Balão (aeronáutica)
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Princípios
Um balão é conceitualmente o mais simples de todas as máquinas voadoras. O balão é um envelope de tecido cheio de um gás mais leve que a atmosfera circundante. Como todo o balão é menos denso que o ambiente, ele se eleva, levando junto com ele uma cesta, presa por baixo, que transporta passageiros ou carga útil. Embora um balão não tenha um sistema de propulsão, é possível um grau de controle direcional ao fazer o balão subir ou afundar em altitude para encontrar direções favoráveis do vento.
Existem três tipos principais de balão:
The hot air balloon or Montgolfière obtains its buoyancy by heating the air inside the balloon; it has become the most common type.The gas balloon or Charlière is inflated with a gas of lower molecular weight than the ambient atmosphere; most gas balloons operate with the internal pressure of the gas the same as the pressure of the surrounding atmosphere; a superpressure balloon can operate with the lifting gas at pressure that exceeds that of the surrounding air, with the objective of limiting or eliminating the loss of gas from day-time heating; gas balloons are filled with gases such as:hydrogen – originally used extensively but, since the Hindenburg disaster, is now seldom used due to its high flammability;coal gas – although giving around half the lift of hydrogen, extensively used during the nineteenth and early twentieth century, since it was cheaper than hydrogen and readily available;helium – used today for all airships and most manned gas balloons;other gases have included ammonia and methane, but these have poor lifting capacity and other safety defects and have never been widely used.The Rozière type has both heated and unheated lifting gases in separate gasbags. This type of balloon is sometimes used for long-distance record flights, such as the recent circumnavigations, but is not otherwise in use.Tanto o ar quente quanto o Montgolfière, o balão e o balão a gás ainda estão em uso comum. Os balões de Montgolfière são relativamente baratos, pois não exigem materiais de alta qualidade para seus envelopes e são populares para atividades esportivas balonistas.
Balões de ar quente
O primeiro balão que carregava passageiros usava ar quente para obter flutuabilidade e foi construído pelos irmãos Joseph e Etienne Montgolfier em Annonay, França, em 1783: o primeiro voo de passageiros foi em 19 de setembro de 1783, carregando uma ovelha, um pato e um rooster.
O primeiro voo de balão trincado amarrado foi por um balão maior de Montgolfier, provavelmente em 15 de outubro de 1783. O primeiro voo de balão livre foi do mesmo balão de Montgolfier em 21 de novembro de 1783.
Quando aquecido, o ar se expande, portanto, um determinado volume de espaço contém menos ar. Isso o torna mais leve e, se seu poder de elevação for maior que o peso do balão que o contém, ele levantará o balão para cima. Um balão de ar quente só pode ficar acordado enquanto tem combustível para o queimador, para manter o ar quente o suficiente.
Os primeiros balões de ar quente dos Montgolfiers usaram um braseiro de combustível sólido que se mostrou menos prático do que os balões de hidrogênio que seguiram quase imediatamente, e o balão de ar quente desapareceu logo.
Na década de 1950, a conveniência e o baixo custo dos queimadores de gás engarrafados levaram a um renascimento de balões de ar quente para o esporte e o lazer.
A altura ou altitude de um balão de ar quente é controlada aumentando o queimador para cima ou para baixo, conforme necessário, diferentemente de um balão de gás onde os pesos de lastro são frequentemente transportados para que possam ser descartados se o balão ficar muito baixo e, a fim de pousar, alguns O gás de levantamento deve ser ventilado através de uma válvula.
Balões a gás
Um balão de transporte de homens usando o hidrogênio de gás leve para flutuabilidade foi feito pelo professor Jacques Charles e voou menos de um mês após o voo de Montgolfier, em 1 de dezembro de 1783. Os balões de gás têm maior elevador para um determinado volume, para que não precisem Seja tão grande e eles também podem ficar acordados por muito mais tempo que o ar quente, então os balões a gás dominavam o balão pelos próximos 200 anos. No século 19, era comum usar gás da cidade para encher balões; Isso não era tão leve quanto o gás de hidrogênio puro, com cerca de metade do poder de elevação, mas era muito mais barato e prontamente disponível.
