Объем воздушного шара: Как я могу измерить объем воздушного шара?

Содержание

Какой вес поднимает шар с гелием?

А сколько нужно шаров, чтобы поднять целого человека? Наверняка, и вы задавались таким вопросом. Каким бы фантастическим это ни казалось, но потенциал у гелия для использования в таких целях действительно имеется. Так что остается только рассчитать количество шаров, необходимых для того, чтобы поднять тот или иной предмет.

Почему гелиевые шары летают?

Причина популярности гелия в качестве наполнителя для воздушных шаров кроется в уникальных свойствах газа: он обладает инертностью, относительно стабильно ведет себя в разных условиях и при этом имеет плотность меньше воздуха, что позволяет шарикам взмывать в небо. Правильно подобранный диаметр шара и объем закачанного в него гелия гарантируют воздушному украшению несколько часов полета.

Поскольку такой наполнитель является текучим газом, его молекулы обладают способностью просачиваться через микротрещины в стенках шара. Для сохранения гелия внутри, поверхность оболочки обрабатывается специальными средствами hi-float.

Грузоподъемность воздушного шара

Масса, которую может поднять воздушный шар, наполненный гелием, зависит от диаметра изделия и количества газа.

  • Экспериментальным путем было выяснено, что средняя «грузоподъемность» гелия составляет 1 кг на 1 м3 газа.

Исходя из этого соотношения, один-единственный воздушный шар диаметром 25 см поднимает груз весом около 3-4 грамма. Металлизированные шары такого же диаметра, наполненные гелием, способны поднять до 5 грамм веса. Таким образом, чтобы поднять одну шоколадную конфету весом 15 грамм потребуется 3-4 воздушных шара.

  • Для предметов потяжелее потребуется большее количество шаров. Так, роза весом 70 грамм взлетит на связке из 17-20 шаров, а мягкая игрушка весом 200 грамм потребует 50 шаров!

Сразу стоит отметить, что подобные расчеты верны для конкретных условий – внутри помещений с установленной температурой и влажностью. На улице же присутствует множество факторов, которые влияют на свойства газа. Так, следует учитывать атмосферное давление, меняющееся с высотой, воздействие солнечного света, силу ветра и другие условия.

Смогут ли гелиевые шары поднять человека в воздух?

Как мы видим, воздушные шары, наполненные гелием, в определенных условиях могут взмыть вверх, унося за собой некоторый груз. Но могут ли они поднять человека?

Делая расчеты с поправкой на реальные условия, стоит сразу сказать, что маленькие шары в совокупности будут иметь большую массу, уменьшая грузоподъемность гелия. Поэтому для полета человека лучше использовать шары большего диаметра – около 1 метра. Грузоподъемность такого шара будет составлять порядка 0,5 кг.

  • Чтобы поднять в воздух 70-килограммового человека, потребуется около 140 шаров с диаметром 1 метр!

Впрочем, насколько далека теория от практики, могут показать только реальные эксперименты, ведь в расчет принимаются стабильные внешние условия. Прецедент полета человека на воздушных шарах имеется, однако ему предшествовала серьезная подготовка и долгие расчеты. Для того чтобы взмыть вверх, испытателю весом 90 кг потребовалось более 360 шаров диаметром 1,2 метра. Чтобы наполнить шары гелием, потребовалось 53 баллона с газом. Максимальная высота, на которую смог взлететь выпускник физфака МГУ Виталий Куликов, составила 5724 метра.

Конструкция воздушных шаров – Ballooning.lt

Купол

Купол теплового воздушного шара шьется из прочных нейлоновых тканей – полиэстера или полиамида, внутренняя сторона которых покрывается полиуретаном (силиконом). Покрыв ткань полиуретаном, она не пропускает воздух.

Куски ткани — сегменты – сшиваются в колонки, которые потом сшиваются между собой. Отверстие надувания купола обшивают лентой из защитного материала Nomex, который является устойчивым к жару и защищает купол от обжигания во время надувания.

Далее на куполе зашиваются вертикальные и горизонтальные ленты нагрузки. Количество лент разное, в зависимости от количества колонок и формы купола. Чем больше у шара колонок, тем больше надо лент для сшивания, тем менее прочными они могут быть. На верхушке ленты крепятся к кольцу верхушки, а внизу лента обвода крепится к канатам подвески купола. Соединения прячутся в мешочках из материала Nomex. Таким образом получается однородный каркас купола.

Купола квалифицируются по объему и грузоподъемности, т. е. максимальному весу, который купол подпимает.

ТипОбъемКоличество колонокКоличество канатов нагрузкиСистема выпуска воздуха
A2970-15000м3
(AX-8- AX-13)
205Парашютный клапан, простая velcro часть с боковым клапаном или комбинированная velcro часть
N890-5950 м3
(AX-4 — AX-10)
12 — 16Парашютный клапан
O890-4530 м3
(AX-4-AX-10)
1212Парашютный клапан, иногда (особенно в больших куполах) простая или комбинированная velcro часть
V590 — 2550 м3
(AX3 -AX-8)
88Парашютный клапан
Z1840 — 2970 м3
(AX-7 — AX-8)
24Парашютный клапан
Горелки

Горелки, говоря образно, являются силовой станцией горячего воздуха воздушного шара. С механической точки зрения это самая сложная часть шара. Горелками накаляется воздух при надувании шара и поддерживается температура при полете. Горелки «питаются» жидким пропаном, который до сгорания в спиралях горелки превращается в газ. Поэтому почти половину горелки составляет спираль. В горелку сжиженный газ попадает из газового цилиндра. В спирали жидкий пропан накаляется, и прогревшись он превращается в газ. Накаленная горелка работает более производительно, чем холодная. Современные горелки изготавливаются с защитными коробками, которые защищают руку пилота от ожогов и удерживают тепло, излучаемое вниз от накаленной горелки. Горелка изготавливается из очень крепкой нержавеющей стали, поскольку температура сгорания пропана — около +500 C. Поэтому горелки должны выдержать температуру больших разниц. Современные горелки воздушных шаров являются мощными – их мощность достигает 4500-6000 мегаватт.

Корзина

Корзины обычно изготавливается из лозы, дно корзины – из устойчивой к влаге морской фанеры. Для структурного каркаса корзины используются 6 мм тросы из нержавеющей стали. Ими корзина крепиться к куполу. В гнезда рамы корзины и рамы горелки вставляются стояки из полиуретана. Они укрепляют и делают стабильной систему нагревания. Эти стояки и тросы покрываются кожаными оболочками, которые защищают стояки и тросы от механических повреждений. Газовые цилиндры, как правило, закрепляются кожаными ремнями в углах корзины. Устройства, футляр для карты, огнетушитель и другие принадлежности также крепятся в корзине в предназначенных для них местах.

                                                                          

 

Часто задаваемые вопросы и ответы о полетах на воздушных шарах

Цей матеріал також доступний українською

КОГДА ПРОХОДЯТ ПОЛЕТЫ?
— Полеты на воздушных шарах можно проводить круглый год. С марта по ноябрь – 2 раза в сутки, утром – с восходом солнца, и вечером – за 3 часа до заката. Зимой полеты на воздушном шаре можно проводить в течение всего светового дня.

ВО СКОЛЬКО ПРОИСХОДИТ СБОР?
— Время встречи для осуществления полета меняется в зависимости от времени восхода и захода солнца, поэтому всегда уточняйте информацию у менеджера клуба.

ПРИ КАКОЙ ПОГОДЕ МОЖНО ОСУЩЕСТВИТЬ ПОЛЕТ НА ВОЗДУШНОМ ШАРЕ?
— Погода является одним из наиболее важных аспектов для осуществления безопасных полетов на воздушных шарах. Дожди, грозы, туман, сильный ветер (свыше 5 м/с на порывах) имеют все основания для того, чтобы отложить полет. За день до даты запланированного полета, пилот подтверждает возможность осуществления полета по погодным условиям. Однако бывают редкие случаи — даже после прибытия на место старта, полет на воздушном может быть отменен и перенесен из соображений безопасности.

ПОЧЕМУ ПОЛЕТЫ НЕ ПРОХОДЯТ ДНЕМ?
— Динамические вертикальные потоки воздуха – так называемые «термики», вызванные нагревом земли от солнца, не позволяют летать в дневное время.

ГДЕ ПРОХОДЯТ ПОЛЕТЫ НА ВОЗДУШНЫХ ШАРАХ?
— Мы летаем на воздушных шарах по всей Украине – Киев, Львов, Днепр и другие города. Большинство полетов на воздушном шаре в Киеве, проходят за городом, в Макаровском или Васильковском районе, в 30км от столицы. Но есть так же, и полет на воздушном шаре непосредственно над Киевом. Мы можем привести воздушным шар практически в любую точку Украины и осуществить полет там, где Вам этого хочется, если это не противоречит техническим требованиям и ограничениями, связанными с полетами.

ОТКУДА ПРОИСХОДИТ ВЗЛЕТ?
— Непосредственно в день полета пилот определяет направление и скорость ветра, исходя из этого выбирается площадка для взлета. В любом случае она находится в пределах 15-20 минут езды от места сбора.

КАК ВЫСОКО ПОДНИМАЕТСЯ ШАР?
— Высота будет меняться на протяжении полета, так пилот регулирует скорость и направление движения, используя разные потоки воздуха. Безопасными (без специального оборудования) считаются полеты на высоте до 4000 м. Высота зависит от пожеланий пассажиров, но ограничивается правилами, действующими в конкретном регионе. Средняя высота при туристическом полете – 500 м (сравнимо со 150-этажным домом).

КАКОЕ РАССТОЯНИЕ МОЖЕТ ПРЕОДОЛЕТЬ ВОЗДУШНЫЙ ШАР ЗА ВРЕМЯ ПОЛЕТА?


— Обычно, во время часового полета аэростат преодолевает от единиц до нескольких десятков километров – в зависимости от силы и направления ветра. Топлива хватает на 2–3 часа.

ГДЕ МЫ ПРИЗЕМЛИМСЯ?
— Место посадки зависит от направления ветра. Это любое свободное поле, подходящее для приземления и встречи сопровождающим автомобилем.

СКОЛЬКО ВРЕМЕНИ ДЛИТСЯ ПОЛЕТ НА ВОЗДУШНОМ ШАРЕ?
— Вся программа полета на воздушном шаре длится от 3 до 5 часов, и включает: прибытие участников полета к месту встречи или старта аэростата; знакомство с пилотом; подготовку воздушного шара к полету; инструктаж участников полета; непосредственно сам полет на воздушном шаре, длительностью около часа; традиционное посвящение участников полета в воздухоплаватели и присвоение графского титула по месту приземления; вручение памятных грамот первого полета; распитие шампанского; возвращение участников полета к месту встречи. Расчетная продолжительность – около часа, это может быть и 50 мин и 90 в зависимости от скорости и направления ветра, температуры воздуха и наличия подходящей посадочной площадки. Основной приоритет – это безопасность. Так же ожидание может быть длительным (до часа) по причине непредвиденных условий (туман, усиление ветра, загрузка воздушного пространства военной авиацией и др.)

СКОЛЬКО ЧЕЛОВЕК МОЖЕТ РАЗМЕСТИТЬСЯ В КОРЗИНЕ ВОЗДУШНОГО ШАРА?
— На это влияет несколько факторов: объем оболочки аэростата, вес пассажиров, количество топлива на борту, и, конечно же, обязательно необходимо учитывать погодные условия. Наши аэростаты вмещают от 2 до 5 человек в корзине, общим весом не более 400кг.

НАСКОЛЬКО БЕЗОПАСЕН ПОЛЕТ НА ВОЗДУШНОМ ШАРЕ?
— Полет на воздушном шаре согласно статистике, признан самым безопасным из всех существующих летательных аппаратов. Конструкция теплового аэростата является наиболее надежной из воздушных судов. Мы выбираем идеальные погодные условия, все пилоты имеют огромный опыт, а техника – сертификаты летной годности.

