열기구

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배경

열기구는 부유된 탑재체를 대기 중으로 들어올릴 수 있는 리프팅 가스로 채워진 얇은 재료의 비다공성 봉투입니다. 풍선은 공기의 변위로 인해 위로 올라가는데, 위로 향하는 전체 부력은 밀어낸 공기의 무게와 같다는 원리를 적용합니다.

역사적으로 풍선 봉투는 종이, 고무, 천 및 다양한 플라스틱으로 만들어졌습니다. 풍선의 모양도 시간이 지남에 따라 다양했지만 오늘날 가장 일반적인 것은 구, 편원 타원체 및 공기 역학적 구성입니다. 리프팅 가스도 다양합니다. 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 가스는 헬륨, 수소 및 가열된 공기입니다.

연혁

18세기 후반에 Joseph과 Jacques Montgolfier는 프랑스에서 열기구를 개척했습니다. 1782년에 그들은 가벼운 가방에 들어 있는 가열된 공기가 가방을 부풀린다는 것을 발견했습니다. 1783년 그들은 프랑스 아노네에서 그들의 발견을 공개적으로 시연했습니다. 몇 달 후 그들은 베르사유에서 실험을 반복했는데 이번에는 양, 수탉, 오리를 승객으로 보냈습니다.

최초의 유인 열기구 비행은 1783년 11월 21일 프랑스 파리에서 이루어졌습니다. 몽골피에 형제 필라트르 드 로지에와 프랑수아 로랑 다르랑드 후작이 협력하여 종이와 린넨으로 만든 풍선을 타고 하늘로 날아갔습니다. 리프팅 가스에는 연기와 가열된 공기가 사용되었습니다.

초기 풍선은 전쟁과 스포츠에서 사용되었습니다. 19세기에 풍선은 전쟁에서 적진 뒤를 감시하기 위해 사용하기 위해 연마되었습니다. 평시 사용에는 초기 항공 사진 촬영이 포함되었습니다. 이 풍선은 유용했지만 조종할 수 없었습니다. 진지한 과학적 풍선 실험은 20세기 후반에야 시작되었습니다.

1934년에서 1961년 사이에 승무원이 탑승한 열기구 비행은 성층권[지표면 위의 대기 9.7-24.14km]에서 연구를 수행했습니다. 압축된 캡슐 덕분에 승무원은 30km(100,000피트)까지 이동할 수 있었습니다. 1961년에 우주 비행의 출현으로 이러한 많은 실험이 무용지물이 되었습니다.

1960년대 초부터 열기구는 사람들을 스포츠로 높이 띄우기 위한 무료 풍선(즉, 대기 중으로 방출)으로 사용되었습니다. 1970년대에는 소비자용 열기구 판매가 급증했고, 1973년에는 제1회 세계 선수권 대회가 미국에서 개최되었습니다. 오늘날, 전 세계적으로 다양한 열기구 대회가 있지만 가장 열기구를 타는 사람들의 주요 목표는 기록을 세우고 깨는 것입니다.

현재 사용되는 다른 유형의 풍선에는 기상 풍선, 무압 풍선, 초압 풍선(일정 높이 풍선), 군용 밧줄 풍선 및 동력 풍선이 있습니다.

현대적인 열기구 타기

오늘날의 열기구는 봉투(또는 가스 백)와 바구니의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 가스 백은 일반적으로 구형이며 확장되지 않는 재료로 구성됩니다. 풍선을 들어올리는 가열된 공기는 바구니 위에 부착된 탄화수소 가스 버너에서 나옵니다.

바구니(곤돌라라고도 함)는 승객을 실어 나릅니다. 가스의 연소 속도를 조정하여 리프트를 제어합니다. 풍선 상단의 밸브에는 승객이 하강을 제어할 수 있도록 로프가 부착되어 있습니다. 립 코드와 립 패널은 착지 시 가스를 빠르게 방출하여 충격 시 하중이 끌리는 것을 방지합니다.

풍선은 대기권까지만 올라갈 수 있습니다. 실제적인 열기구 비행에 대한 현재 제한은 34마일(55km)입니다.

