熱氣球相應(yīng)，本實(shí)用新型以吊艙替代現(xiàn)有熱氣球的吊籃。內(nèi)燃機(jī)通過裝配架安裝在吊艙上。
[0019]為降低吊艙接觸地面時(shí)與地面間的阻力，在吊艙下端安裝輪式起落架。
[0020]本實(shí)用新型是基于
[0021]1、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的AX—7級(jí)的熱氣球，它的球囊體積為2180立方米(77000立方英尺)，在海平面氣溫15°C時(shí)，該球囊內(nèi)空氣總質(zhì)量為2670公斤。燃燒器將球囊內(nèi)空氣加溫時(shí)，囊內(nèi)空氣膨脹，密度變小，膨脹后多余的空氣從氣球底口排出。囊內(nèi)2180立方米的熱空氣達(dá)到100°C時(shí)，質(zhì)量變?yōu)?070公斤，比相同體積的冷空氣(15°C)輕了600公斤，此時(shí)氣球產(chǎn)生了600公斤的升力。如果氣球飛行總質(zhì)量小于600公斤，氣球就可以上升了。
[0022]若熱氣球A充滿時(shí)體積為2000m3，空氣密度約1.25kg/m3、重力加速度g=10m/s2，則浮力約為25000N，若燃燒器以一定功率加熱25min(1500s)可以使氣球上升到1000m，通過這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出加熱器功率約16.7kW。
[0023]2、目前內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)效率只有30%多，不到40%，也就是說燃油消耗中只有30%多轉(zhuǎn)化成了動(dòng)力，而大部分的油耗浪費(fèi)了，轉(zhuǎn)化成了廢熱排掉了，廢熱約占油耗的40%，油耗的的功率比實(shí)際有用的功率還大，也就是說如果發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是30kW，那么廢熱的功率就是40kW。這個(gè)功率比一般燃燒器的功率大的多。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門排放的廢氣溫度約500-600度。以眾所周知的JETTA車為例，發(fā)動(dòng)機(jī)4缸，排量為1.6L，功率為60kW，廢熱功率為80kW，由此可以理論上推算，每一缸(0.4L)廢熱量為20kW，比16.7kW要大，可以滿足加熱熱氣球的熱量需求。以此推斷，0.4-0.6L的微型發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢熱比2000m3熱氣球A燃燒器產(chǎn)生的熱量大，可以滿足熱氣球升空需要。
[0024]使用過程中，先用鼓風(fēng)機(jī)鼓起后，將進(jìn)氣閥封閉。將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣熱量流經(jīng)過位于球囊內(nèi)部的廢熱散熱器，球囊內(nèi)部空氣逐漸受熱，產(chǎn)生浮力，當(dāng)浮力足夠時(shí)，將螺旋槳調(diào)向下，產(chǎn)生向上的推力，可以使氣球迅速升空。到達(dá)足夠的高度時(shí)，在調(diào)整螺旋槳朝向水平方向，產(chǎn)生水平飛行及偏航推力，加速或偏離風(fēng)向飛行。不需要加熱時(shí)，控制排氣通道切換開關(guān)，把發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱排氣直接排放到空氣中，不經(jīng)過球囊內(nèi)部的散熱器，停止加熱或打開放氣閥，都可以控制氣球下降，著陸時(shí)，再次調(diào)整螺旋槳朝向下，產(chǎn)生向上的推力，加上起落架的緩沖和減震，使系統(tǒng)平穩(wěn)落地。
[0025]本實(shí)用新型的積極效果是:
[0026]增設(shè)了內(nèi)燃機(jī)及螺旋槳，使熱氣球從自身配置的動(dòng)力機(jī)獲得水平方向推力。和現(xiàn)有的熱氣球相比，顯著提高平向飛行速度、延長(zhǎng)飛行距離。飛行方向不再局限于只能順風(fēng)，可一定程度上偏離風(fēng)向選擇航向，將動(dòng)力機(jī)的作用力調(diào)整為豎向時(shí)，改變了升、降力的組成，擴(kuò)大了升降速度的調(diào)整幅度，使熱氣球的使用性能得到全面改善。為科考、體育活動(dòng)、飛行游樂提供了靈活、機(jī)動(dòng)的飛行器，以熱氣球的結(jié)構(gòu)得到接近飛艇的使用功能。造價(jià)卻只有飛艇的1/70—1/60。與飛艇相比，停飛時(shí)可放氣折疊收攏，不用考慮放掉輕質(zhì)氣體(氦氣)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失，儲(chǔ)、運(yùn)占用空間小，對(duì)庫(kù)房和車輛無超常要求。