НУЖЕН ЛИ ПАРАШЮТ ВО ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОЛЕТА НА ВОЗДУШНОМ ШАРЕ?
— В соответствии с Руководством по летной эксплуатации аэростатов, парашют не требуется, как и в пассажирских самолетах. Воздушные шары – один из самых безопасных видов малой авиации. Парашюты могут потребоваться в исключительных случаях – полеты на большой высоте или связанные с установлением рекордов.

КАК ПРОХОДИТ ПОЛЕТ?
— В день полета в условленном месте вас встретят представители клуба, пилот определит место старта. На поле команда сопровождения раскладывает и собирает воздушный шар, вы можете принять участие в этом процессе — сфотографировать и даже помочь членам команды. Пилот воздушного судна проводит обязательный предполетный инструктаж, ознакомление с техникой безопасности и вы отправляетесь в полет. После приземления вас ждет церемония посвящения. Затем вас отвезут к месту встречи, или домой – для этого заранее договоритесь о трансфере.

КАК МЫ ВЕРНЁМСЯ К МЕСТУ СТАРТА ВОЗДУШНОГО ШАРА?
— В течение всего полета за воздушным шаром следует машина сопровождения. Пилот координирует водителя машины по радиосвязи и направляет его к месту посадки аэростата. К моменту посадки воздушный шар с экипажем встречает наземная команда машины сопровождения и транспортирует шар, вместе с участниками полета к начальной точке полета.

КАК ОДЕВАТЬСЯ?
— Удобно, по погоде. Обувь на плоской подошве, наличие легких головных уборов приветствуется! Желательно надеть удобные брюки, ведь вам нужно будет перелезать через борт корзины высотой примерно 1,20 м. Если накануне был дождь или туман, лучше надеть непромокаемую обувь. Мы предлагаем вам поучаствовать в подготовке воздушного шара к полету, этот интересный процесс очень нравится гостям и облегчает работу команды.

МОЖНО ЛИ ВЗЯТЬ ФОТОАППАРАТ?
— Да. Вы можете взять фотоаппарат, телефон, селфи-палку – съемки с высоты отличаются особой красотой. Не упаковывайте вещи в большие рюкзаки или сумки – они мешают в полете.

МОЖЕТ ЛИ ШАР ПРОЛЕТЕТЬ НАД МОИМ ДОМОМ?
— Если ваш дом расположен по курсу полета, а направление ветра будет подходящим, это возможно.

МОГУ ЛИ Я ПРИГЛАСИТЬ ДРУЗЕЙ ИЛИ БЛИЗКИХ, ЧТОБЫ ПОНАБЛЮДАЛИ?
— Ваши друзья могут следовать за сопровождающим автомобилем клуба на своем транспорте

КАКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛЯ ПОЛЕТА СУЩЕСТВУЮТ?
— Чтобы полет был безопасным, а эмоции – позитивными, вы должны быть готовы перелезть через борт корзины высотой 120 см, стоять в течение 1 часа и согнуть колени при посадке. Вы также должны прослушать все инструкции пилота относительно техники безопасности и предполетного инструктажа. Согласно Воздушного Кодекса командир воздушного шара несет полную ответственность за безопасность лиц на борту, поэтому пилот имеет право принять окончательное решение о допуске к полету в каждом конкретном случае.

КАКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ВЕСУ И ВОЗРАСТУ СУЩЕСТВУЮТ?
— Мы берем детей от 6 лет, в сопровождении взрослых. Маленькие дети боятся шума горелки, кроме того, выше бортика корзины им ничего не видно, а поднимать и держать ребенка на руках – против правил безопасности. Подростки до 18 лет приглашаются в полет в сопровождении хотя бы одного взрослого.

ЧТО ДЕЛАТЬ, ЕСЛИ Я БЕРЕМЕННА?
— К сожалению, по причинам безопасности мы не можем осуществить полет с будущими мамами. Но если вы узнали о беременности уже после приобретения сертификата на полет, мы продлим срок его действия до момента появления вашего малыша на свет.

ЧТО ДЕЛАТЬ, ЕСЛИ Я ХОЧУ ОТМЕНИТЬ ИЛИ ПЕРЕНЕСТИ ДАТУ ПОЛЕТА?
— Пожалуйста, сообщите нам о своем желании не позднее, чем за сутки. Мы перенесем полет на ту дату, которая удобна Вам и свободна у нас.

ЧТО ДЕЛАТЬ В СЛУЧАЕ ОТМЕНЫ ПОЛЕТА?
— Даже если погода выглядит солнечной и ясной, полет может быть отменен. При планировании путешествия наши пилоты используют специализированные сайты и программы, прогноз которых зачастую разнится с прогнозом на обычных сайтах. Для нас главное, чтобы ваше воздушное приключение состоялось, поэтому мы предложим вам другую дату.

МЫ ВИДЕЛИ, КАК ЛЕТАЛИ ДРУГИЕ ШАРЫ, ПОЧЕМУ ПОЛЕТ ОТМЕНИЛИ?
— Полеты на таких аэростатах могли выполнять пилоты, которые тренируются для спортивных полетов. В любом случае решение о полете принимает командир воздушного судна всегда исходя из приоритета безопасности полёта.

КАК ВЫСОКО ПОДНИМАЕТСЯ ВОЗДУШНЫЙ ШАР?
— Все полет проходят под контролем диспетчерских служб и ограничение по высоте зависит от организаций по управлению воздушным движением. Так же высота полета зависит от скорости и направления ветра по высотам. Обычно тепловые аэростаты летают до несколько километров в высоту. При этом нужно учитывать, что с набором высоты воздух более разряжен, что сказывается на человеке и работе горелок. Во время проведения полетов на воздушных шарах, высота зависит от погоды, силы ветра, желания пассажиров, но и ограничена правилами выполнения полетов в конкретном районе. Средняя высота ознакомительного полета на воздушном шаре составляет от 500 до 1000м.

КАК ПРОИСХОДИТ УПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУШНЫМ ШАРОМ?
— Все воздухоплавание основано на законе Архимеда. В оболочке воздушного шара находится горячий воздух, который обладает меньшей плотностью, чем холодный и поэтому способен подниматься вверх. Регулируя при помощи газовой горелки температуру воздуха в оболочке, можно увеличивать высоту полета. Снижается шар за счет открытия специального парашютного клапана и выпуска части нагретого воздуха или за счет естественного остывания воздуха в оболочке. На разных высотах возможно изменение направления ветра, что способствует возможности пилоту корректировать направление полета, изменяя высоту.

КАК БУДЕТ ПРОИСХОДИТЬ ПОСАДКА?
— Для приземления выбирается достаточно большое поле. Чем сильнее ветер, тем больше должна быть площадка, чтобы избежать столкновения с препятствиями. Незадолго до приближения к площадке оболочку перестают нагревать, и шар снижается. Воздух выходит при помощи специального клапана. При приземлении важно следовать всем предполетным инструкциям пилота – сгибать колени и держаться за поручни, пока корзина не остановится.

КАК ТРАНСПОРТИРУЮТ ШАР?
— Для этого используется специальный прицеп и внедорожник, так как возможно приземление в труднодоступном месте.

НУЖНЫ ЛИ МЕШКИ С ПЕСКОМ?
— Они требуются только на газовых шарах. Тепловые модели аэростатов применяются для непродолжительных полетов, высота регулируется за счет разницы температур.

КАКОВ ВЕС АЭРОСТАТА?
— Шар с оборудованием и запасом топлива весит примерно 400 кг.

КАКОВЫ РАЗМЕРЫ АЭРОСТАТА?
— Высота около 21 м (7-этажный дом), диаметр 14 м. Большой аэростат способен поднять около 850 кг, его высота – с 8-этажный дом.

КАКИМ ТОПЛИВОМ ЗАПРАВЛЯЮТ ТЕПЛОВЫЕ АЭРОСТАТЫ?
— Воздух внутри оболочки прогревается при сжигании обычной смеси пропан-бутана.

КАКОВА СТОИМОСТЬ ШАРА?
— Цена зависит от материала, из которого сделана оболочка, и ее объема. Стоимость воздушного шара в зависимости от производителя от 25 тыс. у. е.

КАКОВА ТЕМПЕРАТУРА ВНУТРИ ШАРА?
— Обычно воздух прогревается от 50 до 110ºС, в зависимости от времени года и колличества пассажиров на борту.

КАКИЕ ПРИБОРЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В ПОЛЕТЕ?
— Вариометр – для расчета скорости снижения и набора высоты, альтиметр – для измерения высоты. Для определения местоположения применяется GPS, а для связи с сопровождающим автомобилем – рация.

ГДЕ ПРОИЗВОДЯТСЯ АЭРОСТАТЫ?
— Наиболее известные производители: Cameron Balloons (Англия), KubicekBalloons (Чехия), Ultra Magic (Испания), компания «Русбал» (Россия). Мы используем шары Ultra Magic (Испания) и других европейских производителей.

МОГУ ЛИ Я ПОУПРАВЛЯТЬ ШАРОМ?
— Нет, это исключено. В состав пилотов нашего клуба входят профессионалы с годовым налетом более 200 полетов в год, поэтому лучше довериться специалистам. Но пилоты с радостью ответят на все ваши вопросы об управлении шаром. Но если вы все-таки хотите почувствовать себя пилотом, вы можете получить первые азы управления аэростатом по программе «Стань пилотом»

Объем шара: онлайн калькулятор, формулы, примеры решений

Шар — это геометрическое тело вращения, образованное путем вращения круга или полукруга вокруг его диаметра. Также шар — это пространство, ограниченное сферической поверхностью. Существует множество реальных сферических объектов и связанных с ними задач, для решения которых требуется определить объем шара.

Шар и сфера

Круг — самая древняя геометрическая фигура, и античные ученые придавали ей сакральное значение. Круг — это символ нескончаемого времени и пространства, символ Вселенной и бытия. По мнению Пифагора, круг — прекраснейшая из фигур. В трехмерном пространстве окружность превращается в сферу, такую же идеальную, космическую и прекрасную, как и круг.

Сфера по-древнегречески означает «мяч». Сфера представляет собой поверхность, образованную бесконечным множеством точек, равноудаленных от центра фигуры. Пространство, ограниченное сферой, и есть шар. Шар — идеальная геометрическая фигура, форму которой принимают многие реальные объекты. К примеру, в реальной жизни форму шара имеют пушечные ядра, подшипники или мячи, в природе — капли воды, кроны деревьев или ягоды, в космосе — звезды, метеоры или планеты.

Объем шара

Определение объема сферической фигуры — сложная задача, ведь такое геометрическое тело нельзя разбить на кубы или треугольные призмы, формулы объемов которых уже известны. Современная наука позволяет вычислить объем шара при помощи определенного интеграла, однако каким образом была выведена формула объема в Древней Греции, когда об интегралах еще никто не слышал? Архимед вычислил объем шара при помощи конуса и цилиндра, так как формулы объемов этих фигур были уже определены древнегреческим философом и математиком Демокритом.

Архимед представил половину шара при помощи одинаковых конуса и цилиндра, при этом радиус каждой фигуры был равен ее высоте R = h. Античный ученый представил конус и цилиндр разбитыми на бесконечное количество маленьких цилиндров. Архимед понял, что если из объема цилиндра Vc вычесть объем конуса Vk, он получит объем одной полусферы Vsh:

0,5 Vsh = Vc − Vk

Объем конуса вычисляется по простой формуле:

Vk = 1/3 × So × h,

но зная, что So в данном случае — это площадь круга, а h = R, то формула трансформируется в:

Vk = 1/3 × pi × R × R2 = 1/3 pi × R3

Объем цилиндра вычисляется по формуле:

Vc = pi × R2 × h,

но считая, что высота цилиндра равна его радиусу, мы получаем:

Vc = pi × R3.

Используя эти формулы, Архимед получил:

0,5 Vsh = pi × R3 — 1/3 pi × R3 или Vsh = 4/3 pi × R3

Современное определение формулы объема шара выводится из интеграла от площади сферической поверхности, однако результат остается все тем же

Vsh = 4/3 pi × R3

Расчет объема шара может понадобиться как в реальной жизни, так и при решении абстрактных задач. Для вычисления объема шара при помощи онлайн-калькулятора вам понадобится узнать всего один параметр на выбор: диаметр или радиус сферы. Рассмотрим пару примеров.

