Fabrication d'une montgolfi鑢e
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热气球


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空气

锦囊

工作文档l   阶段 3
安德列.墨尔兰  
新教育, No 49 CEMEA 巴黎
发表: 19811 网上发布:19996
摘要 : 这张卡片在 CEMEA杂志ailleurs.gif (1328 octets)发表,关于热气球的升空和构造.
涉及主题: 空气, 热.

目标:

引言
构造
飞行能力
热空气

 引言
   我们露营在比利牛斯山。在当地节日中,最引人注目的要数热气球的发射了。这个买来的正在升空的热气球,看来在操作过程中出了点问题,它仅升了一点点高甚至没有越过村庄的边界。  我们收集了一些资料,一位名叫 雷蒙.蓬山的人对热气球的第一次飞行作了记载。 结构没有问题。这种易碎的纸充气后鼓了起来,此时周围的空气不是那么热,正是一天中热气球起飞、降落的最适宜的时刻, 我们对热气球做了色彩、装饰方面的设计,但我们从来没有看到它展开时的样子。要让热气球充气但不能让它被烧着,对此我们采取了一些预防措施,我们能成功吗?在热空气的作用下,热气球展开了,它膨胀了,绷紧了,颤动着,我们感觉它要升空了。尽管是一点点热量。但是热气球出口处的纸还是开始变成褐色了。大家不想冒着失火的危险,随着一阵松开它的喊叫,热气球被松开了。我们看着它慢慢升空了,开始时很快,后来它有点歪躺了下来并因此失去了它的一部分热空气(在此我们想到以后将要在这个热气球下加装一个吊篮以稳定气球),但它还是稳定住了,继续乘着风一直往上升,被落日照亮着慢慢移动渐渐消失不见。不管那巨大的彩色球体能否升空,我们感觉到,正如雷蒙.蓬山所记载的,蒙哥尔费兄弟所做的一些趣事,很多年轻人都会做的,比如爬到屋顶上把一张纸或者其它不同的柔软的东西盖住烟囱口,它就会很活泼地飞起来。正是这些孩子气的游戏启发导致了1780年的热气球的第一次飞行,也就有了四年后法国人Pilatre de Rozier在巴黎上空的大胆飞行。

   如今,越来越多的人热衷于热气球的飞行。一个热气球价值在5万至8万法朗之间。他们成立了训练队伍并进行热气球的起飞、降落等训练。有锦标赛,有各种聚会等。美国人还鼓励同胞参加热气球法国探险之旅。如果你看见大大的蓝色的热气球,上面装饰有郁金香和鸢尾花,你可以在它着陆时设法在场,因为通常蒙哥尔费兄弟会提供香槟并作为奖赏让到场的小孩参加一段小小的空中飞行。在这些现代的热气球中,除了它的鲜艳的颜色和它的巨大以外,人们还用尼龙代替了纸。它们可以高达24米高,相当于8层楼那么高,直径有16米,它的体积大约有1500到2000立方米。

以下几个要素可以帮助我们理解热气球的操作原理:

  • 什么阻碍了它的升空,是它的重量和它的面积。

  • 什么有助于它的上升,是它的容积。

  • 当容积增长得比表面积增长得要快时,热气球将变大,它们将能飞得又高又远。

   当你把这些原理搞清楚以后,你就完全有可能按你所想的那样把它完成。

构造
   一个热气球是由一些纺锤形的纸面板做出来的,根据选定的热气球的尺寸来决定纸面板的长短和多少。当所用的薄棉纸有颜色时也称为花纹纸或者是花纸。要注意这些纸的颜色的选择。有些颜色比如红色,能使纸易燃。为了确保质量我们要根据透光性来挑选不同的纸。再用浆糊把这些纸粘在一起。

 A, B, C, D

   如何确定纸面板的数量和尺寸,如何画出纸面板的外形并把它们裁剪下来,如何将它们拼起来?为了搞清楚这些不同的步骤,让我们以一个小热气球的结构为例说明一下。这些纸面板是由一段段约50×75厘米大小的纸条粘贴而成(图A),如果我们计划用6片纸面板,那热气球的周长大约是240厘米长,热气球直径算下来大约有90厘米长,如果每片纸面板由2段纸条组成,那么实际的周长就是300厘米。这样我们就做成了一个热气球,不过,不那么圆,高度比宽度要大一点。

   如果实际上纸面板由三段纸条组成的话,那实际周长将会是450厘米,它的外观看上去就象一个瓶子。如果想让它变圆一点的话,就需要7到8块纸面板而不是6块。什么样子的热气球都可能做出来,关键在于选取适当的加工方法。如果有奇数块纸面板,人们可能装饰成水平型的;如果要装饰成竖型或方格型的话那么纸面板的数量就要是偶数才行。