열기구의 가장 흥미로운 측면 중 하나는 열기구의 팽창입니다. 정상적인 조건에서 4인용 풍선은 4~5명의 승무원으로 부풀려 발사될 수 있습니다. 이렇게 큰 물체를 팽창시키려면 넓은 공간이 필요합니다. 바구니는 측면에 배치됩니다. 봉투는 바구니에 연결되어 땅 위에 펼쳐집니다. 몇 명의 승무원이 풍선의 입을 벌린 채로 팬이 부분적으로 찬 공기로 풍선을 부풀리는 동안.

풍선의 조종사는 이 지점에서 엔벨로프에 들어가 작동 라인, 장비, 도르래, Velcro™ 탭, 플라잉 와이어, 낙하산 및 엔벨로프 직물에 대한 예비 비행 전 점검을 합니다.

버너를 켤 때 하나의 연료 탱크가 사용됩니다. 갇힌 공기의 돌진이 봉투 속으로 밀려듭니다. 러쉬 때문에 입이 뒤에서 닫히는 경향이 있습니다. 20,000 cu ft(6,096 cu m) 풍선을 채우는 데 약 60초가 걸립니다. 봉투가 가득 차면 바구니 위로 올라갑니다.

풍선의 왕관을 다루는 승무원은 바람이 부는 방향으로 안정적으로 잡고 좌우로 굴러가는 것을 방지합니다. 리프트가 증가함에 따라 승무원은 크라운 라인을 바구니까지 걸어갑니다.

팽창이 완료되면 조종사와 승객이 탑승하여 최종 점검을 합니다. 풍선은 풍선이 "가벼움"(이륙 준비)이 될 때까지 계속 가열됩니다.

원자재

봉투

봉투는 부하 테이프 또는 코드로 부하의 균형을 맞춥니다. 미국인들은 짐을 분담하기 위해 무거운 천을 선호합니다. 유럽 ​​제품은 더 가벼운 천을 선호하며 더 많은 하중 테이프 구조와 균형을 이룹니다.

직물은 나일론과 Dacron(폴리에스터)의 두 종류의 원사로 직조됩니다. 둘 다 장점과 단점이 있습니다. 나일론은 더 가볍고 강하지만 Dacron은 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 직물은 실제로 공기가 통과할 수 있는 메쉬 구조입니다. 대부분의 직물은 1인치 너비 스트립당 인장 강도가 40-100파운드(18.16-45.4kg)입니다.

공기를 포함하기 위해 직물은 실런트로 코팅됩니다. 가장 일반적인 것은 폴리우레탄과 네오프렌(합성고무) 또는 실리콘과 같은 첨가제, 그리고 태양으로 인해 코팅이 파손되는 것을 방지하기 위한 자외선 억제제입니다. 코팅 횟수는 재료의 취약성과 균형을 이루는 기밀성에 의해 결정됩니다.

봉투의 다른 두 가지 중요한 부분은 낙하산과 립 패널이며, 둘 다 특히 하강할 때 풍선을 제어하는 ​​데 도움이 됩니다. 낙하산은 안전 장치이므로 지배적인 제어 장치가 되었습니다. 봉투와 같은 천으로 되어 있습니다. 립 패널은 Velcro™로 밀봉되어 있으며 봉투와 유사한 천으로 만들어진 통풍구라고 하는 보조 구멍이 있습니다.

그물은 바구니를 지지하고 바구니의 무게를 풍선에 고르게 분산시킵니다.

바구니

바구니의 몸체는 일반적으로 등나무와 버드나무를 함께 짜서 만듭니다. 바닥은 합판으로 만들 수 있습니다. 바구니의 가장자리는 일반적으로 가죽, ​​스웨이드 또는 생가죽으로 묶입니다. 스테인리스 스틸 와이어 및/또는 수직으로 단단한 지지대가 바스켓을 버너 프레임에 부착합니다. 일부 제조업체는 자체적으로 봉투에 매달린 로드 링에서 바구니를 매달고 있습니다. 이 로드 링은 버너의 프레임으로도 사용할 수 있습니다.

버너

버너는 두 개 이상의 연료 탱크로 구동되는 단일 유닛 프로판 버너입니다. 연료 탱크는 영구 호스 커플링으로 버너에 연결됩니다. 모든 버너는 지속적으로 연소되는 파일럿 화염입니다.