Примеры из жизни

Пушечные ядра

Допустим, вы хотите узнать, сколько чугуна необходимо для отливки пушечного ядра шестифутового калибра. Вы знаете, что диаметр такого ядра составляет 9,6 сантиметров. Введите это число в ячейку калькулятора «Диаметр», и вы получите ответ в виде

V = 463,24

Таким образом, для выплавки пушечного ядра заданного калибра вам понадобится 463 кубических сантиметров или 0,463 литра чугуна.

Воздушные шары

Пусть вам любопытно, сколько воздуха необходимо для накачки воздушного шара идеальной сферической формы. Вы знаете, что радиус выбранного шарика составляет 10 см. Вбейте это значение в ячейку калькулятора «Радиус» и вы получите результат

V = 4188,7

Это означает, что для накачки одного такого шара вам понадобится 4188 кубических сантиметров или 4,18 литров воздуха.

Заключение

Необходимость определения объема шара может возникнуть в самых разных ситуациях: от абстрактных школьных задач до научных изысканий и производственных вопросов. Для решения вопросов любой сложности используйте наш онлайн-калькулятор, который мгновенно представит вам точный результат и необходимые математические выкладки.

Размеры воздушных шаров

Практические на всех сайтах размер воздушных шаров указан не в сантиметрах, а в дюймах. Поэтому понять, какого размера будет воздушный шарик заказчику сложно.

Дело в том, что в своей работе аэродизайнеры используют воздушные шары иностранного производства — Италия, Мексика, Колумбия. Эти страны используют единицу измерения дюйм, а не сантиметр. Аэродизайнеры упрощают себе жизнь и указывают у себя на сайте размеры, которые указывает на пачке изготовитель. Вообще один дюйм равен 2,5 сантиметрам.

Основные размеры воздушных шаров и их использование

1. Шарик 5 дюймов или 13 сантиметров — это шарики небольшого размера, напоминают апельсин. Их используют для изготовления фигур из шаров, например цифры, фигуры персонажей. Подходят только для наполнения воздухом, т.к. вес шарика выше подъемной силы гелия (малый объем гелия на вес шарика)

2. Шарик 9 дюймов или 23 сантиметра в диаметре. Такие шары могут надуваться воздухом (например цветы из шаров) или гелием. Это небольшие шары, подойдут они для украшения потолка зала, кафе или квартиры. Но эти шарики смотрятся «скромно» в пространстве из-за своего небольшого размера.

3. Воздушный шар 10 дюймов. Это самый распространенный размер шарика, часто просто говорят шар среднего размера или 25 сантиметров в диаметре. Такого размера воздушные шары на палочке раздают детям в Макдональдсе. Они хорошо подходят для украшения зала, кафе. Их можно надувать воздухом и гелием. Используют для сброса воздушных шаров или запуска гелиевых шаров. Бывают с рисунком или поздравительной надписью, например «С Днем Рождения»/

4. Шары большого размера 12 дюймов (основной размер шариков) или 30 сантиметров. Считается, что это шары большого размера, их можно надуть гелием. Напоминают по размеру небольшой арбузик. Если их надуть гелием и обработать ХайФлоат, то они летают от 2, 3 дней до месяца (зависит от условий эксплуатации). Так же используются, чтобы сделать арку из воздушных шаров.

5. Шары 14 дюймов или 35 сантиметров. Эти шарики используют так же как и 12 дюймовые, но по расходным материалам итоговая стоимость таких шариков с гелием и обработкой получается значительно выше, но большой разницы в объеме нет, поэтому выгоднее использовать 12ти дюймовые для обеих сторон (переплачивать нет смысла)

6. Шары большого размера (60см,90см) шар-гигант. Бывают шары еще большего размера, 1 метр и даже 2 метра в диаметре. используются чаще всего для декорирования помещений, фотосессии и шар-сюрприз (внутри шара находятся маленькие шарики или игрушки) или декорируются гирляндами- тассел. Отлично подходят для деккорирования большого пространства или помещения под торжественное мероприятие.

Размеры фольгированных шаров

1. Шары 4 дюйма или 10см. Эти маленькие шарики предназначены для наполнения воздухом. Используются при декорировании и составлении компазиций из воздушных шаров (сердечки, звездочки, цветочки).

2. Шары 9-10 дюймов или 23см. Маленькие фольгированные шарики наполняются исключительно воздухом, так как небольшой объем гелия в этих шариках не позволит им подняться в воздух из-за соотношения массы шарика и подъемной силы гелия. Так же Вы часто можете встретить в продаже эти шарики поштучно на входах в зоопарк или на детском мероприятии (различные формы в виде героев мультфильмов и животных) комплектуются удобной палочкой.

3. Шары 17 дюймов или 43см. Эти фольгированные шарики специальной формы используются для декорирования помещения. Исполненны в виде различных фигур (например- ромашка) которые можно легко и быстро прикрепить в помещении на стену, тем самым, преобразить его в красочное место для торжества.

4. Фольгированные шары 18 дюймов или 46 см. Это размер шаров, идеально подходящий для наполнения как воздухом, так и гелием. Благодаря такому качеству, шарики получили широкое применение у декораторов и компаний специализирующихся на доставке воздушных шаров. Самые популярные формы данных шариков: круги, звезды, сердца. Отличное дополнение к латексным шарикам, которые вместе составят красивый букет с яркими переливами красок.

5. Далее размеры фольгированных шариков варируются незначительно. Они могут отличаться по размеру лишь по причине их исполнения, так как размер обусловлен их формой. Исполнение шаров в виде героев мультфильмов, тортиков, зверей, машинок, самолетов и т.д.. Размеры: 20 дюймов- 51см, 22 дюйма- 56см, 34 дюйма- 86см и тд

6. Еще один распространенный размер фольгированных шаров- это фольгированные цифры. Размер этих шаров составляет 40 дюймов или 102 сантиметра.

7. Стоит так же упамянуть о фольгированных ходящих фигурах. Ходячие фигуры наполняются гелием и уравновешиваются специальными грузами (идут в комплекте). Благодаря грузам и гелию ходячая фигура парит над полом, создавая эффект движения от легкого дуновения ветра. Исполнены в виде героев мультфильмов или забавных жтвотных. Размеры ходячих фигур так же зависят от их формы. Бывают маленькие от 24 дюйма или 61см (собачки, кошечки и тд), а бывают и внушительного размера 44 дюйма 112 сантиметров (человек паук, бетмен, русалочка и тд).

НАШИ ШАРЫ С ГЕЛИЕМ

Свойства воздушных шаров — Funburg.ru

Химические и физические процессы, влияющие на продолжительность «жизни» шарика

Основная причина разрушения воздушных шаров – кислород, содержащийся в атмосфере. Пока шар находится в ненадутом состоянии, молекулярная структура латекса устойчива к влиянию кислорода, но после надува стенки шара становятся значительно тоньше, молекулы латекса вступают в реакцию с молекулами кислорода, в результате чего происходит окисление и деструкция латекса – его эластичность снижается, количество пор возрастает. С визуальной точки зрения окисление латекса проявляется в потере блеска и прозрачности, шар становится матовым, мутнеет.

Этот процесс происходит со всем латексными шарами, независимо от времени года, меняется лишь скорость его протекания. Все факторы, повышающие активность кислорода, увеличивают скорость окисления шаров: это температура, ветер, солнечный свет и озон. Именно поэтому проблема быстрого окисления латекса особенно актуальна летом. К примеру, в жаркую погоду при значительной влажности время полета шара сокращается примерно в два раза.

Существует несколько факторов, влияющих на скорость протекания реакции окисления:
– солнечный свет и высокая температура;
– перепады температуры;
– ветер.

Солнечный свет и высокая температура

Воздушные шары очень чувствительны к яркому солнечному свету. Размещая шары под прямыми солнечными лучами, вы можете потерять их буквально в течение нескольких часов.
Солнечное излучение в своем спектре содержит значительную долю ультрафиолетового излучения, которое активизирует атмосферный кислород, который, в свою очередь, активнее соединяется с латексом, и в результате окисление происходит за считанные часы.

Также чем выше температура вокруг воздушного шарика, тем активнее происходит реакция окисления, стенки шара истончаются, активнее ведут себя молекулы гелия и быстрее просачиваются сквозь поры латекса. При понижении температуры эти процессы протекают гораздо медленнее, и срок «жизни» шариков гораздо длиннее. Также под воздействием высокой температуры, гелий внутри шара расширяется, отчего шар может лопнуть.

Если планируете использовать шары на улице в жаркую погоду, выбирайте шары светлых оттенков – например, голубой вместо синего, розовый вместо красного и т.д. Шары темных оттенков притягивают больше света и больше нагреваются, соответственно на ярком солнце сдуваются и лопаются первыми.

Не просите надуть шары максимально большого размера – при жаркой солнечной погоде очень важно надувать шары правильного размера, чтобы шар оставался круглым или овальным, но не принимал форму «лампочки». Благодаря этому сохраняется необходимая толщина стенки шара, что позволяет ему дольше выдерживать воздействие солнечного света.

Перепады температуры

Гелий существенно изменяет свой объем при изменении температуры – расширяется при высоких температурах и сжимается при низких. Это особенно заметно зимой – когда вы выносите шар на мороз, его размер сильно уменьшается, он «сжимается», а если занести шар обратно в тепло, он примет прежнюю форму. При этом необходимо учитывать, что частые перепады температуры приводят к быстрому износу латекса, в результате чего шарик быстрее сдувается.

Если вынести латексный шар, обработанный HiFloat, на мороз, он сожмется, и в этот момент станет виден HiFloat внутри шара: шар кажется «помятым» и выглядит не лучшим образом. При попадании в теплое помещение шар принимает свою прежнюю форму и идеальный внешний вид. Поэтому, если вы планируете использовать шары в зимнее время именно на улице (организуете поздравление на свежем воздухе или используете шары для уличного оформления), предупредите об этом при оформлении заказа – скорее всего, вам лучше будет заказать шары без обработки HiFloat.

Особенно хорошо процесс сжатия и расширения гелия под воздействием температуры видно на фольгированных шарах: заполненный гелием фольгированный шар при выносе на холодный воздух сразу меняет форму, будто сдувается, поэтому не лучшим образом подходит для использования на улице в холодное время года. Но при входе в теплое помещение «надувается» на глазах и быстро приобретает былую форму!

Не размещайте шары вблизи кондиционеров, обогревателей или у входа – в местах, подверженных частой перемене температуры, когда на шары попадают потоки неравномерно нагретого или охлажденного воздуха.

При входе с улицы в теплое помещение подождите несколько минут в подъезде, а не сразу заносите шарики в квартиру, чтобы температура внутри шаров приблизилось к комнатной и резкое расширение гелия не привело к разрыву шара.

Если собираетесь использовать шары на улице, предупредите об этом при оформлении заказа – мы поможем выбрать подходящие для такого случая шары.

Ветер

При обдуве шара воздухом количество кислорода, который участвует в окислении латекса, увеличивается, соответственно, увеличивается и скорость старения латекса – стенки шара истончаются, он теряет свои блеск, прозрачность, гелию становится легче выбраться наружу, и шар со временем начинает уменьшаться в объеме. При этом важно учесть, что и в помещении есть ветра – работа вентилятора, кондиционера и сквозняк оказывают схожее действие.

К тому же ветер неизбежно приносит частицы пыли, которые оседают на стенках шара. В результате трения шаров друг о друга частицы пыли царапают стенки шаров – образуются микротрещины, которые могут привести к тому, что шар лопнет или опустится раньше времени.

Не размещайте шары вблизи вентилятора, кондиционера или у окна, если есть такая возможность.

Перевозите шары в специальных транспортировочных пакетах, чтобы снизить воздействие ультрафиолетового излучения и уберечь шары от ветра, или заказывайте их с доставкой!

Отдавайте предпочтение шарам типа «пастель», так как внешние признаки процесса окисления на них заметны меньше, чем на шариках типа «кристалл», «металл» и «перламутр». На шариках типа «кристалл» (в том числе на шариках с конфетти), процесс окисления наиболее заметен: в результате него шарики теряют свою прозрачность и становятся не такими эффектными.

