Quels paramètres influent sur le vol des montgolfières?
TPE - Mathématiques, Physique - Matière et forme
Application:Exemples réels d’optimisation
Des records ont été homologué avec des montgolfières de très grand volume :
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Record de durée le 21 mai 2000 de 19h07mn55s par Lindsay Muir aux commandes de la montgolfière Lindstrand LBL-210-A de classe AX-10.
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Record d’altitude à 21 027 m le 26 Novembre 2005 (en deux heures d’ascension) par Vijaypat Singharia sur la montgolfière AX-15 au départ de Mumbai.
Le record de durée et distance a été battu grâce à une montgolfière de type Rozière :
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Bertrand Picard et Brian Jones ont effectué un tour du mode sans escalle à bord de la Breitling Orbiter III en mars 99. Ils ont parcourru 11 755 km en 19 jours 21h 47 mn.
Le record d’altitude a été battu avec un ballon sonde qui possède cette fois-ci une technologie différente des montgolfières mais possède des performances bien supérieures :
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Record d’altitude à 53 000 m en mai 2002 avec le ballon sonde Fujikura, inhabité, gonflé à l’hélium.
Le ballon solaire
Le ballon solaire est une montgolfière ultra-légère n'utilisant que le rayonnement thermique du soleil pour lever sa charge. Il est basé sur le phénomène suivant : le rayonnement solaire a une puissance thermique équivalente à 1000 W au m2. Un ballon réalisé en film plastique noir et gonflé avec l'air ambiant absorbe un grande quantité d'énergie solaire. Cela élève sensiblement la température du film plastique. Par échanges thermiques, la température de l'air à l'intérieur du ballon augmente. L'air se dilate, devient plus léger. Cela abaisse fortement la masse volumique de l'air chaud à l'intérieur du ballon (car il y a moins de molécules au m3). Cette bulle d'air chaud est plus légère que l'air ambiant. Elle monte. C'est une application du Principe d'Archimède.
La rozière
La rozière est un mélange de montgolfière et de ballon à gaz. C'est une sphère de gaz porteur plus léger que l'air (hélium) sous laquelle un cône d'air chaud, maintenu en température par un petit brûleur, permet de conserver la poche d'hélium à un volume constant.
La montgolfière Infrarouge
La MIR est une ballon à air chaud "ouvert" avec un complément d'hélium au décollage. Avec leur couverture aluminisée, ces ballons de 35 000 m3 à 45 000 m3 sont réchauffés uniquement par la chaleur du soleil pendant le jour ou par le rayonnement infrarouge terrestre pendant la nuit. En effet, la terre qui s'est échauffée dans sa masse, durant la journée, sous l'effet du rayonnement solaire, restitue la nuit cette chaleur sous la forme d'un rayonnement invisible d'infrarouges. De jour, le ballon MIR vole à une altitude de 28 km à 32 km et de nuit, entre 18 et 22 km suivant la quantité de flux infrarouges s'élevant de la zone survolée et le profil de la température de l'air au niveau de vol. Ils peuvent alors emporter durant plusieurs semaines une charge utile d'environ 50 kg. La trajectoire suit la circulation des vents stratosphériques.
Le ballon stratosphérique ouvert
Un ballon stratosphérique ouvert est un ballon à gaz, c'est-à-dire que sa sustentation est due aux caractéristiques des gaz dont il est rempli. Le décollage du ballon et son ascension sont dus à la poussée d’Archimède. Il faut savoir qu’au décollage, on ne rempli pas totalement le ballon d’hélium (ou de dihydrogène), mais avec un certain volume lui permettant de monter. Plus le ballon s’élève, plus les pressions qu’il rencontre sont faibles. Ainsi, l’hélium à l’intérieur du ballon est soumis à moins de pression et donc pour équilibrer la sienne avec la pression extérieure, son volume augmente.
Le ballon sonde
C'est un ballon gonflé avec un gaz léger (hélium ou hydrogène) et équipé d'une radiosonde. La radiosonde est une boîte en plastique munie d'un couvercle et qui contient un baromètre anéroïde, un thermomètre ainsi qu'un parachute. Pendant son vol, cette sonde est en contact avec le sol grâce à un émetteur. Le ballon gonflé avec un gaz léger fait monter la mini-station météorologique dans l'atmosphère. Le ballon s'élève à une vitesse d'environ 5 m/s et les instruments contenus dans la mini-station mesurent la température, la pression et l'humidité. Le vent est mesuré à partir du sol selon la vitesse de déplacement du ballon dans le ciel. Les informations sont transmises par un émetteur radio à la station de lancement du ballon-sonde et sont ensuite acheminées vers un centre de prévision. Après 30 km, le ballon éclate et la sonde tombe. C'est alors que le parachute se déploie pour amortir sa descente.