CN205293056U - 有动力机无明火热气球 - Google Patents

Abstract

有动力机无明火热气球，包括球囊、吊篮，所作的改进是：在吊篮上通过装配架安装内燃机，在内燃机动力输出轴上安装螺旋桨、在吊篮上安装方向舵，在球囊内安装连通内燃机排气口的换热器。本实用新型的积极效果是：使热气球从自身配置的动力机获得水平方向推力。显著提高平向飞行速度、延长飞行距离。偏离风向选择航向，改变了升、降力的组成，扩大了升降速度的调整幅度，消除了火焰导致热气球失火或爆炸等重大事故隐患，显著提高安全性。

Description

有动力机无明火热气球

技术领域

本实用新型属飞行器领域，具体涉及一种带有动力装置及无明火的热气球。

背景技术

当今，由球囊、吊篮和加热装置构成的热气球。球囊多由强化尼龙或涤纶制成。考虑弹性和韧性，吊篮仍由藤条编织而成。加热装置通常使用丙烷或液化石油气为燃料的燃烧器（喷灯）。气瓶（燃料罐）固定在吊篮内。一只热气球通常载运20公斤的液体燃料。热气球飞行机理是燃烧器使球囊内空气升温，加剧分子热运动，降低密度（接近地面的空气，温度在100°C时，密度约为0.95kg/m3，是空气的1/1.3）。在球囊内外等压的情况下，环境空气对球囊的浮力大于球囊内空气重量，形成上升力。当球囊、球囊内的热空气、吊篮总重小于球环境空气对球囊的浮力时，热气球起升。现代热气球在吊篮中安装有简单的飞行仪表（高度计、升降速度表、球囊内空气温度计）。热气球从地面升空时，先点燃喷灯，将空气加热后从气囊底部开口处充入气囊。升空飞行后，通过控制喷灯火焰大小操纵气球的上升或下降。热气球是出现最早及制造、使用成本最低的飞行器，现今乘热气球飞行已成为人们喜爱的一种航空体育、游乐运动。也常用于航空摄影和气象、地质等科研活动。

国际航空联合会（FAI）下属的气球理事会（CIA）根据填充的气体不同，把气球分成四类：

AA型：填充比空气轻的气体如氢气或氦气，气囊不密闭，没有加热装置；

AX型：气囊中填充空气，通过装置对空气加热，使之变轻获得升力，又被称为热气球；

AM型：既填充“轻气”（如氢气或氦气），又具有加热装置的气球，又被称为罗泽（Rozier）气球；

AS型：填充“轻气”（如氢气或氦气），气囊密闭，由于高度可通过充气量控制，用于科学研究。

标准的热气球的体积分为几个级别：七级球体积为2000--2400立方米；八级球体积为2400-3000立方米；九级球体积为3000--4000立方米；十级球体积为4000--6000立方米。

热气球虽然有升空、飞行的功能，但和其他飞行器相比，缺点是明显的。

1、完全靠自然动力，飞行中可控性差。

热气球的唯一飞行动力是风。对于环球飞行的热气球来说，必须选择速度和方向都合适的高空气流，并随之运动，才能高效地完成飞行。由于风在不同的高度有不同的方向和速度，驾驶员可以根据飞行需要的方向选择适当的高度。热气球本身没有动力系统，飞行速度完全取决于风速。以往的热气球，最大下降速度控制在6米/秒，最大上升速度控制在5米/秒。一天中太阳刚刚升起时或太阳下山前一、二个小时，气流也很稳定，是热气球飞行的最佳时间。一只热气球通常携带足够的石油液化气或丙烷能持续飞行两个小时。气温、风速、吊篮重量（包括乘客）和在当天飞行的时间点等因素，对飞行的执续时间有较明显的影响。由于热气球随风飘荡，很难折返飞回出发地点，需地勤人员驾驶卡车或小货车跟随飘飞的气球，预先到达降落点。以协助恢复气球的收叠状态和转运。一只热气球飘飞需要3到4个地勤人员和地面无线电设备的服务，以确保飞行的安全、成功。

2、使用明火，存在安全隐患，易引发火灾导致严重事故。

热气球的飞行事故不罕见，而且多因火灾引起。例如2013年2月26日，埃及开罗，外国游客乘坐的一个热气球在古城卢克索附近坠毁，造成至少19名外国游客丧生。该热气球着火并发生了爆炸，坠入甘蔗田。卢克索紧急救护中心负责人披露，此次事故共造成18人死亡，其中包括9名中国香港游客，另有4名日本人、2名英国人、2名法国人和1名埃及导游遇难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种有动力机无明火热气球，克服现有热气球存在的上述不足。

本实用新型的包括现有热气球的球囊、通过吊索连接球囊的吊篮，所作的改进是：在吊篮上通过装配架安装内燃机，在内燃机朝向水平方向的动力输出轴上安装螺旋桨、在吊篮上安装方向舵，在球囊内安装连通内燃机排气口的换热器，以上为本实用新型的基本方案。

为使本实用新型热气球升降时能从螺旋桨得到动力，本实用新型的进一步改进是：内燃机装配架通过转动轴及定位锁定卡件安装在吊篮上的轴座上，在装配架上有一根或一组转动手扳杆。装配架的转动轴与安装在装配架上的内燃机排气口同轴心，内燃机排气孔处的排气管上有可相对转动的对接头。为减少飞行中球囊内热空气逸出损失，球囊下端充气进口设封闭门。