Формула объёма шара

Шар это геометрическое тело, образованное в результате вращения полукруга на оси своего диаметра.

Вычислить объем шара

Формула расчёта объёма шара

 

Объем шара можно вычислить по формуле:

 

 

R – радиус шара

V – объем шара

π3.14

Пример нахождения объёма шара

 

Задача:

Найти объем шара радиусом 10 сантиметров.

Решение:

Для того чтобы вычислить объем шара формула используется следующая:

где V – искомый объем шара, π3,14, R – радиус.

Таким образом, при радиусе 10 сантиметров объем шара равен:

V

=

4

3

3,14 × 103 = 4186,7

кубических сантиметров.

В геометрии шар определяется как некое тело, представляющее собой совокупность всех точек пространства, которые располагаются от центра на расстоянии, не более заданного, называемого радиусом шара. Поверхность шара именуется сферой, а сам он образуется путем вращения полукруга около его диаметра, остающегося неподвижным.

С этим геометрическим телом очень часто сталкиваются инженеры-конструкторы и архитекторы, которым часто приходится вычислять объем шара. Скажем, в конструкции передней подвески подавляющего большинства современных автомобилей используются так называемые шаровые опоры, в которых, как нетрудно догадаться из самого названия, одними из основных элементов являются именно шары. С их помощью происходит соединение ступиц управляемых колес и рычагов. От того, насколько правильно будет вычислен их объем, во многом зависит не только долговечность этих узлов и правильность их работы, но и безопасность движения.

В технике широчайшее распространение получили такие детали, как шариковые подшипники, с помощью которых происходит крепление осей в неподвижных частях различных узлов и агрегатов и обеспечивается их вращение. Следует заметить, что при их расчете конструкторам требуется найти объем шара (а точнее – шаров, помещаемых в обойму) с высокой степенью точности. Что касается изготовления металлических шариков для подшипников, то они производятся из металлической проволоки при помощи сложного технологического процесса, включающего в себя стадии формовки, закалки, грубой шлифовки, чистовой притирки и очистки. Кстати говоря, те шарики, которые входят в конструкцию всех шариковых ручек, изготавливаются по точно такой же технологии.

Достаточно часто шары используются и в архитектуре, причем там они чаще всего являются декоративными элементами зданий и других сооружений. В большинстве случаев они изготавливаются из гранита, что зачастую требует больших затрат ручного труда. Конечно, соблюдать столь высокую точность изготовления этих шаров, как тех, которые применяются в различных агрегатах и механизмах, не требуется.

Без шаров немыслима такая интересная и популярная игра, как бильярд. Для их производства используются различные материалы (кость, камень, металл, пластмассы) и используются различные технологические процессы. Одним из основных требований, предъявляемых к бильярдным шарам, является их высокая прочность и способность выдерживать высокие механические нагрузки (прежде всего, ударные). Кроме того, их поверхность должна представлять собой точную сферу для того, чтобы обеспечивалось плавное и ровное качение по поверхности бильярдных столов.

Наконец, без таких геометрических тел, как шары, не обходится ни одна новогодняя или рождественская елка. Изготавливаются эти украшения в большинстве случаев из стекла методом выдувания, и при их производстве наибольшее внимание уделяется не точности размеров, а эстетичности изделий. Технологический процесс при этом практически полностью автоматизирован и вручную елочные шары только упаковываются.

Факты о метеозонде

— StratoStar

17 января Факты о метеорологическом шаре

Метеозонд можно рассматривать как технологию старой школы, но с сегодняшней современной электроникой ученые-ракетчики только мечтают о недорогих возможностях, которыми обладают эти воздушные шары, которые могут создавать изображения мира сверху. Я лично запустил более 100 таких метеозондов и обучил сотни педагогов по всей стране, чтобы помочь им внедрить программы с воздушными шарами в рамках их основной учебной программы.Вы можете скачать мое руководство, чтобы узнать больше о том, как начать программу использования метеозондов в вашей школе или округе.

Полет и атмосфера

Метеорологи используют метеозонды для изучения атмосферы, и вы могли бы сказать: «Эй, у нас есть спутники, которые дают нам все эту информацию», но метеорологи отправят эти воздушные шары на собирать больше, чем просто изображения земли. Как правило, они включают технологии, которые могут записывать температуру, давление и влажность, и они могут фактически пробуйте атмосферу напрямую.Они используют этот образец, чтобы взглянуть на спутниковые данные, чтобы подтвердить их правильность или вместо этого изменить модели. Они также включите какой-то GPS, чтобы сообщить нам, где находится воздушный шар в любой момент времени. время.

Что интересно, это отличный пример глобальное сотрудничество. Более 900 сайтов по всему миру отправляют метеозонды или метеозонды каждый день, и это скоординировано так что все они запускаются по всему миру в одно и то же время — полдень и полночь по лондонскому времени.Все эти данные вводятся в компьютеры вместе с спутниковая информация, чтобы дать нам прогнозы, которые у нас есть каждый день в наших приложениях и по телевизору.

В начале 2000-х годов любители и преподаватели начали использовать метеозонды для отправки студенческих проектов, на которых также были крошечные камеры. доска. Когда я начинал, мы все еще выпускали пленочные камеры. Вы бы пошли в Walgreens и разработайте его, чтобы вы могли видеть, что происходит!

Восход солнца с высотного воздушного шара StratoStar над Индианой.

В настоящее время у нас есть эти маленькие камеры GoPro — так снимаются эти изображения и видео, которые вы видели на YouTube. Похоже, воздушный шар улетел в космос. Эти воздушные шары будут достигать высоты более 100 000 футов или 30 километров, что превышает 99% атмосферы по объему. Но действительно ли это космос? Я раскрою эту тему в другом посте в ближайшее время.

Баллон и подъемный газ

Лучшее в этом то, что вам не нужно быть ученый-ракетчик, чтобы запустить эти воздушные шары.Большинство организаций используют латексный шар. Обычно это очень большой воздушный шар для вечеринок. Это более толстая резина, и когда она заполнена, она может достигать размера около шести футов в поперечнике. находясь на земле. После того, как воздушный шар наполнится, он будет выпущен и будет подниматься примерно на 1100 футов в минуту или 5 метров в секунду, путешествуя по тропосферы до тропопаузы со средней температурой около -40 градусов по Фаренгейту, но может стать холоднее в зависимости от времени года. Метеозонд будет нести парашют, а также полезную нагрузку или коробку с датчики для обнаружения таких элементов, как температура, давление, влажность и GPS.Это поднимется через атмосферу, а после выхода из тропопаузы войти в стратосферу.

Мы можем распознать, когда это происходит, потому что изменение температуры. На самом деле он начинает нагреваться, потому что УФ на этом уровне излучение поглощается озоновым слоем. Когда мы видим, что изменение температуры, мы знаем, что вошли в стратосферу. стратосфера обычно находится на высоте около 50 000 футов над землей. Как полезные грузы и воздушные шары подняться через атмосферу, воздушный шар будет увеличиваться в размерах.Это связано с гелий или водород, соответствующие давлению снаружи воздушного шара, и давление воздуха по мере подъема на высоту уменьшается.

Изменение диаметра метеозонда от уровня моря (запуск) до 100 000 футов в полете над Землей.

Как я уже говорил, когда мы впервые запускаем воздушный шар, он около шести футов в поперечнике, но прямо перед тем, как взорваться, он вырастет до примерно 27 футов в поперечнике. Это примерно в 4,5 раза больше исходного диаметра. но если мы воспользуемся теми же числами и подставим их в формулу объема сфера, мы видим, что на земле у нас примерно 100-200 кубических футов гелия, но на самой большой высоте, когда его диаметр составляет 27 футов, а высота – 100 000 футов над землей, у вас может быть объем в 10 000 кубических футов.Когда воздушный шар достигает своего максимального размера, он лопнет и начнет падать обратно в земной шар.

Изменение объема метеозонда от уровня моря (запуск) до 100 000 футов в полете. Изменение объема связано с уменьшением давления в атмосфере.

Парашют срабатывает сразу, так как он висит прямо под шаром, поэтому его не нужно раскрывать, как парашютисту. Но уникальность в том, что он начинает падать на скорости около 120 миль в час. В парашюте ничего не цепляет.Молекулы высоко в атмосфере находятся очень далеко друг от друга, а плотность воздуха очень низкая, поэтому полезные грузы очень быстро падают на землю. Есть даже небольшие временные рамки нулевых G, испытываемых полезной нагрузкой и остальной частью воздушного шара, когда он начинает падать. По мере увеличения атмосферы воздушный шар замедляется и приземляется со скоростью около 10 миль в час.

Отслеживание и датчики

Отслеживание погоды может быть довольно сложным. Метеорологи будут использовать довольно причудливую систему, использующую технологию прямой видимости, такую ​​как рация и гигантская антенна на земле, чтобы передавать данные обратно в свои компьютерные системы.

Любители и преподаватели могут использовать радиолюбители и ходить в походы GPS, но в моей компании StratoStar мы разработали систему спутникового слежения. система, поэтому датчик и данные отслеживания, отправленные на спутники, затем отправляются в Интернет и позволяет любому, у кого есть доступ к веб-браузеру (планшет, компьютер, телефон) для отслеживания на карте. Студенты могут видеть в режиме реального времени, где воздушный шар, а также все данные через графики в системе отслеживания. Мы также включены каналы социальных сетей, чтобы вы могли видеть, что происходит на на стартовой площадке или в машинах слежения, даже если вы не можете там находиться.Мы только хотел сделать вещи действительно простыми, чтобы вы могли реализовать это в своем школа или район.

Бортовой компьютер SatCom компании StratoStar отправляет данные отслеживания в Интернет во время полета на высоте 20 миль над Землей.

Восстановление

Метеорологи отслеживают данные вплоть до взрыва, но они не восстанавливать полезные нагрузки. Никто не выходит, чтобы найти эти воздушные шары. Они только земли, где они приземляются. На борту есть адрес, и там написано, что если вы отправите это внутри, может быть небольшое вознаграждение, но, насколько я могу видеть в Интернете, только от 10 до 20% из них возвращаются.

Но для любителей и преподавателей вся цель этого занятия состоит в том, чтобы вы могли отслеживать и восстанавливать свои полезные нагрузки, чтобы вы могли снова летать, и вы могли снимать эти кадры с вашей экшн-камеры. Есть несколько очень конкретных советов, приемов и оборудования, которые увеличат ваши шансы на выздоровление, а также некоторые вещи, которые вы никогда не должны делать, и я рассказываю обо всем этом в своем руководстве по программе бесплатного использования метеозондов .

Если вы хотите начать программу запуска метеозондов в своей школе или округе, воспользуйтесь моим бесплатным руководством о том, как начать создавать свою команду и генерировать идеи о том, где вы можете реализовать запуск этих метеозондов в рамках своей учебной программы по естественным наукам или STEM.Если вам нужны советы и рекомендации о том, как управлять метеозондами с помощью камеры, у меня есть канал на YouTube , который вы можете посетить. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте комментарий или свяжитесь со мной напрямую .

Я с нетерпением жду возможности поделиться своими знаниями о погоде воздушные шары, чтобы вы могли летать и реализовать это в своем классе, чтобы сделать учится по-настоящему!

Калькулятор производительности воздушного шара — высотная наука

Прежде чем использовать наш Калькулятор производительности шаров, нам важно, чтобы вы точно поняли, как он работает.Калькулятор производительности воздушного шара начинается со сбора трех частей информации: размера вашего метеозонда, веса вашего полезного груза и того, какую положительную подъемную силу вы хотите использовать. С этими тремя значениями Калькулятор производительности воздушного шара точно определяет, сколько гелия вам нужно. Для этого калькулятор добавляет вес воздушного шара, вес полезной нагрузки и положительную подъемную силу. Затем он делит эту сумму на 27,82, чтобы получить необходимое количество гелия в кубических футах (1 куб.футов гелия может консервативно поднять 27,82 грамма). Затем Калькулятор производительности воздушного шара рассчитывает высоту, на которой воздушный шар лопнет. Он уже знает, каков начальный объем шара при запуске в кубических футах. и поэтому может предсказать, на какой высоте будет находиться воздушный шар, когда он достигнет своего максимального объема. Чем меньше первоначальный объем воздушного шара, тем выше он поднимется, прежде чем достигнет объема разрыва. Имейте в виду, что это только консервативная оценка.

