有動力機無明火熱氣球的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬飛行器領域，具體涉及一種帶有動力裝置及無明火的熱氣球。
【背景技術】
[0002]當今，由球囊、吊籃和加熱裝置構成的熱氣球。球囊多由強化尼龍或滌綸制成。考慮彈性和韌性，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。一只熱氣球通常載運20公斤的液體燃料。熱氣球飛行機理是燃燒器使球囊內空氣升溫，加劇分子熱運動，降低密度(接近地面的空氣，溫度在100° C時，密度約為0.95kg/m3，是空氣的1/1.3)。在球囊內外等壓的情況下，環境空氣對球囊的浮力大于球囊內空氣重量，形成上升力。當球囊、球囊內的熱空氣、吊籃總重小于球環境空氣對球囊的浮力時，熱氣球起升。現代熱氣球在吊籃中安裝有簡單的飛行儀表(高度計、升降速度表、球囊內空氣溫度計)。熱氣球從地面升空時，先點燃噴燈，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。熱氣球是出現最早及制造、使用成本最低的飛行器，現今乘熱氣球飛行已成為人們喜愛的一種航空體育、游樂運動。也常用于航空攝影和氣象、地質等科研活動。
[0003]國際航空聯合會(FAI)下屬的氣球理事會(CIA)根據填充的氣體不同，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，用于科學研究。
[0008]標準的熱氣球的體積分為幾個級別:七級球體積為2000—2400立方米;八級球體積為2400-3000立方米;九級球體積為3000—4000立方米;十級球體積為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，缺點是明顯的。
[0010]1、完全靠自然動力，飛行中可控性差。
[0011]熱氣球的唯一飛行動力是風。對于環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，并隨之運動，才能高效地完成飛行。由于風在不同的高度有不同的方向和速度，駕駛員可以根據飛行需要的方向選擇適當的高度。熱氣球本身沒有動力系統，飛行速度完全取決于風速。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。一天中太陽剛剛升起時或太陽下山前一、二個小時，氣流也很穩定，是熱氣球飛行的最佳時間。一只熱氣球通常攜帶足夠的石油液化氣或丙烷能持續飛行兩個小時。氣溫、風速、吊籃重量(包括乘客)和在當天飛行的時間點等因素，對飛行的執續時間有較明顯的影響。由于熱氣球隨風飄蕩，很難折返飛回出發地點，需地勤人員駕駛卡車或小貨車跟隨飄飛的氣球，預先到達降落點。以協助恢復氣球的收疊狀態和轉運。一只熱氣球飄飛需要3至IJ4個地勤人員和地面無線電設備的服務，以確保飛行的安全、成功。
[0012]2、使用明火，存在安全隱患，易引發火災導致嚴重事故。
[0013]熱氣球的飛行事故不罕見，而且多因火災引起。例如2013年2月26日，埃及開羅，夕卜國游客乘坐的一個熱氣球在古城盧克索附近墜毀，造成至少19名外國游客喪生。該熱氣球著火并發生了爆炸，墜入甘蔗田。盧克索緊急救護中心負責人披露，此次事故共造成18人死亡，其中包括9名中國香港游客，另有4名日本人、2名英國人、2名法國人和I名埃及導游遇難。
【實用新型內容】
[0014]本實用新型的目的是提供一種有動力機無明火熱氣球，克服現有熱氣球存在的上述不足。
[0015]本實用新型的包括現有熱氣球的球囊、通過吊索連接球囊的吊籃，所作的改進是:在吊籃上通過裝配架安裝內燃機，在內燃機朝向水平方向的動力輸出軸上安裝螺旋槳、在吊籃上安裝方向舵，在球囊內安裝連通內燃機排氣口的換熱器，以上為本實用新型的基本方案。
[0016]為使本實用新型熱氣球升降時能從螺旋槳得到動力，本實用新型的進一步改進是:內燃機裝配架通過轉動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動手扳桿。裝配架的轉動軸與安裝在裝配架上的內燃機排氣口同軸心，內燃機排氣孔處的排氣管上有可相對轉動的對接頭。為減少飛行中球囊內熱空氣逸出損失，球囊下端充氣進口設封閉門。
[0017]為提高球囊中空氣與內燃機排氣余熱換熱器的換熱效率，換熱器優選排管及排管上分布散熱片的結構，在換熱器下面裝有以內燃機電瓶為動力源的增強散熱電風扇。
[0018]為和增設內燃機后的整體熱氣球相應，本實用新型以吊艙替代現有熱氣球的吊籃。內燃機通過裝配架安裝在吊艙上。
[0019]為降低吊艙接觸地面時與地面間的阻力，在吊艙下端安裝輪式起落架。
[0020]本實用新型是基于
[0021]1、一個標準的AX—7級的熱氣球，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，該球囊內空氣總質量為2670公斤。燃燒器將球囊內空氣加溫時，囊內空氣膨脹，密度變小，膨脹后多余的空氣從氣球底口排出。囊內2180立方米的熱空氣達到100°C時，質量變為2070公斤，比相同體積的冷空氣(15°C)輕了600公斤，此時氣球產生了600公斤的升力。如果氣球飛行總質量小于600公斤，氣球就可以上升了。
