Słownik pojęć – balony
Briefing - (odprawa) spotkanie zawodników z sędziami - przed lotem. Podczas briefingu podaje się rodzaj konkurencji, jej zasady, aktualne dane meteorologiczne, szczególne uwagi, informacje o ruchu lotniczym i bezpieczeństwie. Jeżeli informacje są podawane na piśmie, to zawodnicy mają 5 minut przed rozpoczęciem odprawy na zapoznanie się z tymi informacjami.
Cel (Goal) - celem nazywamy miejsce określone współrzędnymi siatki mapy zawodniczej, wyznaczone przez Dyrektora Sportowego lub wybrane przez zawodnika.
Cel Wybrany Przez Zawodnika (Goal Selected By A Competitor) - powinien być łatwo dostępny dla samochodów i łatwy do przeprowadzenia precyzyjnych pomiarów. Jeżeli nie zostało to określone inaczej w danych do konkurencji, celem powinno być skrzyżowanie dwóch dróg. Zgodnie z danymi konkurencji zawodnik może być zobowiązany do wybrania jednego, lub wielu celów z listy dostarczonej przez Dyrektora Sportowego lub podanych w karcie konkurencji.
Dane Konkurencji (Task Data) - na odprawie są podawane dane (zazwyczaj w formie pisemnej) dotyczące lotu we wszystkich konkurencjach i dane dotyczące poszczególnych konkurencji.
Dane dotyczące lotu (Flight Data):
Data;
czas wschodu i zachodu słońca;
szczegóły dotyczące stref zakazanych;
miejsce startu;
okres startu;
przewidywany czas i miejsce następnej odprawy;
lot solo (obowiązkowy lub nie);
okres poszukiwania markerów;
Dane dotyczące konkurencji (Individual Task Data):
kolor(y) markera(ów);
kolejność konkurencji markerów (jeżeli jest inna niż podano);
metoda zrzutu markerów (jeżeli wymagany jest rzut grawitacyjny);
obszar pomiarowy markerów (MSA);
okres pomiarowy, obszar mierzenia i/lub przestrzeń mierzenia (jeśli wyznaczone);
dane konkurencji wg regulaminu;
Deklaracje Zawodnika (Declarations By Competitors) - zawodnik powinien jednoznacznie określić wybrany przez siebie cel koordynatami. Powinien on dodać opis szczegółów umożliwiających rozróżnienie określonego przez niego celu spośród innych znajdujących się w pobliżu. W przypadku deklaracji celu z listy celów wyznaczonych przez Dyrektora Sportowego może być użyta trzycyfrowa numeracja.
GPS Logger - jest urządzeniem, które rejestruje trasę lotu balonu i jego wysokość. Trasa zapisana w rejestrze, określa pozycję (szerokość geogr./długość geogr.), wysokość (ciśnieniową lub wysokość GPS) i czas zapisu. Urządzenie nie pozwala zawodnikowi na wprowadzanie danych i ingerencję w zapisane informacje.
Koordynaty (Coordinates) - do określenia punktu na mapie, wymagane jest zapisanie koordynat za pomocą ośmiu cyfr. Pierwsze cztery cyfry zachód/wschód, a drugie cztery południe/północ (najpierw długość geograficzna a później szerokość geograficzna). W przypadku deklaracji celu z listy celów wyznaczonych przez Dyrektora Sportowego może być użyta trzycyfrowa numeracja.
Krzyż (Cross - Target) - widoczny krzyż wykłada się w sąsiedztwie celu lub na wyznaczonych koordynatach. Jeżeli krzyż jest wyłożony, pomiarów dokonuje się od środka krzyża a nie od celu. Jeżeli zawodnik zbliża się do celu, a krzyż nie jest wyłożony, to powinien on zrzucić marker na cel. Krzyż powinien być wykonany z nie śliskiego materiału w kontrastowym kolorze. Wymiary krzyża powinny wynosić: 10m x 10m x 1,0m szerokości. Środek powinien być oznaczony znakiem "X" w widoczny sposób.
Marker (MKR - Marker) - wstęga z numerem zawodnika o szerokości 10 cm i długości 170 cm wykonana z nylonu powlekanego o gramaturze 100 g/m2. Na końcu wstęgi znajduje się kieszonka, w której zaszyte jest 70 g piasku. Marker wykorzystywany jest do rzucania nim z kosza lecącego balonu w kierunku krzyża - celu wyłożonego z płócien przez komisję sędziowską w oznaczonym miejscu na ziemi.
Obszar Rozgrywania Konkurencji (Contest Area) - jest to obszar zdefiniowany na oficjalnej mapie zawodniczej, opublikowany przed rozpoczęciem zawodów. Konkurencje nie będą rozgrywane i ich wyniki nie będą mierzone poza tym obszarem.