Ссылка на калькулятор производительности шара

инструментов.highaltitudescience.com/

Что вам нужно

  1. Размер воздушного шара, который вы собираетесь использовать — Наш калькулятор производительности воздушного шара работает с размерами наших воздушных шаров 350, 600 и 1200 г.
  2. Вес вашей полезной нагрузки в граммах — Это вес всего, что подвешено под шаром, включая парашют. Вы можете использовать весы для запуска, входящие в комплект нашей инфляционной системы. чтобы получить точное измерение. Вес полезной нагрузки НЕ включает вес воздушного шара.
  3. Ваша положительная подъемная сила в граммах — Это число станет более понятным, когда вы научитесь пользоваться нашим Калькулятором производительности баллона. Пока просто начните с начального предположения в 100 граммов. Вы всегда можете изменить это число на основе результатов, полученных с помощью калькулятора.

Что такое положительный подъем?

Положительная подъемная сила — это дополнительная подъемная сила, необходимая вашему метеозонду для подъема вверх в дополнение к подъемной силе, необходимой для удержания веса вашего полезного груза и веса самого шара.В качестве примера предположим, что вы хотите запустить полезную нагрузку весом 1200 граммов (включая вес парашюта, такелажа и т. д.). Предположим также, что вы используете наш 1200-граммовый метеозонд (который также весит 1200 грамм). Вы рассчитываете, сколько гелия вам нужно для запуска вашей полезной нагрузки, зная, что 1 куб. фут. гелия поднимет 28 грамм. Вы делите вес вашего воздушного шара и полезной нагрузки (2400 г) на 28 г/куб.фут. чтобы получить общее количество кубических футов гелия, необходимое для вашего запуска (2400 г ÷ 28 г/куб.футов = 86 куб. футов). Вы надуваете свой воздушный шар объемом 86 куб. футов. гелия и освободите свой груз. К вашему удивлению, он не лезет. Он просто плывет прямо перед вами, не поднимаясь и не опускаясь. Это потому, что в вашем воздушном шаре достаточно гелия, чтобы поднять собственный вес и вес полезной нагрузки. Это идеальное равновесие. Вам нужна сила, которая заставит воздушный шар и полезный груз подняться вверх. Самое простое решение — добавить в воздушный шар больше гелия. Этот дополнительный гелий обеспечит дополнительную подъемную силу, необходимую для подъема вашего воздушного шара.Подъемная сила, создаваемая этим дополнительным гелием, называется положительной подъемной силой. Чем больше гелия вы добавите в свой воздушный шар помимо гелия, используемого для подъема веса полезной нагрузки и самого воздушного шара, тем больше положительной подъемной силы вы получите. Чем выше положительная подъемная сила, тем быстрее будет подниматься ваш полезный груз.

О чем следует помнить

  1. Наш калькулятор производительности аэростата консервативен при расчете прогнозируемой высоты взрыва. Мы хотим, чтобы наши клиенты были довольны достигнутой высотой и не разочаровывались, потому что они никогда не достигали теоретической высоты, рассчитанной нашим калькулятором.
  2. Два воздушных шара одинакового размера, изготовленные одним и тем же производителем, обычно лопаются при одинаковом диаметре/объеме. Более дорогие воздушные шары имеют больший диаметр/объем взрыва, чем у более дешевых производителей.
  3. Размеры воздушных шаров измеряются по их весу в граммах. 350-граммовый метеозонд весит ~350 грамм. 1200-граммовый метеозонд весит ~1200 грамм.
  4. Чем больше размер воздушного шара (чем больше он весит), тем больше будет его диаметр/объем перед тем, как он лопнет.
  5. Если вы запустите два груза с шаром одного размера, шар с наименьшим количеством гелия лопнет на большей высоте.

Шаг 1. Введите в калькулятор размер вашего воздушного шара, вес полезной нагрузки и положительную подъемную силу 100 г. Выберите размер воздушного шара в раскрывающемся меню и введите вес полезной нагрузки (все, что подвешено под воздушным шаром, включая парашют, оснастку, камеры и т. д.). Поскольку мы не уверены, какая положительная подъемная сила нам нужна, мы пока просто введем 100 g.Для этого урока мы будем использовать наш 600-граммовый метеозонд и наш комплект Eagle Pro Kit, который весит около 600 г (включая батареи, камеру GoPro, парашют, радиожучок и т. д.). Наш комплект для надувания погодного шара включает в себя весы для запуска, которые вы можете использовать для измерения веса вашей конкретной установки полезной нагрузки. Мы рекомендуем вам следовать этому руководству, вводя значения в свой собственный инструмент «Калькулятор производительности шара».

 

Шаг 2 — Расчет. Щелкните Вычислить .На стороне Output калькулятора вы увидите, сколько гелия вам нужно, расчетную высоту взрыва, среднюю скорость подъема и время подъема (время, которое потребуется вашему воздушному шару, чтобы подняться с высоты 0 м до расчетной высоты взрыва). При положительной подъемной силе 100 г нашему воздушному шару массой 600 г с полезной нагрузкой 600 г потребуется 251 минута (4 часа 11 минут), чтобы достичь расчетной высоты взрыва 31 580 м (103 000 футов). Хотя мы рады видеть, как наш воздушный шар лопается на высоте более 100 000 футов, батарея нашей GoPro работает чуть менее трех часов.Предполагая, что полезному грузу требуется от 35 до 45 минут, чтобы спуститься под парашютом после того, как воздушные шары лопнут, нам нужно, чтобы наше всплытие заняло не более 120 минут, если мы хотим заснять весь полет на видео. Наша средняя скорость всплытия слишком медленная.

 

Шаг 3. Увеличьте положительную подъемную силу. Мы решаем посмотреть, что произойдет, если мы увеличим нашу положительную подъемную силу со 100 г до 1000 г, и пересчитаем (введите новое значение положительной подъемной силы 1000 г и нажмите Рассчитать ).Наше время восхождения составляет всего 84 минуты (1 час 24 минуты). Время подъема ниже нашей цели в 120 минут, но наша высота взрыва уменьшилась с 31 580 м до 28 090 м (92 000 футов). Есть еще большая проблема. Наша средняя скорость подъема составляет более 5 м/с. Любая скорость всплытия более 5 м/с значительно увеличивает риск того, что воздушный шар создаст нестационарное колебательное сопротивление в своем следе, когда он поднимается в атмосфере. Это заставит нашу полезную нагрузку сильно раскачиваться и может повредить полезную нагрузку и воздушный шар.Наша средняя скорость всплытия сейчас слишком высока.

 

Шаг 4. Увеличивайте/уменьшайте положительную подъемную силу до тех пор, пока не будете удовлетворены скоростью/временем подъема. Мы знаем, что нам нужна положительная подъемная сила от 100 до 1000 г. Наша цель — иметь время подъема 120 минут и скорость подъема менее 5 м/с. Мы экспериментируем с различными значениями положительной подъемной силы (просто введите разные значения положительной подъемной силы от 100 до 1000 g и щелкните Calculate ), пока не найдем, что 460 g дает нам время подъема ровно 120 минут.Наша высота взрыва составляет 29 950 м. Это меньше, чем 100 000 футов, на которые мы рассчитывали, но калькулятор консервативен, поэтому наши шансы достичь 100 000 футов все еще высоки (у нас был клиент, достигший 115 000 футов с нашим комплектом Eagle Pro Kit и положительной подъемной силой 100 g, хотя калькулятор оценивает высота взрыва всего 103 000 футов для этой установки). Наша средняя скорость подъема значительно ниже 5 м/с, и нам нужно 60 куб. футов. гелий для нашего запуска.

 

Шаг 5. Продолжаем. Местный магазин товаров для вечеринок сдает в аренду 55 куб. футов. баллоны с гелием (обычный размер для Party City). Нам нужно 60 cu.ft. для нашего запуска, но что, если мы не хотим тратить деньги на аренду дополнительного резервуара на 55 куб. футов, когда нам нужно всего 5 дополнительных куб. футов? Мы уменьшаем нашу положительную подъемную силу до тех пор, пока наш калькулятор не скажет нам, что наша установка требует 55 кубических футов для запуска. При положительной подъемной силе 330 г нам нужно ровно 55 куб. футов. Это увеличило наше время восхождения со 120 до 140 минут. Это также увеличивает нашу высоту взрыва до 30490 м, что составляет ~ 100 000 футов.Нам не нравится добавлять 20 минут к времени восхождения. Какие еще варианты у нас есть?

 

Шаг 6. Что, если мы уменьшим размер нашего воздушного шара? Мы решили, что не хотим арендовать два 55 куб.фута. баллоны с гелием. Что произойдет, если мы уменьшим размер нашего воздушного шара с 600 г до 350 г? После расчета различных значений положительной подъемной силы мы обнаруживаем, что положительная подъемная сила 290 г дает нам 120-минутное время подъема, которое мы ищем, а общий требуемый объем гелия составляет всего 45 куб. футов. Однако наша расчетная высота взрыва упала до 26 060 м.Это меньше, чем 30 000 м ~ 100 000 футов, на которые мы рассчитывали. Вот лишь несколько вариантов, которые могут у вас быть. Если вы проявите творческий подход, вы, вероятно, сможете придумать еще больше вариантов.

  1. Аренда двух 55 куб. футов. баллоны с гелием для нашего 600-граммового метеозонда и подняться на высоту 30 000 м за 120 минут, чтобы мы могли запечатлеть весь полет на нашу GoPro.
  2. Аренда только одного 55 куб. футов. баллон с гелием на нашем 600-граммовом метеозонде и взлететь еще выше, но есть риск не заснять весь полет на нашу GoPro.
  3. Возьмите напрокат только один баллон с гелием и используйте меньший 350-граммовый шар, чтобы не летать так высоко, но при этом снимать весь полет на нашу камеру GoPro.
  4. Используйте наш 600-граммовый метеозонд и найдите способ уменьшить вес нашей полезной нагрузки, чтобы мы могли достичь высоты взрыва за 120 минут на 55 кубических футах. Поэкспериментируйте с Калькулятором производительности воздушного шара и посмотрите, сможете ли вы вычислить, сколько должен весить ваш полезный груз, чтобы достичь предполагаемой высоты взрыва за 120 минут с гелием объемом 55 куб. футов.Ответ находится внизу этой веб-страницы*.
  5. Переместите стартовую площадку с уровня моря (расчет предполагает, что вы запускаете с высоты 0 м) на более высокую высоту. Здесь, в Колорадо, High Altitude Science обычно запускается на высоте 2200 м над уровнем моря. При средней скорости подъема 3,6 м/с время подъема сократится на 10 минут (2200 м разделить на 3,6 м/с, разделить на 60 с/мин = 10,2 минуты).

Какой вариант вы бы выбрали?

 

Следующий

Чтобы узнать больше о запуске метеозондов, приобретите комплект Eagle Pro Weather Balloon Kit.Он включает в себя исчерпывающее полноцветное руководство по летной эксплуатации, в котором более подробно рассматриваются темы нашего руководства, а также:

.
  1. Расчет траектории полета
  2. Координация с FAA
  3. Запуск
  4. Восстановление

Вернуться к учебникам

Часто задаваемые вопросы

Только в июле мы запустили наш Калькулятор производительности воздушных шаров. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами, и мы сделаем все возможное, чтобы ответить на них и опубликовать их здесь для всех остальных.

 

*Ответ на вариант 4 в шаге 6 — использование 600-граммового метеозонда и 55 куб. футов. ваша полезная нагрузка должна весить 480 г, и вам потребуется положительная подъемная сила 450 г, чтобы достичь расчетной высоты взрыва за 120 минут.

