Jak funguje horkovzdušný balón

Archimédův zákon a vztlak

Balón stoupá díky vztlaku, který působí na obal naplněný teplejším vzduchem, než je okolní atmosféra. Archimédův zákon říká, že na těleso ponořené do kapaliny nebo plynu působí vztlaková síla rovná hmotnosti vytlačeného média. V případě balónu jde o vzduch. Když je vzduch uvnitř obalu ohřátý, jeho hustota klesá – například při teplotě 100 °C je přibližně o 25 % nižší než okolní vzduch o teplotě 15 °C. Tím se celý balón stává lehčím než okolí a začne stoupat. Rozdíl několika desítek stupňů Celsia (typicky 40–100 °C) je dostatečný pro vytvoření vztlaku, který udrží ve vzduchu balón i s posádkou.

Teplota vzduchu a její vliv

Objem vzduchu v obalu balónu zůstává přibližně konstantní, ale jeho hustota se mění v závislosti na teplotě. Čím vyšší je teplota vzduchu uvnitř obalu, tím nižší je jeho hustota, a tím větší vztlaková síla působí na balón. V praxi se využívá propan-butan nebo čistý propan, který se spalováním v hořáku ohřívá vzduch v obalu. Typická provozní teplota vzduchu v balónu se pohybuje mezi 80–100 °C, přičemž pilot hlídá maximální povolenou teplotu, která bývá stanovena výrobcem (např. 124 °C). Zvýšení teploty o 10 °C obvykle znamená nárůst vztlaku o cca 2,5 % na daný objem. Čím větší je rozdíl mezi vnitřní a vnější teplotou, tím větší nosnost balón má.

Nosnost podle objemu balónu

Za ideálních podmínek (vnější teplota 15 °C, vnitřní teplota vzduchu v obalu 100 °C, tlak 1013 hPa, hladina moře) vyprodukuje každý 1 m³ ohřátého vzduchu vztlak cca 0,3 kg. Z toho lze odvodit přibližnou maximální hmotnost, kterou může balón unést – tedy včetně posádky, koše, hořáku, paliva i samotného obalu.

Řízení směru pomocí větru

Balón nemá žádné aktivní řízení směru jako letadlo nebo vzducholoď. Pohybuje se výhradně podle směru větru. Pilot může ovlivnit směr letu pouze změnou výšky – v různých vrstvách atmosféry totiž často foukají větry různými směry a rychlostmi. Tento jev se nazývá vertikální střih větru. Při soutěžním nebo cíleném letu pilot neustále sleduje trajektorii balónu, testuje směr v různých výškách a volí tu nejvýhodnější pro dosažení cíle. Rozsah použitelných výšek se u většiny běžných letů pohybuje od několika metrů nad zemí po cca 1 500 m nadmořské výšky, záleží na počasí, typu balónu i konkrétní letové situaci.

Energie a palivo

Pro ohřev vzduchu v obalu se používají hořáky napojené na tlakové láhve s propanem. Každý balón má zpravidla 2–4 plynové láhve a 1–2 hořáky. Výkon jednoho hořáku se pohybuje okolo 2 000–3 000 kW. Spotřeba paliva závisí na venkovní teplotě, hmotnosti nákladu, délce letu i stylu pilotáže – průměrně se pohybuje mezi 40 až 60 litry propanu za hodinu letu. Pilot hořák zapíná v krátkých intervalech, aby udržel požadovanou teplotu v obalu. Plné spálení jedné 30litrové láhve může trvat přibližně 20 minut při intenzivním hoření, ale vždy záleží na mnoha okolnostech jako je velikost balónu, venkovní teplota, zatížení balónu a jiné. 

Technika a měření

Během letu má pilot k dispozici základní přístroje: výškoměr (ukazuje nadmořskou výšku), variometr (ukazuje rychlost stoupání či klesání), teploměr obalu (snímač teploty v horní části balónu), a v moderních systémech také GPS a logger pro záznam trasy. V soutěžním létání se používají specializované přístroje jako Balloon Live Sensor, který umožňuje živý přenos dat organizátorům. Pro komunikaci se zemí slouží radiostanice. Veškeré vybavení musí být schváleno pro letecký provoz a pravidelně kontrolováno.