Odprawa Główna (GB - General Briefing) - dotycząca regulaminów, przepisów i istotnych spraw dotyczących zawodów musi odbyć się przed rozpoczęciem rozgrywania zawodów. Obecność na odprawie głównej jest obowiązkowa dla wszystkich pilotów, obserwatorów i personelu. Oficjalna lista zawodników sporządzona na podstawie obecności na odprawie głównej powinna być opublikowana jak najszybciej po jej zakończeniu, ale przed pierwszą odprawą do konkurencji. Jeżeli istnieją uzasadnione przyczyny, zgłoszenie spóźnionego zawodnika może zostać przyjęte przez dyrektora, po konsultacji z jury, jednakże przed publikacją pierwszych wyników.
Oficjalna Tablica Ogłoszeń (Official Notice Board) - podczas odprawy głównej Dyrektor Sportowy powinien poinformować, gdzie znajduje się oficjalna tablica ogłoszeń. Na tej tablicy powinien być umieszczony napis OFICJALNA TABLICA OGŁOSZEŃ. Umieszcza się na niej wyniki, odpowiedzi na zażalenia i protesty oraz inne oficjalne komunikaty bezpośrednio dotyczące zawodów. Na wszystkich umieszczonych tam informacjach musi znajdować się data i godzina opublikowania oraz podpis upoważnionej osoby.
Raport z Lotu (FRF - Flight Report Form) - raport z lotu określający miejsce startu, miejsce lądowania oraz czasy, przybliżone rezultaty konkurencji, zgodę właściciela oraz inne istotne dane. Powinien być wypełniony i podpisany przez zawodnika.
Rzut (FMD - Free Marker Drop) - marker musi być przed wyrzuceniem całkowicie rozwinięty. Do wyrzucania markera nie wolno używać żadnych mechanizmów. Osoba rzucająca marker musi stać na podłodze kosza balonu. Kary za małe wykroczenia bez żadnego zysku zawodniczego: 50 punktów z konkurencji. W innym razie 50 metrów zostanie dodane zawodnikowi w najmniej korzystnym dla zawodnika kierunku.
Rzut Grawitacyjny (GMD - Gravity Marker Drop) - w rzucie grawitacyjnym markera wykonywanie jakichkolwiek ruchów poziomych w odniesieniu do kosza jest zakazane, a upadek markera powoduje wyłącznie grawitacja. Osoba wykonująca rzut musi trzymać kompletnie rozwinięty marker za jego wstęgę (nieobciążoną część markera) i go puścić. Marker powinien spaść z wysokości górnej krawędzi kosza. Ręka trzymająca koniec markera nie powinna wystawać za kosz. Kara: za drobne wykroczenia niedające korzyści to 50 pkt. W pozostałych sytuacjach przekroczenie tego przepisu karane jest powiększeniem odległości o 50 metrów w najmniej korzystnym dla zawodnika kierunku. Jeżeli marker zostanie rzucony niegrawitacyjnie i spadnie wewnątrz obszaru pomiarowego, to rezultat zostanie uznany za ważny z uwzględnieniem karnej odległości.
Wspólny Obszar (obszary) Startu (Common Launch Point(s)) - jeden lub więcej wspólnych obszarów startu określonych i użytych przez organizatora obowiązuje wszystkich zawodników do startu z tych obszarów. Zawodnik startujący spoza wyznaczonego wspólnego obszaru startu nie osiąga wyniku w żadnej konkurencji w tym locie. Punktem wspólnego pola startu (CLP) jest punkt w/lub w pobliżu obszaru startu, fizycznie zaznaczony przed rozpoczęciem zawodów, od którego są mierzone wszystkie odległości i kąty, niezależnie od miejsc startu poszczególnych balonów.
Dyrektor Sportowy może ustalić określony wspólny obszar startu (CLA) poprzez określenie promienia wokół punktu określonego koordynatami lub przez jasno wytyczony obszar. Zawodnicy będą wybierali własne miejsce startu w obrębie tego obszaru. Wykorzystanie startowych i stosownych przepisów leży w uznaniu Dyrektora. Zawodnik musi wystartować w określonym czasie startowym lub jeśli wykorzystany jest punkt sygnałowy w okresie wskazanym przez flagi. Dyrektor Sportowy określa CLP dla konkretnego wspólnego obszaru startu (CLA) na briefingu do konkurencji.
Znak (Mark) - to rzut pionowy ciężarka w ostatecznym miejscu zatrzymania się markera na ziemi, po wyrzuceniu z balonu. Jeśli marker zostanie przesunięty, po tym jak spadnie lub zniknie z pola widzenia (np. pod wodą) najwcześniejsza pozycja kontaktu z ziemią zaobserwowana przez komisję lub obserwatora zostanie określona z możliwą dokładnością. Tę samą zasadę stosuje się, jeśli marker niesiony jest na powłoce innego balonu.