Использование анализа кривой давления-объема пищеводного баллона для определения эластичности стенки пищевода и калибровки необработанного пищеводного давления: лабораторный эксперимент и клиническое исследование | BMC Anesthesiology

Подробные методы представлены в дополнительном файле 1.

В настоящем исследовании использовался коммерчески доступный пищеводный баллонный катетер (Cooper: LOT 177405, Cooper Surgical, США) [9,10,11]. Во время исследования формы волны давления измерялись и записывались с помощью специальной системы сбора данных [11].

Настольный эксперимент

Пять стеклянных камер с внутренним объемом 1000, 500, 250, 175 и 125 мл использовали для получения пяти уровней эластичности камеры приблизительно от 1 до 8 см H 2 О/мл (рис. 1a) [9, 15]. В каждой камере также устанавливали шесть уровней базового камерного давления (5, 10, 15, 20, 25 и 30 см H 90 202 2 90 203 O) путем нагнетания в камеру различного количества воздуха.Таким образом, было смоделировано 30 условий вокруг баллона с пятью уровнями эластичности камеры и шестью уровнями базового давления в камере (рис. 1b).

Рис. 1

Модель стенда и протокол эксперимента. Панель ( и ) Каждая стеклянная камера имела два отверстия: одно для введения баллона в камеру, а другое для регулировки и измерения давления в камере. Панель ( b ) Испытания объема баллона проводились в пяти камерах с соответствующими внутренними объемами 1000, 500, 250, 175 и 125 мл.В каждой камере исходное давление доводили до 5, 10, 15, 20, 25 и 30 см вод. ст. 2 O. Перед каждым испытанием объема баллона соединения в системе камер герметизировались силиконовым герметиком и проверялись систематические утечки

Были отобраны пять катетеров Купера и случайным образом введены в пять различных камер. Перед каждым тестом объема баллона остаточный объем баллона стандартизировали по методу, описанному в предыдущих исследованиях [16,17,18]. Вкратце, давление в камере доводили до 5 см H 2 O путем нагнетания воздуха, и просвет баллона открывали в атмосферу на 3 мин.Мы условно определили объем баллона при этом условии как нулевой объем наполнения. Затем баллон периодически надували с шагом 0,2 мл до 2,4 мл. Тест объема баллона сначала проводили при атмосферном давлении, а затем в каждой камере с определенной эластичностью при разных уровнях базового давления в камере (рис. 1б).

Одновременно измерялись давление в баллоне и давление в камере. Трансмуральное давление в баллоне определяли как разницу между давлением в баллоне и давлением в камере (давление в баллоне — давление в камере) [9, 10].Объем баллона с трансмуральным давлением в пределах ±1,0 см вод. ст. 2 O определяли как минимальный и максимальный объемы баллона (V MIN и V MAX ), которые представляли собой оптимальный объем наполнения с наименьшим влиянием давления отдачи баллона. 9, 10]. Рабочий объем баллона (V WORK ) рассчитывали как разницу между V MIN и V MAX . Объем баллона с наиболее близким к нулю трансмуральным давлением определяли как наилучший объем наполнения (V BEST ).

Давление в баллоне и давление в камере были нанесены на график в зависимости от объема баллона (рис. 2а). Давление в камере увеличивалось линейно в зависимости от объема баллона, а наклон, полученный методом наименьших квадратов, определялся как измеренная эластичность камеры. Кривая P-V баллона имела сигмовидную форму с промежуточным линейным участком, соответствующим диапазону от V MIN до V MAX . Мы использовали наклон этого линейного участка для оценки эластичности камеры. Базовое давление в камере оценивали как разницу между измеренным давлением баллона в V BEST и произведением расчетной эластичности камеры и V BEST .

Рис. 2

Примеры кривых давление-объем баллона. Панель ( a ) Давление в баллоне (кружки) и давление в камере (точки) были нанесены на график в зависимости от объема баллона в лабораторном эксперименте. Объем баллона с трансмуральным давлением (разница между давлением в баллоне и давлением в камере) в пределах ±1,0 см H 2 O определяли как минимальный и максимальный объемы баллона (V MIN и V MAX ). Объем баллона с наиболее близким к нулю трансмуральным давлением определяли как наилучший объем наполнения (V BEST ).Также показана линия наименьших квадратов между давлением в камере и объемом баллона (черная линия) и между давлением баллона и объемом баллона в пределах от V MIN до V MAX (красная пунктирная линия). Панель ( b ) Давление в пищеводном баллоне в конце выдоха (кружки) и окклюзии в конце вдоха (квадраты) были нанесены на график в зависимости от объема баллона в клиническом исследовании. Нижний и верхний пределы промежуточного линейного участка на кривой давление-объем баллона выдоха проверяли визуально и определяли как клинические значения V MIN и V MAX .Клинический V BEST определялся как объем баллона с наибольшей разницей между давлением внутрипищеводного баллона в конце выдоха и в конце вдоха. Также показана линия наименьшего квадрата между давлением в баллоне в конце выдоха и объемом баллона в пределах клинического V MIN до V MAX (красная пунктирная линия)

Клиническое исследование

Клиническое исследование проводилось в отделении интенсивной терапии, Пекинская больница Тяньтань, Столичный медицинский университет, Пекин, Китай.Протокол исследования был рассмотрен и одобрен местным Институциональным наблюдательным советом (KY-2016-11-22), и исследование было зарегистрировано на сайте ClinicalTrials.gov (NCT02976844). Письменное информированное согласие было получено от пациента или соответствующих лиц, принимающих решения.

В исследование были включены послеоперационные пациенты с замедленным выходом из наркоза, поступившие в отделение искусственной вентиляции легких. У пациентов после плановых внутричерепных операций причинами отсроченной экстубации и искусственной вентиляции легких в основном были обширная резекция опухоли ствола головного мозга, продолжительность операции более шести часов, массивное интраоперационное кровотечение или отек головного мозга [19].ИВЛ продолжали также у больных с тяжелыми черепно-мозговыми травмами после неотложных операций. Больным после ортопедических и сосудистых хирургических вмешательств экстубация проводилась отсроченно из-за большой длительности операции или массивного кровотечения. Пациентам с поражением ствола головного мозга и тяжелой черепно-мозговой травмой обычно требовалась длительная искусственная вентиляция легких. В нашем отделении мониторинг Pes обычно использовался у пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких, для управления настройками вентилятора и отлучением от него.Критериями исключения были следующие: 1) возраст до 18 лет; 2) противопоказания для введения пищеводного баллонного катетера, в том числе признаки тяжелой коагулопатии, диагностированный или предполагаемый варикоз вен пищевода, а также операции на пищеводе, желудке или легких в анамнезе; и 3) признаки активной утечки воздуха из легкого, включая бронхоплевральный свищ, пневмоторакс, пневмомедиастинум и существующую плевральную дренажную трубку. За время исследования у большинства больных не отошли от наркоза и нервно-мышечного паралича.В случае восстановления спонтанного дыхания проводили непрерывную внутривенную инфузию мидазолама 0,05–0,2 мг/кг/ч и фентанила 0,1 мг/ч, а векуроний 0,1 мг/кг внутривенно болюсно применяли по мере необходимости. Отсутствие спонтанного усилия на вдохе подтверждалось отсутствием колебаний отрицательного давления в дыхательных путях (Paw) во время 3-секундной окклюзии в конце выдоха. Пациентов вентилировали в режиме контролируемого объема с постоянным потоком, установленным как дыхательный объем 6–8 мл/кг прогнозируемой массы тела и клинического положительного давления в конце выдоха и фракции вдыхаемого кислорода.Гипоксемию документировали как отношение парциального давления артериального кислорода к фракции вдыхаемого кислорода менее 300. Острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) диагностировали по Берлинскому определению [20]. Отсутствие рентгенологического критерия определяли как острую гипоксическую дыхательную недостаточность (ОГДН).

Баллон Купера был помещен в нижние две трети пищевода, что было подтверждено наличием сердечных артефактов на ЭКГ Песа и прикроватном рентгенологическом исследовании.

Во время исследования пациенты находились в положении лежа на спине с приподнятым на 30° изголовьем кровати.Перед каждым испытанием объема баллона баллон надували до 3,0 мл, а затем сдували путем создания отрицательного давления с последующим открыванием в атмосферу на 3 мин. Баллон периодически надували с шагом 0,2 мл до 2,4 мл. При каждом тестируемом объеме после 3-минутного уравновешивания дыхательные пути перекрывались в конце выдоха и в конце вдоха, каждый на 3 с. При окклюзии в конце выдоха выполняли тест положительного давления и рассчитывали отношение изменения Pes к Paw (∆Pes/∆Paw) при сдавлении грудной стенки [21].

Давление в пищеводном баллоне наносили на график в зависимости от объема баллона (рис. 2b). Метод, представленный Mojoli et al. использовали для определения Ees и оптимального объема баллона [13]. Промежуточный линейный участок визуально проверяли на кривых P-V баллона в конце выдоха, а нижний и верхний пределы определяли как клинические значения V MIN и V MAX . Диапазон между V MIN и V MAX был определен как V WORK и рассматривался как оптимальный объем наполнения баллона для клинического измерения Pes.Клинический V BEST определялся как объем баллона с наибольшей разницей между Pes в конце выдоха и в конце вдоха. Наклон промежуточного линейного участка на баллонной кривой P-V в конце выдоха определяли как Ees [13]. Давление отдачи стенки пищевода в ответ на наполнение баллона; т. е. Pew оценивали произведением Ees и объема баллона в пределах от V MIN до V MAX с использованием метода, ранее предложенного Milic-Emili et al. [12].Необработанные значения Pes были откалиброваны путем экстраполяции к нулевому объему баллона, который также может быть выражен как: откалиброванное Pes = исходное Pes — Pew.

В каждом тесте объема баллона пациента промежуточный линейный участок на кривой P-V баллона в конце выдоха (т. е. диапазон клинических значений от V MIN до V MAX ) включает объем наполнения от 0,6 до 1,4 мл. Поэтому мы упростили оценку Ees, используя только параметры для этих двух объемов наполнения, как разницу давления баллона в конце выдоха между 0.6 мл и 1,4 мл, разделенные на 0,8 мл (1,4–0,6 мл).

Статистический анализ

Категориальные переменные представлены в виде чисел и процентов. Непрерывные данные представлены в виде медианы и межквартильного размаха (IQR) и сравнивались с использованием теста Крускала-Уоллиса с апостериорным сравнением с поправкой Бонферрони.

Проанализирована корреляция оптимального объема баллона с давлением баллона. Рассчитывали коэффициент корреляции Спирмена (ро).

Анализ Бланда-Альтмана использовался для проверки соответствия эластичности камеры и исходного давления в камере между оценочным и измеренным значением в лабораторном эксперименте, а также Ees между значениями, рассчитанными стандартным и простым методом в клиническом исследовании.Были рассчитаны систематическая ошибка и стандартное отклонение (SD) средней систематической ошибки. Верхний и нижний пределы согласия были определены как погрешность ±1,96 SD от средней погрешности. Размер выборки в лабораторном эксперименте был основан на настройке условий ( n  = 30). Размер выборки в клиническом исследовании ( n  = 40) был выбран на основе предыдущих исследований [13, 21]. Соответствующий размер выборки дал 95% доверительный интервал соответствия предела как ±0,32 × SD и ±0,27 × SD [22].

Анализы проводились с использованием SPSS V.20,0 (SPSS Inc., Чикаго, Иллинойс, США). Значение p < 0,05 считалось статистически значимым.

Оптимальный объем пищеводного баллона для точной оценки плеврального давления в конце выдоха и в конце вдоха: лабораторный эксперимент in vitro | Интенсивная терапия Медицина Экспериментальный

Пищеводные баллонные катетеры

Были протестированы три имеющихся в продаже пищеводных баллонных катетера с баллонами разных размеров и материалов: (1) Катетер Купера (LOT 177405, Cooper Surgical, США) диаметром 5 Fr и длиной 85 см , заключенный в полиэтиленовый баллон, и рекомендуемый производителем объем надувания 1–2 мл; (2) катетер SmartCath-G (лот 7003300, CareFusion Co., США) диаметром 16 Fr и длиной 114 см, с полиэтиленовым баллоном и рекомендованным производителем объемом надувания 0,5–2,5 мл; и (3) катетер Microtek (LOT 20110815, Microtek Medical B.V., Нидерланды) диаметром 8 Fr и длиной 100 см, с латексным баллоном и без рекомендуемого производителем объема надувания.