Os balões de gás leve são predominantes em aplicações científicas, pois são capazes de atingir altitudes muito mais altas por períodos muito mais longos. Eles geralmente são cheios de hélio. Embora o hidrogênio tenha mais poder de elevação, é explosivo em uma atmosfera rica em oxigênio. Com algumas exceções, as missões científicas de balão não são tripuladas.
Existem dois tipos de balões de gás leve: pressão zero e superpressão. Os balões de pressão zero são a forma tradicional de balão de gás leve. Eles são parcialmente inflados com o gás leve antes do lançamento, com a pressão do gás a mesma dentro e fora do balão. À medida que o balão de pressão zero aumenta, seu gás se expande para manter a diferença de pressão zero e o envelope do balão aumenta.
À noite, o gás em um balão de pressão zero esfria e se contrai, fazendo com que o balão afunde. Um balão de pressão zero só pode manter a altitude liberando gás quando for muito alto, onde o gás em expansão pode ameaçar romper o envelope ou liberar um lastro quando afunda muito baixo. A perda de gás e lastro limita a resistência de balões de pressão zero a alguns dias.
Um balão de superpressão, por outro lado, possui um envelope resistente e inelástico, cheio de gás leve para pressionar mais que o da atmosfera externa e depois selado. O balão de superpressão não pode mudar muito o tamanho e, portanto, mantém um volume geralmente constante. O balão de superpressão mantém uma altitude de densidade constante na atmosfera e pode manter o vôo até que o vazamento de gás gradualmente o derrube.
Os balões de superpressão oferecem resistência ao voo de meses, em vez de dias. De fato, na operação típica, uma missão de balão de superpressão baseada na Terra é encerrada por um comando do controle do solo para abrir o envelope, e não pelo vazamento natural de gás.
Os balões de alta altitude são usados como navios voadores altos para transportar instrumentos científicos (como balões meteorológicos) ou alcançar altitudes próximas ao espaço para tirar imagens ou fotos da terra. Esses balões podem voar mais de 30,5 km no ar e são projetados para estourar a uma altitude definida, onde o pára -quedas implantará para transportar a carga útil com segurança de volta à Terra.
O cluster Ballooning usa muitos balões menores cheios de gás para voo (veja uma introdução ao agrupamento de balões).
Balões combinados
Os balões de ar quente precoce não podiam ficar acordados por muito tempo porque usavam muito combustível, enquanto os balões de hidrogênio precoces eram difíceis de levar mais alto ou menor conforme desejado, porque o aeronaut só podia desabafar o gás ou deixar um lastro limitado um número limitado de vezes. Pilâtre de Rozier percebeu que, para um voo de longa distância, como atravessar o canal inglês, o aeronauta precisaria usar as diferentes direções do vento em diferentes altitudes. Portanto, seria essencial ter um bom controle de altitude enquanto ainda é capaz de ficar acordado por um longo tempo. Ele desenvolveu um balão combinado com dois sacos de gás, o balão Rozier. A parte superior segurava o hidrogênio e forneceu a maior parte do elevador constante. O mais baixo segurou o ar quente e pode ser rapidamente aquecido ou resfriado para fornecer o elevador variável para um bom controle de altitude.
Em 1785, Pilâtre de Rozier decolou na tentativa de voar pelo canal, mas logo para o voo o saco de gás de hidrogênio pegou fogo e De Rozier não sobreviveu ao acidente que se seguiu. Isso ganhou de Rozier o título "O primeiro a voar e o primeiro a morrer".
Não foi até a década de 1980 que a tecnologia foi desenvolvida para permitir a operação segura do tipo Rozier, por exemplo, usando hélio não inflamável como gás de elevação, e vários projetos realizaram vôos de longa distância com sucesso.