버너에는 몇 가지 구성 요소가 있습니다. 액체 밸브는 버너에서 사용하는 연료의 양. 압력 게이지는 사용 가능한 전력량을 나타내는 버너 코일에 들어갈 때 가스 압력의 양을 보여줍니다. 파일럿 라이트는 탱크 상단의 증기를 태웁니다. 기화된 프로판은 바닥이 뚱뚱하고 끝이 긴 화염을 생성하는 제트를 통해 나옵니다. 스테인레스 스틸 기화 코일은 프로판을 통과하여 열을 생성합니다.

디자인

봉투

봉투는 약간 구부러진 고어(봉투를 만들기 위해 함께 꿰매어지는 단면 패널)를 생성하여 직물 스트레스를 줄이도록 설계되었습니다. 곡선형 고어는 끝보다 중앙이 더 깁니다. 고어는 수직, 수평 및 대각선의 세 가지 주요 유형이 있습니다. 대각선 패널은 원단 낭비가 가장 적기 때문에 가장 경제적입니다. 많은 고어는 컴퓨터로 설계되었습니다.

두 가지 일반적인 풍선 모양이 있습니다:눈물방울과 원형. 눈물방울은 더 적은 에너지로 더 빨리 올라갈 수 있지만 둥근 모양의 풍선은 더 적은 천을 사용하므로 가열할 표면적이 더 적습니다. 봉투는 400시간 동안 비행할 수 있습니다.

바구니

바구니는 1700년대 이후로 본질적으로 동일하게 유지되었습니다. 고리버들로 만들어졌으며 정사각형입니다. 충격을 받으면 구부러집니다. 1970년대 초에 한 회사는 알루미늄과 유리 섬유로 만든 곤돌라를 제조했지만 단단한 착륙에서 부서지는 경향이 있었습니다. 또 다른 큰 변화는 계기판 배치와 함께 몇 가지 혁신을 허용하는 삼각형 모양의 바구니입니다. 바구니는 약 800시간 동안 비행할 수 있습니다.

제조
프로세스

봉투

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1 봉투 제작은 기본적으로 고어를 함께 꿰매는 것입니다. 손으로 하든 공업용 재봉틀로 하든 3바늘이 있습니다. 이중 랩 솔기는 접힌 천 솔기를 따라 평행한 두 줄의 스티치가 특징입니다. 강도와 가벼움으로 제조업체에서 선호하는 솔기는 인치당 약 8개의 바늘(cm당 3개)이 있습니다. 몇몇 제조업체는 평평한 솔기(직선 평행 재봉이 두 조각의 천을 함께 고정)와 지그재그(천의 이중 랩으로 지그재그 평행 재봉)를 사용합니다. 로드 테이프와 코드도 꿰매어 있습니다.

2 봉투를 봉합한 후 코팅합니다. 코팅은 기계적으로 압력을 가해 적용됩니다.

3 마지막으로 봉투를 광고용으로 사용할 경우에는 슬로건이나 이름을 아플리케에 붙인다. 아크릴 스프레이 페인트로 도포하거나 기성품의 접착식 글자나 배너를 부착할 수 있습니다. 작품이 크면 고어에 직접 재단하여 봉투에 맞게 봉제할 수 있습니다. 이것은 복잡하고 힘든 과정일 수 있습니다.

바구니

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4 바구니는 기본적으로 제조됩니다. 주자(runner)가 있는 합판 베이스 위에 직경이 최대 1인치(2.5cm)인 지팡이 프레임이 만들어집니다. 모서리에서 프레임은 스테인리스 스틸 와이어와 로드 프레임을 둘러싸고 있습니다. 프레임 주위에는 등나무나 버드나무가 엮여 있습니다. 실린더 스트랩용 바스켓 본체에 구멍이 남습니다. 완성된 바구니는 바니시로 코팅되어 모양을 유지하고 지팡이를 함께 고정할 수 있습니다. 마지막으로 가장자리는 생가죽, 가죽 또는 스웨이드로 꿰매어 보호합니다. 버너 장치용 프로판 탱크와 마찬가지로 계기/대시보드가 ​​내장되어 있습니다.

버너

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5 많은 풍선 제조업체는 이러한 구성 요소를 아웃소싱하고 다른 부품을 조립한 후 바구니와 봉투 사이에 조립합니다.

미래

열기구를 더 높이, 더 오랜 시간 동안 더 많이 제어할 수 있도록 하는 혁신은 계속해서 일어날 것입니다. 많은 혁신이 버너와 디플레이션 시스템 개선에 중점을 두고 있습니다.