Для каждого типа катетера случайным образом было отобрано шесть образцов. Перед экспериментом каждый баллон проверяли на герметичность путем надувания под водой. Длину и диаметр баллона измеряли в одном случайно выбранном катетере каждого типа с помощью штангенциркуля с нониусом (CD67-S, PM/PS, Mitutoyo Measuring Instruments (Shanghai) Co., Ltd., Шанхай, Китай). Геометрический объем баллона рассчитывали на основе длины и диаметра баллона и с использованием корпуса капсулы в качестве приближения. Поскольку питательная трубка проходит через внутреннее пространство баллона катетера SmartCath-G, этот объем был вычтен при расчете геометрического объема баллона для этого типа катетера.

Измерения давления

Все измерения давления выполнялись с помощью датчиков давления (KT 100D-2, Kleis TEK, Италия, диапазон: ±100 см H 2 O), подключенных к барокамере ICU-Lab (ICU Lab, KleisTEK Engineering, Бари, Италия) на 80-сантиметровых линиях из жестких труб.Датчики давления были откалиброваны с использованием водяного столба. Сигналы отображались непрерывно и сохранялись (программный пакет ICU-Lab 2.5, ICU Lab, KleisTEK Engineering, Бари, Италия) на портативном компьютере для дальнейшего анализа с частотой дискретизации 200 Гц.

Манипуляции с объемом баллона при атмосферном давлении

Соотношение давление-объем баллона определяли при атмосферном давлении с использованием ранее опубликованного метода с некоторыми модификациями [12, 13, 16]. Баллонный просвет катетера был соединен с трехходовым краном для управления объемом баллона, а два других пути были соединены с 1-мл газонепроницаемым шприцем (LOT JM00B25, оборудование для контроля жидкости Runze, C.O., Ltd., Нанкин, Китай) и датчик давления. Воздушный шар сначала надували до геометрического объема, чтобы развернуть стенку воздушного шара. Затем баллон сдули, создав отрицательное давление примерно -10 см H 2 O, и запорный кран закрыли. Эта процедура стандартизировала остаточный объем в баллоне, и мы произвольно определили объем баллона в этой ситуации как нулевой объем надувания [12, 13, 16]. После этого баллон постепенно надували с шагом 0,5 мл.После каждого надувания объема давление в баллоне измеряли после 3-минутного периода уравновешивания. Раздувание баллона прекращали до тех пор, пока давление в баллоне не превышало +10 смH 2 O. Поскольку эксперимент в статических условиях проводился при атмосферном давлении, P TM был равен давлению баллона.

Манипуляции с объемом баллона при имитации пассивной вентиляции

Была построена модель для имитации плевральной полости и легкого (рис.1). Модель состояла из стеклянной камеры объемом 5000 мл (Shuniu Glass Instrument Co., Ltd., Сычуань, Китай) с тремя отверстиями, резинового легкого объемом 1000 мл (Puritan-Bennett Corporation, Калифорния, США) и тест-системы Мичигана. легкое (Двойное тренировочное легкое для взрослых, модель 5600i, номер по каталогу 15090, Michigan Instruments, Гранд-Рапидс, Мичиган, США). Резиновое легкое для испытаний было запечатано в стеклянной камере через одно отверстие, чтобы имитировать легкое, и было подключено к аппарату ИВЛ Servo-I (Maquet Critical Care, Solna, Швеция) с помощью 8.0 ID эндотрахеальная трубка (LOT 1892776, Portex Tracheal Tube, Smiths Medical International Ltd., Кин, США). Через второе отверстие стеклянная камера была соединена с тестовым легким Мичигана для имитации плевральной полости с изменяемой податливостью. Третье отверстие использовалось для введения баллона в стеклянную камеру и затем закрывалось. Давление измеряли с помощью различных датчиков давления в трех положениях (рис. 1): давление в дыхательных путях на проксимальном конце эндотрахеальной трубки, непосредственно измеренное давление в камере для представления давления, окружающего баллон, и давление в баллоне.

Рис. 1

Схематическая модель с плевральной полостью и легким

Во время лабораторной процедуры механическая вентиляция была настроена как вентиляция с регулируемым объемом с постоянным потоком 60 л/мин; дыхательный объем 500 мл; время вдоха 0,5 с с временем паузы вдоха 0,5 с; частота дыхания 20 вдохов/мин; и положительное давление в конце выдоха (PEEP) 5 см H 90 202 2 90 203 O. Триггер вдоха был установлен на -20 см H 90 202 2 90 203 O, чтобы избежать автоматического срабатывания.Податливость тестового легкого в штате Мичиган была установлена ​​на 20 мл/см вод.

После случайного введения баллона в стеклянную камеру, описанную выше, модель была протестирована двумя методами для подтверждения отсутствия систематической утечки: (1) дыхательный объем выдоха не менее дыхательного объема вдоха при ИВЛ и (2) снижение давления в дыхательных путях не менее чем на 1 см вод. ст. 90 202 2 90 203 O в течение 30 с окклюзии в конце выдоха при 30 см вод. ст. 90 202 2 90 203 O ПДКВ.

К просвету баллона катетера подсоединяли трехходовой кран. Искусственная вентиляция легких не прерывалась во время манипуляций с баллоном, чтобы имитировать реальный клинический сценарий. Баллон сначала сдули путем создания отрицательного давления, после чего баллон открыли в атмосферу на 3 минуты, чтобы стандартизировать остаточный объем, оставшийся в баллоне, и в просвете катетера.{-\left(\mathrm{Balloon}\ \mathrm{давление}-c\right)/d }} \) (1)

Кривая давление-объем баллона была подобрана с использованием итеративного алгоритма Левенберга-Марквардта, который должен работать до тех пор, пока изменение суммы квадратов невязок не станет меньше 10 −8 .Пример графика рассеяния с подобранной линией показан на рис. 2а. Уравнение 1 имеет четыре подгоночных параметра: a в единицах объема (мл), представляющих нижнюю асимптоту подобранной сигмовидной кривой; b , также в единицах объема (мл), что представляет собой расстояние по вертикали от нижней до верхней асимптоты; c (см H 2 O), представляющее давление в средней точке сигмовидной кривой, где вогнутость меняет направление; и d (смH 2 O), что пропорционально минимальному изменению давления в баллоне по мере увеличения объема баллона.Согласно характерным особенностям сигмовидной кривой, максимальные изменения кривизны вверх и вниз происходили в нижней и верхней точках перегиба при баллонных давлениях, равных c ± 1,317 d (рис. 2а) [21]. Внутри этих двух точек перегиба изменение давления в баллоне было минимальным во время постепенного надувания баллона. Мы выбрали более узкий диапазон для оценки оптимального объема баллона и определили объем баллона при давлении в баллоне c d как минимальный объем наполнения ( V МИН , равно [ a  +  b /2] − 0.231 b ) и c  +  d как максимальный объем ( V MAX , равно [ a  +  b /2] + 0,231 b ). Баллон P ТМ значения при В МИН и В MAX рассчитывались как расчетное давление в баллоне минус среднее давление в камере.Приемлемая точность измерения определялась как P TM в пределах ±1 см H 2 O [15]. Рабочий объем баллона ( V РАБОТА ) рассчитывалась как разница между V МИН и В МАКС . В атмосферных условиях эластичность баллона оценивалась как разница давления в баллоне между и МИН и В МАКС разделить на В РАБОТА .

Рис. 2

Пример аппроксимированной кривой объем-давление баллона с использованием уравнения сигмовидной регрессии. a Пример подбора давления и объема баллона в баллоне SmartCath-G при окклюзии в конце выдоха во время имитации искусственной вентиляции легких. Круги — это отдельные точки данных. Сплошная линия представляет подобранную кривую. Уравнение (показанное в верхней части рисунка) имеет четыре подгоночных параметра: a в единицах объема (мл), представляющих нижнюю асимптоту подобранной сигмовидной кривой; b , также в единицах объема (мл), что представляет собой расстояние по вертикали от нижней до верхней асимптоты; c (см H 2 O), представляющее давление в средней точке сигмовидной кривой, где вогнутость меняет направление; и d (см вод.ст. 2 O) пропорциональна минимальному изменению давления в баллоне по мере увеличения объема баллона.Мы определили объем баллона при давлении в баллоне c  −  d как минимальный объем наполнения ( V MIN , равно [ a  +  b /2] − 0,231 b ) и c  +  d как максимальный объем ( V MAX , равно [ a  +  b /2] + 0,231 b ). В этих двух точках изменение давления в баллоне было минимальным во время надувания баллона.Рабочий объем баллона ( V РАБОТА ) определялась как разница между V МИН и В МАКС . б Анализ В РАБОТА с во время окклюзии в конце выдоха (EEO) и в конце вдоха (EIO) в одном и том же баллоне в a . В МИН и В MAX оба удовлетворяют двум фазам, были определены как нижний и верхний предел оптимального диапазона объема баллона

В каждом испытуемом баллоне, V Были исследованы значения WORK во время окклюзии в конце выдоха и конце вдоха, а также V МИН и В MAX , обеспечивающие точное измерение на обеих фазах, были определены как нижний и верхний пределы оптимального диапазона объема баллона (рис.2б). Визуальный осмотр промежуточного линейного участка кривой давление-объем баллона также выполняли с использованием метода, описанного Mojoli et al. [17]. Воздушный шар P ТМ значения при В МИН и В MAX , полученные методом визуального осмотра, также были рассчитаны.{-\left(\mathrm{balloon}\ \mathrm{ давление}-c\справа)/d}} \) (2)

Среднее значение и стандартное отклонение (SD) остатка для (объем баллона −  a )/ b были рассчитаны и нанесены на график в зависимости от (давления баллона −  c )/ d .

Категориальные переменные были выражены в виде количества и процентов. Непрерывные данные проверяли на нормальное распределение с помощью критерия Колмогорова-Смирнова и представляли как среднее значение ± стандартное отклонение или медиану (от 25-го до 75-го процентиля) в зависимости от ситуации. Данные об объеме баллона при атмосферном давлении сравнивались для разных типов баллонов с использованием однофакторного дисперсионного анализа и теста Стьюдента-Ньюмана-Кеулса для попарных сравнений. В динамических условиях во время симулированной пассивной вентиляции односторонний дисперсионный анализ также использовался для сравнения давления в камере и давления в баллоне при различном объеме баллона.Повторные измерения дисперсионного анализа использовались для сравнения данных об объеме баллона для разных типов баллонов и между окклюзией в конце выдоха и в конце вдоха. Парный тест t использовали для сравнения разности абсолютного P ТМ при В МИН или В MAX между методами сигмовидного фитинга и визуальным контролем.

Все тесты значимости были на уровне значимости 5%. Анализы проводились с использованием SPSS V.20.0 (SPSS Inc., Чикаго, Иллинойс, США).

Полеты на воздушном шаре в Тоскане | Наш парк воздушных шаров

Все наши воздушные шары производятся в Великобритании компанией Cameron Balloons в Бристоле, и все они эксплуатируются в соответствии с Сертификатом эксплуатанта, выданным Управлением гражданской авиации Великобритании (CAA) и одобренным для работы в Италии ENAC, итальянским CAA. .

Все наши воздушные шары проверяются специально назначенным инспектором CAA каждые 100 летных часов или ежегодно, в зависимости от того, что наступит раньше.Все они зарегистрированы в Великобритании как коммерческие воздушные шары, и ими могут управлять только пилоты с действующей британской лицензией на коммерческие воздушные шары.

Мы застрахованы в соответствии с РЕГЛАМЕНТОМ (ЕС) № 785/2004 ЕВРОПЕЙСКОГО ПАРЛАМЕНТА – ТРЕБОВАНИЯ К СТРАХОВАНИЮ ДЛЯ АВИАПЕРЕВОЗЧИКОВ И ЭКСПЛУАТАНТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ.