飞行能力

   用6块纸面板(每块由2小段纸条粘成)做成的热气球能飞起来吗?要使1公斤的重物能上升的话大约需要体积为4立方米温度为90℃的热空气。如果我们认为我们这个热气球是球形的话,它的体积大约是0.4立方米,大约有102克的上升力,我们那些12小段的纸条大约重95克,这样算来这个热气球起飞的话在重量方面还留有一些余地,但是我们还必须注意到还有其它因素要考虑,为了使热气球能回收并能重新使用起飞,我们还要加一些小设备在上面.我们可以参考计算一下,要获得100克的上升力,大约需要10块纸面板(每块由4小段纸条组成),若用16块纸面板(每块面板由6小段纸条组成)做成的热气球,那可以飞得即高又远,但即便我们能找到这个气球回收了它,它也很少能再使用了。有了这初步的认识后,我们现在知道用6块纸面板(每块由2小段纸条粘成)做成的热气球将能起飞(不考虑回收)。在动手做纸面板之前,我们要选好颜色并且还要定好热气球的装饰计划。比如我们准备画出六个竖的长方形和2个水平的长方形。现在日益增多的工业布制品可以用来做热气球的面料,这样的话装饰的风格更易确定了。每块纸面板在长度方向一叠为二,叠痕在同一边,图B,这个是用一层白报纸或牛皮纸做成的。图C,还是纸面板做成纺锤形再组成热气球。6块纺锤形纸面板在顶部要形成一个圆圈,这样的话,每个角度必须是60度,当它们一叠为二时,开始的角度是30度,(如果是10条纸片时,角度是18度…)。这个纺锤形的纸面板就是从这个角度开始粘起,当粘完一半纸面板时到达最大距离,做到最后留一个狭窄口当作飞行时的喷火口。这个口子不能太长,也不能太窄要不然会着火。图D,把这些纸面板对齐叠好,切成纺锤形,再一片片粘起来,打开,最后再圈起来把第一个纸面板和最后一块纸面板粘好。现在很有必要加固底部和节点。对底部来讲,用金属圈加固,尺寸就是开口的尺寸。把金属圈粘在纸上转两圈,再用防油的纸带把它绑在架子上。对顶部来讲,把热气球高处部分展开,把气球放平,粘上一个含有硫磺的圈,直径大约是20厘米。吊蓝是用来增加稳定性的。

热空气

   获得热空气是很必要的,我们可以用甲基化酒精来制造热空气。准备一个约5升大小的盒子 ,在它的底部钻一些直径大约10厘米的小洞,然后引进一根软管 ,这根软管连在一个炉子上),图E是用拉紧器把这一套加热装置稳住,拉紧器是靠金属小钩固定在管子上的,如图所示,然后选择一天中没有风的时候,此时空气不太热。加热装置装好后为了阻止热气球往上升,就要有人将吊蓝拉在一边并要注意拉紧的金属线不要穿过管子。两套辅助设备安装在椅子上或支架上,用来稍稍控制住热气球。在热空气的作用下,气球会上升的,这一点不用担心。划一根火柴放在盒子里,酒精被点燃了,加热设备发出呼呼作响,就像喷灯一样。纸慢慢鼓着摇晃起来。辅助设备稳住了它,帮助它展开。它膨胀了,绷紧了。我们看到了它的整个外形和它的色彩。它保持了一会儿,然后在热空气的作用下,起飞了,最初的一眼,接下来发生的的事跟我们意料中的一

                                       E F                                                                        样,我们找到了掉下来的热气球,没有意外的话,它能进行一次新的飞行。

   有些人为了飞行,在气球的节点处装个绳圈用棒来支撑住气球。这个步骤很烦,我们宁愿用上面所讲的方法。如果想让飞行时间加长,就要带着浸有酒精的填料并要点燃它才能让热气球继续飞行,这方法看上去也行不通。

   如果,在我们第一次飞行的基础上,我们能完成更多的试验,那些没有完成。另一个尺寸较大的气球在它膨胀过程中由于热空气的高压它爆炸了。接下来的任务是改用28克的牛皮纸尺寸为80×60来改变它的曲线,做一个比例尺的模型来继续试验。其他的人用7张纸建成了立方体的气球。您可以试试。

 

其它活动 :
阶段 3: 演示 : 热气球方面的交流
其它交流 :
通信录  19994月资料 lien ext閞ieur

 

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