为提高球囊中空气与内燃机排气余热换热器的换热效率，换热器优选排管及排管上分布散热片的结构，在换热器下面装有以内燃机电瓶为动力源的增强散热电风扇。

为和增设内燃机后的整体热气球相应，本实用新型以吊舱替代现有热气球的吊篮。内燃机通过装配架安装在吊舱上。

为降低吊舱接触地面时与地面间的阻力，在吊舱下端安装轮式起落架。

本实用新型是基于

1、一个标准的AX—7级的热气球，它的球囊体积为2180立方米（77000立方英尺），在海平面气温15℃时，该球囊内空气总质量为2670公斤。燃烧器将球囊内空气加温时，囊内空气膨胀，密度变小，膨胀后多余的空气从气球底口排出。囊内2180立方米的热空气达到100℃时，质量变为2070公斤，比相同体积的冷空气（15℃）轻了600公斤，此时气球产生了600公斤的升力。如果气球飞行总质量小于600公斤，气球就可以上升了。

若热气球A充满时体积为2000m³，空气密度约1.25kg/m³、重力加速度g=10m/s²,则浮力约为25000N，若燃烧器以一定功率加热25min（1500s）可以使气球上升到1000m,通过这些数据可以计算出加热器功率约16.7kW。

2、目前内燃发动机效率只有30%多，不到40%，也就是说燃油消耗中只有30%多转化成了动力，而大部分的油耗浪费了，转化成了废热排掉了，废热约占油耗的40%，油耗的的功率比实际有用的功率还大，也就是说如果发动机的功率是30kW，那么废热的功率就是40kW。这个功率比一般燃烧器的功率大的多。发动机排气门排放的废气温度约500-600度。以众所周知的JETTA车为例，发动机4缸，排量为1.6L，功率为60kW，废热功率为80kW，由此可以理论上推算，每一缸（0.4L）废热量为20kW，比16.7kW要大，可以满足加热热气球的热量需求。以此推断，0.4-0.6L的微型发动机产生的废热比2000m³热气球A燃烧器产生的热量大，可以满足热气球升空需要。

使用过程中，先用鼓风机鼓起后，将进气阀封闭。将发动机启动，发动机产生的废气热量流经过位于球囊内部的废热散热器，球囊内部空气逐渐受热，产生浮力，当浮力足够时，将螺旋桨调向下，产生向上的推力，可以使气球迅速升空。到达足够的高度时，在调整螺旋桨朝向水平方向，产生水平飞行及偏航推力，加速或偏离风向飞行。不需要加热时，控制排气通道切换开关，把发动机废热排气直接排放到空气中，不经过球囊内部的散热器，停止加热或打开放气阀，都可以控制气球下降，着陆时，再次调整螺旋桨朝向下，产生向上的推力，加上起落架的缓冲和减震，使系统平稳落地。

本实用新型的积极效果是：

增设了内燃机及螺旋桨，使热气球从自身配置的动力机获得水平方向推力。和现有的热气球相比，显著提高平向飞行速度、延长飞行距离。飞行方向不再局限于只能顺风，可一定程度上偏离风向选择航向，将动力机的作用力调整为竖向时，改变了升、降力的组成，扩大了升降速度的调整幅度，使热气球的使用性能得到全面改善。为科考、体育活动、飞行游乐提供了灵活、机动的飞行器，以热气球的结构得到接近飞艇的使用功能。造价却只有飞艇的1/70—1/60。与飞艇相比，停飞时可放气折叠收拢，不用考虑放掉轻质气体（氦气）所产生的经济损失，储、运占用空间小，对库房和车辆无超常要求。

通过与内燃机排气热交换的换热器升温球囊内的空气，替代了现有热气球的开口，明火加热升温，消除了火焰导致热气球失火或爆炸等重大事故隐患，显著提高安全性。

附图说明

附图1为本实用新型整体结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，本实用新型热气球包括尼龙材质球囊2，用吊索悬吊在球囊下端的木质、树脂或轻金属吊舱8。球囊2的上端有调控放气阀1，球囊下端有充气阀门4。通过装配架对称安装在吊舱8上端两侧的两部内燃机6。内燃机装配架通过转动轴及定位锁定卡件安装在吊仓上的轴座上。在装配架上有一根或一组转动手扳杆。装配架的转动轴与安装在装配架上的内燃机排气口同轴心，内燃机排气孔处有两侧相对转动的对接头（如由内、外管双层管相互插套所构成）。在内燃机6动力输出轴上安装螺旋桨7。在球囊内安装连通内燃机6排气口的排管叶片式换热器3。在换热器下面装有以内燃机电瓶为动力源的增强散热电风扇。在内燃机6和换热器之间的气路上安装切换开关5。在吊舱8下端安装起落架9。

Claims (4)

1.有动力机无明火热气球，包括球囊、通过吊索连接球囊的吊篮，其特征是：在吊篮上通过装配架安装内燃机，在内燃机动力输出轴上安装螺旋桨、在吊篮上安装方向舵，在球囊内安装连通内燃机排气口的换热器。

2.根据权利要求1所述的有动力机无明火热气球，其特征是：内燃机装配架通过转动轴及定位锁定卡件安装在吊篮上的轴座上，在装配架上有一根或一组转动手扳杆，装配架的转动轴与安装在装配架上的内燃机排气口同轴心，内燃机排气孔处的排气管上有可相对转动的对接头，为减少飞行中球囊内热空气逸出损失，球囊下端充气进口设封闭门。

3.根据权利要求1所述的有动力机无明火热气球，其特征是：换热器优选排管及排管上分布散热片的结构，在换热器下面装有以内燃机电瓶为动力源的增强散热电风扇。

4.根据权利要求1所述的有动力机无明火热气球，其特征是：以吊舱替代现有热气球的吊篮，内燃机通过装配架安装在吊舱上，在吊舱下端安装轮式起落架。