Znaki Sygnałowe (Launch Signals) - stosowane podczas wspólnego pola startu. Kolorowe flagi o następującym znaczeniu mogą być wciągane na maszt sygnałowy:
CZERWONA - zakaz startu. Anulowane są wydane zezwolenia na start.
ZIELONA - zezwolenie dla wszystkich balonów na rozpoczęcie napełniania gorącym powietrzem.
NIEBIESKA - zezwolenie na rozpoczęcie napełniania gorącym powietrzem dla (nieparzystych numerów) „niebieskiej fali balonów”.
BIAŁA - zezwolenie na rozpoczęcie napełniania gorącym powietrzem dla (parzystych numerów) „białej fali balonów”.
ŻÓŁTA - ostrzeżenie, że za pięć minut nastąpi zmiana flagi.
RÓŻOWA - dodatkowa odprawa lub zmiana wcześniej podanych informacji.
CZARNA - odwołanie konkurencji.
FIOLETOWA (zapasowa) - znaczenie tej flagi jest podawane na odprawie.
Sygnał dźwiękowy może być użyty dla zwrócenia uwagi na zmianę flagi na maszcie.
DEFINICJA BALONU
Aerostat - statek powietrzny lżejszy od powietrza.
Balon wolny - aerostat pozostający statycznie w powietrzu, niemający napędu.
Podklasa AX - jest to balon wolny, który uzyskuje swoją wyporność wyłącznie wskutek ogrzewania powietrza. W powłoce nie mogą znajdować się inne gazy poza powietrzem i normalnymi produktami spalania.
Określenie balonu - każdy zawodnik musi określić, jakim balonem będzie latać podczas zawodów. Nie dopuszcza się zmiany balonu po rozpoczęciu pierwszej odprawy, z wyjątkiem przewidzianym w regulaminie. Maksymalna wielkość balonu to typ AX-8 (3000cbm/105000cft). Najczęstszy typ balonów używanych podczas zawodów to AX-7 o pojemnościach od 1600 m3 do 2200 m3.
Balony na ogrzane powietrze
Od ponad 200 lat idea budowy balonu na ogrzane powietrze nie uległa zmianie. W dalszym ciągu balon składa się z kosza, w którym znajduje się pilot (załoga), palnika oraz powłoki w kształcie kuli lub kropli wody. Wyjątek stanowią balony reklamowe, które często przybierają kształt butelki, kufla, różnych zwierząt, czyli „special shapes”.
Zmieniły się natomiast używane materiały. Zamiast papieru, z którego dawniej klejono powłoki balonów, współcześnie stosuje się bardzo wytrzymałe i niepalne tkaniny poliestrowe. Dolna część powłoki balonu, osłaniająca płomień palnika, wykonana jest z materiałów Hi Tech - w tym przypadku wykorzystuje się nomex, tkaninę opracowaną przez NASA dla potrzeb lotów kosmicznych.
Niezmienny pozostał kształt i materiał, z którego wykonany jest kosz. W dalszym ciągu stosuje się do jego budowy lekką i wytrzymałą wiklinę, która przejmuje część energii podczas lądowania. Ten tradycyjny budulec rzadko zastępują inne konstrukcje. Wysokość lotu reguluje się podgrzewając powietrze wewnątrz powłoki. Wydaje się, że piloci balonów mogą decydować jedynie o wysokości lotu, a także o jego mniejszej bądź większej sterowności. Zmianę kierunku lotu uzyskać można jednak poprzez złapanie innego kierunku wiatru na innej wysokości.
Do podgrzewania powietrza stosuje się palniki, których moc sięga 2500 kW! Zasilane są one propanem lub propan-butanem z dużych butli (40-80 litrów) o wytrzymałej konstrukcji. Podczas godziny lotu palniki zużywają około 30 kg propanu (propan-butanu) przy założeniu, że lot odbywa się na mniej więcej stałej wysokości.
Do napełnienia powłoki przed startem stosuje się dmuchawy (wentylatora, wiatraka) zimnego powietrza (dla oszczędzania drogiego gazu i zabezpieczenia powłoki balonu przed spaleniem), a napełnienie powłoki ciepłym powietrzem następuje przed startem.
DLACZEGO W NIŻSZYCH TEMPERATURACH BALONY LATAJĄ LEPIEJ?
Teraz trochę fizyki. Spróbujmy wyjaśnić, dlaczego w niższych temperaturach balony latają lepiej. Zrobimy to w oparciu o dwie znane zasady fizyki dotyczące:
zależności gęstości gazu od temperatury,
energii promieniowania ciała doskonale czarnego.