Balões de amarração e pipa
Como alternativa ao voo livre, um balão pode ser amarrado para permitir decolar e aterrissar confiáveis no mesmo local. Alguns dos primeiros voos de balão foram amarrados por segurança e, desde então, os balões foram amarrados para muitos fins, incluindo observação militar e barragem aérea, usos meteorológicos e comerciais.
A forma esférica natural de um balão é instável em ventos fortes. Os balões amarrados para uso em condições de vento são frequentemente estabilizados pela modelagem aerodinâmica e conexão com a corda por um arranjo de cabelos. Estes são chamados de balões de pipa.
Um balão de pipa é distinto de um Kytoon, que obtém uma parte de seu elevador aerodinamicamente.
História
Antecedentes
Os balões de ar quente não tripulados são populares na história chinesa. Zhuge Liang, do reino Shu Han, na era dos três reinos (220–280 dC) usou lanternas aéreas para sinalização militar. Essas lanternas são conhecidas como lanternas Kongming (孔明灯). O exército mongol estudou lanternas de kongming dos chineses e o usou na Batalha de Legnica durante a invasão mongol da Polônia. Em 1709, o clérigo brasileiro-português Bartolomeu de Gusmão fez um balão cheio de ar aquecida no ar dentro de uma sala em Lisboa. Em 8 de agosto de 1709, em Lisboa, Gusmão conseguiu levantar um pequeno balão feito de papel com ar quente a cerca de quatro metros na frente do rei John V e da corte portuguesa que ele também alegou ter construído um balão chamado Passarola (Big Bird) e tentou se levantar do Castelo de Saint George, em Lisboa, pousando a cerca de um quilômetro de distância. No entanto, a reivindicação desse feita permanece incerta, embora haja registro deste voo na fonte usada pelo FAI, a distância e as condições exatas do voo não são confirmadas.
Os primeiros balões modernos
Após o trabalho de Henry Cavendish 1766 sobre hidrogênio, Joseph Black propôs que um balão cheio de hidrogênio seria capaz de subir no ar.
O primeiro voo tripulado gravado foi feito em um balão de ar quente construído pelos Montgolfier Brothers em 21 de novembro de 1783. O voo começou em Paris e atingiu uma altura de 500 pés ou mais. Os pilotos, Jean-François Pilâtre de Rozier e François Laurent d'Arlandes, cobriram cerca de 8,9 km em 25 minutos.
Em 1 de dezembro de 1783, o professor Jacques Charles e os Robert Brothers fizeram o primeiro voo de balão de gás, também de Paris. Seu balão cheio de hidrogênio voou para quase 2.000 pés (600 m), permaneceu no ar por mais de 2 horas e cobriu uma distância de 43 km, aterrissando na pequena cidade de Nesles-La-Vallée.
A primeira subida de balão italiana foi feita pelo conde Paolo Andreani e dois outros passageiros em um balão projetado e construído pelos três irmãos Gerli, em 25 de fevereiro de 1784. Uma demonstração pública ocorreu em Brugherio alguns dias depois, em 13 de março de 1784, quando o O veículo voou para uma altura de 1.537 metros (5.043 pés) e uma distância de 8 quilômetros (5,0 mi). Em 28 de março, Andreani recebeu uma ovação de pé em La Scala e, mais tarde, uma medalha de José II, Sacro Imperador Romano.
De Rozier, juntamente com Joseph Proust, participou de um voo adicional em 23 de junho de 1784, em uma versão modificada do primeiro balão dos Montgolfiers batizou La Marie-Antoinette depois da rainha. Eles decolaram em frente ao rei da França e ao rei Gustav III da Suécia. O balão voou para o norte a uma altitude de aproximadamente 3.000 metros, acima das nuvens, viajando 52 km em 45 minutos antes que o frio e a turbulência os forçassem a descer por Luzarches, entre Coye Et Orry-La-ville, perto da floresta Chantilly.