[0022]若熱氣球A充滿時體積為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，通過這些數據可以計算出加熱器功率約16.7kW。
[0023]2、目前內燃發動機效率只有30%多，不到40%，也就是說燃油消耗中只有30%多轉化成了動力，而大部分的油耗浪費了，轉化成了廢熱排掉了，廢熱約占油耗的40%，油耗的的功率比實際有用的功率還大，也就是說如果發動機的功率是30kW，那么廢熱的功率就是40kW。這個功率比一般燃燒器的功率大的多。發動機排氣門排放的廢氣溫度約500-600度。以眾所周知的JETTA車為例，發動機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的微型發動機產生的廢熱比2000m3熱氣球A燃燒器產生的熱量大，可以滿足熱氣球升空需要。
[0024]使用過程中，先用鼓風機鼓起后，將進氣閥封閉。將發動機啟動，發動機產生的廢氣熱量流經過位于球囊內部的廢熱散熱器，球囊內部空氣逐漸受熱，產生浮力，當浮力足夠時，將螺旋槳調向下，產生向上的推力，可以使氣球迅速升空。到達足夠的高度時，在調整螺旋槳朝向水平方向，產生水平飛行及偏航推力，加速或偏離風向飛行。不需要加熱時，控制排氣通道切換開關，把發動機廢熱排氣直接排放到空氣中，不經過球囊內部的散熱器，停止加熱或打開放氣閥，都可以控制氣球下降，著陸時，再次調整螺旋槳朝向下，產生向上的推力，加上起落架的緩沖和減震，使系統平穩落地。
[0025]本實用新型的積極效果是:
[0026]增設了內燃機及螺旋槳，使熱氣球從自身配置的動力機獲得水平方向推力。和現有的熱氣球相比，顯著提高平向飛行速度、延長飛行距離。飛行方向不再局限于只能順風，可一定程度上偏離風向選擇航向，將動力機的作用力調整為豎向時，改變了升、降力的組成，擴大了升降速度的調整幅度，使熱氣球的使用性能得到全面改善。為科考、體育活動、飛行游樂提供了靈活、機動的飛行器，以熱氣球的結構得到接近飛艇的使用功能。造價卻只有飛艇的1/70—1/60。與飛艇相比，停飛時可放氣折疊收攏，不用考慮放掉輕質氣體(氦氣)所產生的經濟損失，儲、運占用空間小，對庫房和車輛無超常要求。
[0027]通過與內燃機排氣熱交換的換熱器升溫球囊內的空氣，替代了現有熱氣球的開口，明火加熱升溫，消除了火焰導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為本實用新型整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]參閱圖1，本實用新型熱氣球包括尼龍材質球囊2，用吊索懸吊在球囊下端的木質、樹脂或輕金屬吊艙8 ο球囊2的上端有調控放氣閥I，球囊下端有充氣閥門4 ο通過裝配架對稱安裝在吊艙8上端兩側的兩部內燃機6 ο內燃機裝配架通過轉動軸及定位鎖定卡件安裝在吊倉上的軸座上。在裝配架上有一根或一組轉動手扳桿。裝配架的轉動軸與安裝在裝配架上的內燃機排氣口同軸心，內燃機排氣孔處有兩側相對轉動的對接頭(如由內、外管雙層管相互插套所構成)。在內燃機6動力輸出軸上安裝螺旋槳7。在球囊內安裝連通內燃機6排氣口的排管葉片式換熱器3。在換熱器下面裝有以內燃機電瓶為動力源的增強散熱電風扇。在內燃機6和換熱器之間的氣路上安裝切換開關5 ο在吊艙8下端安裝起落架9。
【主權項】
1.有動力機無明火熱氣球，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燃機，在內燃機動力輸出軸上安裝螺旋槳、在吊籃上安裝方向舵，在球囊內安裝連通內燃機排氣口的換熱器。2.根據權利要求1所述的有動力機無明火熱氣球，其特征是:內燃機裝配架通過轉動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動手扳桿，裝配架的轉動軸與安裝在裝配架上的內燃機排氣口同軸心，內燃機排氣孔處的排氣管上有可相對轉動的對接頭，為減少飛行中球囊內熱空氣逸出損失，球囊下端充氣進口設封閉門。3.根據權利要求1所述的有動力機無明火熱氣球，其特征是:換熱器優選排管及排管上分布散熱片的結構，在換熱器下面裝有以內燃機電瓶為動力源的增強散熱電風扇。4.根據權利要求1所述的有動力機無明火熱氣球，其特征是:以吊艙替代現有熱氣球的吊籃，內燃機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】有動力機無明火熱氣球，包括球囊、吊籃，所作的改進是：在吊籃上通過裝配架安裝內燃機，在內燃機動力輸出軸上安裝螺旋槳、在吊籃上安裝方向舵，在球囊內安裝連通內燃機排氣口的換熱器。本實用新型的積極效果是：使熱氣球從自身配置的動力機獲得水平方向推力。顯著提高平向飛行速度、延長飛行距離。偏離風向選擇航向，改變了升、降力的組成，擴大了升降速度的調整幅度，消除了火焰導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】CN205293056
【申請號】
【發明人】徐明奇, 劉理
【申請人】吉林省驊舜天洪科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月8日