Uwagi:
wywód ma charakter bardzo elementarny,
jest tu cały szereg upraszczających założeń (niektóre podane są w tekście).
Balony latają lepiej w niższej temperaturze bo:
mają lepszą wyporność przy tej samej różnicy temperatur we wnętrzu i na zewnątrz,
wolniej tracą ciepło.
Dlaczego? Uzasadnienie:
Wyporność balonu jest równa różnicy wagi zimnego powietrza (gdybyśmy nim wypełnili balon) i wagi gorącego gazu w balonie. Wyporność zatem, zależy od różnicy gęstości (i oczywiście pojemności). Gęstość gazu jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury (mierzonej w skali bezwzględnej tzn. w kelwinach). Najkrócej można powiedzieć, że różnica wyporności wynikająca z różnej temperatury otoczenia (a dla tej samej różnicy temperatur wewnątrz i na zewnątrz) jest prostą konsekwencją własności funkcji hiperbolicznej.
Widać to najlepiej na przykładzie.
Rozważmy dwie sytuacje:
balon w powietrzu o temperaturze 30 oC (303 K),
balon w powietrzu o temperaturze -20 oC (253 K).
Niech temperatura w balonie będzie dla obu przypadków wyższa o 80 stopni w stosunku do powietrza.
W pierwszym przypadku wyporność będzie proporcjonalna do: 1/303 - 1/383 = 0,00069
W drugim zaś do: 1/253 - 1/333 =0,00095
Warto zauważyć, że energia potrzebna na ogrzanie powietrza o stałą wartość nie zależy od temperatury początkowej (ponieważ ciepło właściwe można uznać za stałe w tym zakresie temperatur). Praktycznie więc, w zimie balony mogą latać wyżej i udźwignąć więcej, a różnica temperatur może być mniejsza, by osiągnąć taką samą wyporność jak latem. Zatem możemy również zużywać mniej gazu.
Balon wolniej traci ciepło, wynika to z prawa Bolzmana. Do naszego celu wygodniejsza jest nieco inna forma prawa Bolzmana powstała po scałkowaniu wzoru względem długości fali. Mówi ono że: Energia całkowita, jaką promieniuje ciało doskonale czarne, jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury (mierzonej oczywiście w skali bezwzględnej).
Wróćmy do naszego balonu.
Występują tam dwa zjawiska:
balon promieniuje ciepło,
balon absorbuje ciepło z otoczenia (otoczenie i balon traktujemy jako ciało doskonale czarne).
Ponieważ otoczenie jest chłodniejsze, zatem balon więcej promieniuje niż absorbuje, więc w efekcie traci ciepło. Tempo tych strat dla stałej różnicy temperatur maleje wraz ze zmniejszaniem się temperatury powietrza.
Weźmy znów nasz poprzedni przykład.
W pierwszym przypadku tempo utraty ciepła będzie proporcjonalne do:
(383 x 383 x 383 x 383) - (303 x 303 x 303 x 303) = 13 088 770 240
W drugim zaś do:
(333 x 333 x 333 x 333) - (253 x 253 x 253 x 253) = 8 199218240
Zatem ponownie mniej energii jest potrzebne do utrzymania stałej różnicy temperatury, gdy jest zimno. Oba wymienione efekty się sumują, w rezultacie wygląda na to, że warunki balonowania silnie zależą od temperatury. Z tego względu loty odbywają się głównie rano i wieczorem, kiedy warunki termiczne są najlepsze.
Balony gazowe
W balonach gazowych stosuje się gazy lżejsze od powietrza, takie jak hel i wodór (czasem stosuje się również podgrzewanie gazu).
Powłoka balonu gazowego wykonana jest z podgumowanej tkaniny (bawełna, jedwab lub tkaniny syntetyczne). Jest ona opleciona siatką, której końce mocowane są do obręczy nośnej - do obręczy podwieszony jest kosz. W górnej części powłoki umieszczona jest tzw. klapa nawigacyjna, służąca do wypuszczania gazu. Do opróżniania powłoki z gazu po wylądowaniu stosuje się rozrywacz.
Wzrost wysokości lotu następuje po wyrzuceniu balastu. Jego funkcję spełniają worki z piaskiem i wodą, które mocowane są do obręczy balonu. Obniżenie lotu uzyskuje się poprzez wypuszczenie gazu przez klapę nawigacyjną.
W Polsce jest kilka balonów gazowych, jednak ze względu na koszt napełnienia powłoki ich loty są bardzo rzadkie (ok. 10 tys. $ za jednokrotne napełnienie powłoki helem).