A primeira subida de balão na Grã -Bretanha foi feita por James Tytler em 25 de agosto de 1784 em Edimburgo, na Escócia, em um balão de ar quente.
O primeiro desastre de aeronave ocorreu em maio de 1785, quando a cidade de Tullamore, o Condado de Ofaly, a Irlanda foi seriamente danificada quando o acidente de um balão resultou em um incêndio que queimou cerca de 100 casas, tornando a cidade o lar do primeiro desastre da aviação do mundo. Até hoje, o escudo da cidade descreve uma fênix subindo das cinzas.
Jean-Pierre Blanchard fez o primeiro vôo tripulado de um balão na América em 9 de janeiro de 1793, depois de visitar a Europa para estabelecer o recorde do primeiro voo de balão em países, incluindo a Holanda Austríaca, Alemanha, Holanda e Polônia. Seu balão cheio de hidrogênio decolou de um pátio de prisão na Filadélfia, Pensilvânia. O voo atingiu 1.770 m e aterrissou no Condado de Gloucester, Nova Jersey. O presidente George Washington estava entre os convidados observando a decolagem.
Em 29 de setembro de 1804, Abraham Hopman se tornou o primeiro holandês a fazer um voo de balão de sucesso na Holanda.
Os balões de gás se tornaram o tipo mais comum da década de 1790 até a década de 1960. O balão de observação militar francesa L'Intrépide de 1795 é a aeronave mais antiga preservada da Europa; Está em exibição no Museu Heereschichtliches, em Viena. Jules Verne escreveu uma história curta, não ficção, publicada em 1852, sobre ficar preso a bordo de um balão de hidrogênio.
O primeiro voo de balão de sucesso gravado na Austrália foi por William Dean em 1858. Seu balão estava cheio de gases e viajou 30 km com duas pessoas a bordo. Em 5 de janeiro de 1870, T. Gale, fez uma subida do domínio em Sydney. Seu balão tinha 17 metros de comprimento por 31 metros de circunferência e sua ascensão, com ele sentado na rede, levou -o cerca de um quilômetro antes de desembarcar em Glebe.
Henri Giffard também desenvolveu um balão amarrado para passageiros em 1878 no Jardim de Tuilerias em Paris. O primeiro balão amarrado nos tempos modernos foi fabricado na França em Chantilly Castle em 1994 pela Aerophile SA.
Uso militar
O primeiro uso militar de um balão foi na Batalha de Fleurus em 1794, quando L'Enterprepresant foi usado pelo Corpo Aerostático Francês para observar os movimentos do inimigo. Em 2 de abril de 1794, um Corpo de Aeronautas foi criado no Exército Francês; No entanto, dados os problemas logísticos ligados à produção de hidrogênio no campo de batalha (exigia fornos de construção e derramamento de água no ferro-branco), o Corpo foi dissolvido em 1799.
O primeiro uso importante de balões nas forças armadas ocorreu durante a Guerra Civil Americana com o Corpo de Balões do Exército da União estabelecido em 1861.
Durante a Guerra do Paraguai (1864-70), os balões de observação foram usados pelo Exército Brasileiro.
Os balões foram usados pelos engenheiros reais britânicos em 1885 para fins de reconhecimento e observação durante a Expedição de Bechuanaland e a Expedição do Sudão. Embora os experimentos na Grã-Bretanha tivessem sido realizados já em 1863, uma escola de balão não foi estabelecida em Chatham, Medway, Kent até 1888. Durante a Guerra Anglo-Boer (1899-1902), foi feito o uso de balões de observação. Um balão de 11.500 pés cúbicos (330 m3) foi mantido inflado por 22 dias e marchou 165 milhas no Transvaal com as forças britânicas.