[0027]通過與內(nèi)燃機(jī)排氣熱交換的換熱器升溫球囊內(nèi)的空氣，替代了現(xiàn)有熱氣球的開口，明火加熱升溫，消除了火焰導(dǎo)致熱氣球失火或爆炸等重大事故隱患，顯著提高安全性。
【附圖說明】
[0028]附圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]參閱圖1，本實(shí)用新型熱氣球包括尼龍材質(zhì)球囊2，用吊索懸吊在球囊下端的木質(zhì)、樹脂或輕金屬吊艙8 ο球囊2的上端有調(diào)控放氣閥I，球囊下端有充氣閥門4 ο通過裝配架對(duì)稱安裝在吊艙8上端兩側(cè)的兩部?jī)?nèi)燃機(jī)6 ο內(nèi)燃機(jī)裝配架通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸及定位鎖定卡件安裝在吊倉(cāng)上的軸座上。在裝配架上有一根或一組轉(zhuǎn)動(dòng)手扳桿。裝配架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與安裝在裝配架上的內(nèi)燃機(jī)排氣口同軸心，內(nèi)燃機(jī)排氣孔處有兩側(cè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)接頭(如由內(nèi)、外管雙層管相互插套所構(gòu)成)。在內(nèi)燃機(jī)6動(dòng)力輸出軸上安裝螺旋槳7。在球囊內(nèi)安裝連通內(nèi)燃機(jī)6排氣口的排管葉片式換熱器3。在換熱器下面裝有以內(nèi)燃機(jī)電瓶為動(dòng)力源的增強(qiáng)散熱電風(fēng)扇。在內(nèi)燃機(jī)6和換熱器之間的氣路上安裝切換開關(guān)5 ο在吊艙8下端安裝起落架9。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.有動(dòng)力機(jī)無明火熱氣球，包括球囊、通過吊索連接球囊的吊籃，其特征是:在吊籃上通過裝配架安裝內(nèi)燃機(jī)，在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸出軸上安裝螺旋槳、在吊籃上安裝方向舵，在球囊內(nèi)安裝連通內(nèi)燃機(jī)排氣口的換熱器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有動(dòng)力機(jī)無明火熱氣球，其特征是:內(nèi)燃機(jī)裝配架通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸及定位鎖定卡件安裝在吊籃上的軸座上，在裝配架上有一根或一組轉(zhuǎn)動(dòng)手扳桿，裝配架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與安裝在裝配架上的內(nèi)燃機(jī)排氣口同軸心，內(nèi)燃機(jī)排氣孔處的排氣管上有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)接頭，為減少飛行中球囊內(nèi)熱空氣逸出損失，球囊下端充氣進(jìn)口設(shè)封閉門。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有動(dòng)力機(jī)無明火熱氣球，其特征是:換熱器優(yōu)選排管及排管上分布散熱片的結(jié)構(gòu)，在換熱器下面裝有以內(nèi)燃機(jī)電瓶為動(dòng)力源的增強(qiáng)散熱電風(fēng)扇。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有動(dòng)力機(jī)無明火熱氣球，其特征是:以吊艙替代現(xiàn)有熱氣球的吊籃，內(nèi)燃機(jī)通過裝配架安裝在吊艙上，在吊艙下端安裝輪式起落架。
【專利摘要】有動(dòng)力機(jī)無明火熱氣球，包括球囊、吊籃，所作的改進(jìn)是：在吊籃上通過裝配架安裝內(nèi)燃機(jī)，在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸出軸上安裝螺旋槳、在吊籃上安裝方向舵，在球囊內(nèi)安裝連通內(nèi)燃機(jī)排氣口的換熱器。本實(shí)用新型的積極效果是：使熱氣球從自身配置的動(dòng)力機(jī)獲得水平方向推力。顯著提高平向飛行速度、延長(zhǎng)飛行距離。偏離風(fēng)向選擇航向，改變了升、降力的組成，擴(kuò)大了升降速度的調(diào)整幅度，消除了火焰導(dǎo)致熱氣球失火或爆炸等重大事故隱患，顯著提高安全性。
【IPC分類】B64B1/40
【公開號(hào)】CN205293056
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】徐明奇, 劉理
【申請(qǐng)人】吉林省驊舜天洪科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年1月8日