Os balões cheios de hidrogênio foram amplamente utilizados durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1918) para detectar movimentos das tropas inimigas e direcionar o fogo da artilharia. Os observadores telefonaram para seus relatórios aos policiais no terreno que depois transmitiram as informações para aqueles que precisavam. Os balões eram frequentemente alvos de aeronaves opostas. Os aviões designados para atacar balões inimigos eram frequentemente equipados com balas incendiárias, com o objetivo de acender o hidrogênio.
O crachá de aeronaut foi estabelecido pelo Exército dos Estados Unidos na Primeira Guerra Mundial para denotar membros do serviço que eram pilotos qualificados de balões. Os balões de observação foram mantidos bem após a Grande Guerra, sendo usados nas Guerras Russo-Finisnas, na Guerra de Inverno de 1939-40 e na Guerra de Continuação de 1941-1945.
Durante a Segunda Guerra Mundial, os japoneses lançaram milhares de "balões de fogo" de hidrogênio contra os Estados Unidos e o Canadá. Em operação para fora, os britânicos usavam balões para transportar incendiários para a Alemanha nazista. Durante 2018, balões e pipas incendiários foram lançados de Gaza em Israel, queimando cerca de 12.000 dunams (3.000 acres) em Israel.
Grandes balões de hélio são usados pelo governo sul -coreano e ativistas privados defendendo a liberdade na Coréia do Norte. Eles flutuam centenas de quilômetros através da fronteira com notícias do mundo exterior, rádios ilegais, moeda estrangeira e presentes de suprimentos de higiene pessoal. Um oficial militar norte -coreano o descreveu como "guerra psicológica" e ameaçou atacar a Coréia do Sul se sua libertação continuasse.
O ar quente retorna
Ed Yost redesenhou o balão de ar quente no final da década de 1950, usando tecidos de nylon rip-stop e queimadores de propano de alta potência para criar o moderno balão de ar quente. Seu primeiro vôo desse balão, com duração de 25 minutos e cobrindo 5 km (5 km), ocorreu em 22 de outubro de 1960 em Bruning, Nebraska. O design aprimorado de Yost para balões de ar quente desencadeou o movimento moderno de balões esportivos. Hoje, os balões de ar quente são muito mais comuns que os balões a gás.
No final da década de 1970, o balonista de ar quente britânico Julian Nott construiu um balão de ar quente usando tecnologias que acreditava estar disponível para a cultura Nazca do Peru cerca de 1500 a 2000 anos antes e demonstrou que poderia voar. E novamente em 2003, a NOTT especulou que o Nazca poderia ter usado como uma ferramenta para projetar as linhas nazca. Nott também foi pioneiro no uso da energia híbrida, onde a energia solar é uma fonte de calor significativa e, em 1981, ele atravessou o Canal da Mancha.
Balão moderno
Em 2012, o balão de Stratos Red Bull levou Felix Baumgartner a 128.100 pés para um salto de queda livre da estratosfera.
Esportes
Comercial
Os balões de gás amarrados são instalados como passeios de diversão em Paris desde 1999, em Berlim desde 2000, na Disneyland Paris desde 2005, no San Diego Wild Animal Park desde 2005, em Walt Disney World, em Orlando, desde 2009, e o DHL Balloon em Cingapura em 2006. Os balões de gás amarrados modernos são feitos pelo Aerophile SAS.
Os balões de ar quente usados no Sport Flying às vezes são fabricados em designs especiais para anunciar uma empresa ou produto, como ilustrado o Extinguer de incêndio Chubb.
Astronáutica
Balloon satellitesUm balão no espaço usa pressão interna do gás apenas para manter sua forma.
O satélite Echo era um satélite de balão lançado na Orbit Earth em 1960 e usado para revezamento passivo da comunicação por rádio. A Pageos foi lançada em 1966 para a triangulação mundial de satélite, permitindo maior precisão no cálculo de diferentes locais na superfície do planeta.
Planetary probes
Em 1984, o espaço soviético investiga Vega 1 e Vega 2 lançaram dois balões com experimentos científicos na atmosfera de Vênus. Eles transmitiram sinais por dois dias para a Terra.
Records de balão
Em 19 de outubro de 1910, Alan Hawley e Augustus Post desembarcaram no deserto de Quebec, no Canadá, depois de viajar por 48 horas e 1887,6 quilômetros (1.173 milhas) de St. Louis durante a corrida de balões internacionais de Gordon Bennett, estabelecendo um registro de distância que se mantinha para mais de 20 anos. Os homens levaram uma semana para caminhar para fora da floresta, durante os quais as festas de busca foram mobilizadas e muitos haviam levado o par por morto.
Em 13 de dezembro de 1913 a 17 de dezembro de 1913, Hugo Kaulen ficou no ar por 87 horas. Seu recorde durou até 1976.
Em 27 de maio de 1931, Auguste Piccard e Paul Kipfer se tornaram o primeiro a chegar à estratosfera em um balão.
Em 31 de agosto de 1933, Alexander Dahl tirou a primeira foto da curvatura da Terra em um balão de gás de hidrogênio aberto.
O balão do Explorer II cheio de hélio, pilotado pelos oficiais do Corpo de Aéreo do Exército dos EUA, capitão Orvil A. Anderson, major William E. Kepner e capitão Albert W. Stevens, atingiram uma nova altura recorde de 22.066 m (72.395 pés) em 11 Novembro de 1935. Isso seguiu a mesma mergulho quase fatal da mesma tripulação em julho de 1934 em uma embarcação antecessora, o Explorer, depois que seu dossel rompeu apenas 190 m (624 pés) curto (transpirou) do registro de altitude então que faz 22.000 m ( 72.178 pés) definido pelo balão soviético osoaviakhim-1.
Em 1976, Ed Yost estabeleceu 13 registros mundiais da aviação para a distância percorrida e quantidade de tempo no ar em sua tentativa de atravessar o Oceano Atlântico - Solo - por balão (3,938 km, 107: 37 h).
Em 1978, Ben Abruzzo e sua equipe se tornaram os primeiros a atravessar o Oceano Pacífico em um balão de ar quente.
O atual recorde de altitude absoluta para o voo de balão tripulado foi fixado em 34.668 m (113.739 pés) em 4 de maio de 1961 por Malcolm Ross e Victor Prather no Strato-Lab V Balloon Payload lançado do convés do USS Antietam, no Golfo do México.
A altitude anterior do recorde de um balão tripulado foi fixada em 38.960,5 m (127.823 pés) por Felix Baumgartner no balão Red Bull Stratos lançado em Roswell, Novo México, no domingo, 14 de outubro de 2012.
A altitude atual do recorde para um balão tripulada foi fixada em 41.419,0 m (135.889.108 pés) por Alan Eustace em 24 de outubro de 2014.
Em 1º de março de 1999, Bertrand Piccard e Brian Jones partiram no balão Breitling Orbiter 3 do Château d'Oex, na Suíça, no primeiro balão sem escavação de balão em todo o mundo. Eles desembarcaram no Egito após um voo de 40.814 km (25.361 mi) com duração de 19 dias, 21 horas e 55 minutos.
O recorde de altitude para um balão não tripulado é de 53,0 quilômetros (173.882 pés) na mesosfera, atingido com um volume de 60.000 metros cúbicos. O balão foi lançado pela Jaxa em 25 de maio de 2002 a partir da Prefeitura de Iwate, Japão. Esta é a maior altura já obtida por um veículo atmosférico. Apenas foguetes, aviões de foguetes e projéteis balísticos voaram mais alto.
Em 2015, os dois pilotos Leonid Tiukhtyaev e Troy Bradley chegaram em segurança na Baja California, no México, após uma jornada de 10.711 km. Os dois homens, originalmente da Rússia e dos Estados Unidos da América, respectivamente, começaram no Japão e voaram com um balão de hélio sobre o Pacífico. Em 160 horas, o balão chamado "Two Eagles" chegou ao México, que é uma nova distância e registros de duração para balões de gás direto.