Регистрационный номер воздушного шара: G-CIXD
Производитель: Cameron Balloons Ltd, Бристоль, Великобритания
Тип воздушного шара: Cameron A-105
Объем воздушного шара: 105,000 куб. -собственный вес:
952 кг
Вместимость: 2-3 пассажира
Tuscan Twist — наш самый маленький воздушный шар для частных полетов.

Регистрационный номер воздушного шара: G-CFKX
Производитель: Cameron Balloons Ltd, Бристоль, Великобритания
Тип воздушного шара: Cameron Z-160
Объем воздушного шара: 160 000 Максимум 4,95 90 кубических футов (4,95 90 кубических футов) -собственный вес: 1451 кг
Вместимость: 6 пассажиров
«Маргаритка» — знаменитый воздушный шар, он был заказан ITV для телесериала Стивена Томпкинсона «Африканские и австралийские приключения на воздушном шаре».

Баллон Регистрация: G-Choj
G-Choj
Производитель: Cameron Balloons Ltd, Бристоль, Великобритания 2 Малый шар Тип: Cameron A-375
Объем воздушных шаров: 375 000 кубических футов (10,617 кубометров)
Максимально разрешены -собственный вес: 3401 кг
Вместимость: 16 пассажиров
«Симпсон» — наш самый большой воздушный шар, который мы используем для больших групп.

Регистрационный номер воздушного шара: G-KENA
Производитель: Cameron Balloons Ltd, Бристоль, Великобритания
Тип воздушного шара: Cameron A-300
Объем воздушного шара: 300 000 Макс. — собственный вес: 2721 кг
Вместимость: 12 пассажиров
«Blue Twist» — наш новый красочный воздушный шар, который мы приобрели в 2018 году у компании Cameron Balloons, Великобритания.

Регистрационный номер воздушного шара: G-DBIT
Производитель: Cameron Balloons Ltd, Бристоль, Великобритания
Тип воздушного шара: Cameron A-210
Объем воздушного шара: 210 000 Макс. — собственный вес: 1905 кг
Вместимость: 8 пассажиров
«Черная радуга» — это наш новый красочный воздушный шар, который мы заказали для сезона 2019 года в компании Cameron Balloons, Великобритания.

Измерения, полученные с помощью пищеводных баллонных катетеров, зависят от объема наполнения пищеводного баллона у детей с ОРДС в педиатрии. Используя комбинацию лабораторного исследования и исследования на людях, мы стремились определить диапазон оптимальных объемов наполнения для пищеводных баллонных катетеров и разработать технику раздувания катетеров для получения наиболее точных оценок плеврального давления.

МЕТОДЫ: В ходе лабораторного исследования мы оценили 4 детских и взрослых баллонных катетера пищевода, заполненный жидкостью катетер и катетер с микронаконечником, как с моделью пищевода, так и без нее. Мы сравнили измеренное пищеводное давление для каждого типа катетера в камере под давлением. Пищеводные баллонные катетеры также были испытаны путем манипулирования объемом наполнения пищеводного баллона, и мы попытались разработать метод заполнения объема, который обеспечил бы точность.Затем мы проверили осуществимость этой техники у 5 детей с ОРДС, находящихся на искусственной вентиляции легких.

РЕЗУЛЬТАТЫ: В лабораторных исследованиях меньшие объемы надувания занижали давление в камере при более высоком давлении в камере, а большие объемы надувания завышали давление в камере при более низких давлениях в камере. Использование метода оптимального объема заполнения привело к средней общей ошибке в диапазоне от -0,53 до -0,10 см H 2 O. Оптимальные значения объема заполнения для детских катетеров были равны 0.2–0,6 мл и 0,4–0,8 мл для катетеров для взрослых. При правильном расположении и калибровке преобразователь с микронаконечником и заполненные жидкостью катетеры находились в пределах ± 1 см H 2 O от давления в камере для всех диапазонов давления. В клиническом исследовании наблюдалась высокая вариабельность измеренного давления в пищеводе и последующего транспульмонального давления во время выдоха и во время вдоха в пределах рекомендуемых производителем диапазонов надувания пищеводного баллона.

ВЫВОДЫ: Рекомендованные производителем диапазоны надувания пищеводного баллона не обеспечивают точности.Индивидуальное титрование объема пищеводного баллона может повысить точность. Для обеспечения надежного измерения пищеводного давления у детей необходимы более совершенные пищеводные катетеры.

Введение

Во время ИВЛ транспульмональное давление (P L ) оценивается как давление в дыхательных путях (P aw ) (как заменитель альвеолярного давления) минус пищеводное давление (P es ) (как заменитель плеврального давления). 1 Использование P L для управления ИВЛ имеет теоретические преимущества как у взрослых, так и у детей с ОРДС для предотвращения вызванного ИВЛ повреждения легких в результате ателектатравмы и баротравмы. 2–7 Общепризнано, что P aw отражает альвеолярное давление при прерывании потока (т. е. при задержке вдоха и выдоха), хотя это не всегда так, особенно когда некоторые альвеолы ​​закрыты. 1 Плевральное давление также трудно измерить непосредственно в клинических условиях, поэтому его часто оценивают с помощью P es с использованием наполненного воздухом пищеводного баллонного катетера. 8 Однако точность пищеводных баллонных катетеров может варьироваться в зависимости от положения тела, внутригрудного давления, объема легких и эластичности пищеводного баллона и пищевода. 2,9,10 Предыдущие лабораторные и клинические исследования с использованием баллонных катетеров для взрослых показали, что небольшие изменения объема наполнения баллона, даже в пределах диапазона, рекомендованного производителем, могут повлиять на надежность измерений. 11–13 Несмотря на то, что некоторые детские баллонные катетеры существуют, данные об их точности в зависимости от объема надувания отсутствуют. Используя комбинацию лабораторных и клинических исследований, мы попытались определить точность катетеров с баллонами пищевода в зависимости от объема надувания, разработать и утвердить метод определения оптимального объема надувания баллона для данного субъекта (метод калибровки in vivo) и изучить точность других методов измерения P es , таких как заполненные жидкостью катетеры или волоконно-оптические преобразователи.

БЫСТРЫЙ ВЗГЛЯД

Современные знания

Подход к механической вентиляции, использующий транспульмональное давление в качестве ориентира, является многообещающим для взрослых, но предыдущие лабораторные и клинические исследования показали, что ненадлежащим образом наполненные пищеводные баллоны могут давать ошибочные результаты измерений, и очень мало лабораторных или имеются клинические данные в этой области для педиатрии.

Что эта статья привносит в наши знания

При моделировании детского пищевода детские пищеводные баллоны завышали окружающее давление при использовании объема надувания в пределах рекомендуемых производителем диапазонов.Использование оптимального объема наполнения, который соответствовал наименьшей скорости изменения давления в пищеводе на единицу объема наполнения, обеспечило точность в лабораторных исследованиях и было возможно получить у 5 детей в критическом состоянии.

Методы

Наши методы включали лабораторный компонент, за которым следовал клинический компонент у детей с ОРДС. Что касается лабораторного компонента, мы сравнили точность P es в баллонных катетерах пищевода для взрослых и детей с использованием камеры контролируемого давления в диапазоне положительных давлений при различных объемах надувания пищеводного баллона, как в пределах, так и ниже рекомендуемых производителем диапазонов.В ходе лабораторной части исследования мы разработали и утвердили методику определения объема наполнения баллона, что привело к наиболее точному измерению давления в камере (P , камера ). Впоследствии мы проверили влияние объема наполнения баллона на измеренное значение P L у детей с ОРДС и возможность использования нашей методики заполнения объема в клинической практике. Наконец, в лабораторной модели мы оценили точность заполненных жидкостью катетеров и волоконно-оптических преобразователей (микронаконечник) в тех же условиях.

И лабораторный компонент, и исследования с участием людей проводились в Детской больнице Лос-Анджелеса, Калифорния. Эта работа была частично поддержана грантами Национальных институтов здравоохранения/Национального института детского здоровья и развития человека 1K23HL103785 и Института клинических трансляционных исследований бассейна Лос-Анджелеса.

Лабораторный кабинет

Экспериментальная установка.

Жесткий пластиковый цилиндр объемом 4 л был подключен к источнику контролируемого давления (Cough Assist, Philips Respironics, Murrysville, Pennsylvania).Камера P контролировалась через несоответствующую трубку давления, соединенную с датчиком давления (Bicore II, CareFusion, Houten, Нидерланды) (рис. 1). Пищеводные катетеры вводили в камеру через небольшое отверстие, которое затем заклеивали замазкой. Каждый катетер тестировали без контакта со стенками камеры (без модели пищевода) и после введения в модель пищевода, которая состояла из отрезка дренажа Пенроуза с внутренним диаметром 6 мм (Medline Industries, Mundelein, Illinois), покрывающего по всей длине пищеводного баллона или дистальный конец катетера для наполненного жидкостью катетера и катетера с микронаконечником.Для каждого теста давление в камере повышалось до 5, 10, 15, 20 и 30 см H 90 202 2 90 203 O посредством устойчивых 5-секундных надуваний. Одновременную запись P камеры и P es проводили на частоте 200 Гц на портативном компьютере с использованием специального программного модуля, разработанного в Polybench (Applied Biosignals, GmbH, Weener, Germany). Опыты повторяли трижды, каждый раз с новым катетером.

Рис. 1.

Экспериментальная камера состояла из жесткого пластикового цилиндра, в котором с помощью генератора давления создавалось 5 различных уровней давления.Каждый пищеводный катетер тестировали как с моделью пищевода, так и без нее. Раздувание баллонного катетера пищевода осуществлялось с помощью трехходового запорного крана и напорной трубки. Экспериментальная камера и пищеводный катетер были соединены с измерительным устройством через напорную трубку.

Мы изучили 3 различных типа катетеров: катетеры с пищеводным баллоном, катетеры, заполненные жидкостью, и катетеры с датчиком microtuip. Были оценены четыре различных пищеводных баллонных катетера: 6 французских и 7 французских детских катетеров и 8 французских катетеров SmartCath для взрослых (Viyaire Medical, Меттава, Иллинойс) и 5 ​​французских катетеров для взрослых от Cooper-Surgical (Трамбулл, Коннектикут).Также были оценены заполненный жидкостью назогастральный зонд CORFLO 8 French (CORPAK MedSystems, Buffalo Grove, Illinois) и датчик давления с оптоволоконным микронаконечником, использующий монитор внутричерепного давления Camino (Integra, Plainsboro, New Jersey).

Протокол катетеризации пищевода с баллоном.

На уровне камеры каждого набора P , с пищеводом и без него, пищеводные баллоны надували с шагом 0,1 мл с помощью шприца на 1 мл для детских катетеров или с шагом 0,2 мл с помощью шприца на 3 мл для катетеров для взрослых до максимального объема наполнения 1.0 мл воздуха для детских катетеров и 2,0 мл воздуха для взрослых катетеров. На каждом этапе перед надуванием пищеводный баллон сдувался, а затем давался возможность уравновеситься атмосферным давлением в течение 10 с.

Протокол заполненного жидкостью катетера.

Назогастральный зонд вставляли в камеру как с моделью пищевода, так и без нее, соединяли с одноразовой трубкой, обычно используемой для мониторинга артериального давления, а затем подключали к одноразовому датчику артериального давления (Edwards Lifesciences, Ирвин, Калифорния) и отображается на мониторе Philips MP60 IntelliVue (Philips Medical System, Best, Нидерланды).Перед каждым измерением систему промывали стерильной водой, чтобы обеспечить видимый столб воды, а катетер устанавливали на ноль, чтобы совместить с датчиком артериального давления. Каждый цикл измерений повторяли 3 раза, для каждого цикла использовали новый одноразовый датчик. Наконец, чтобы смоделировать клинические условия, эксперименты были повторены с катетером, обнуленным на 5 см выше и ниже датчика артериального давления.

Протокол датчика давления с микронаконечником.

Датчик давления с микронаконечником катетера Camino был обнулен электронным способом до атмосферного давления перед введением в камеру как с моделью пищевода, так и без нее.В каждом наборе камеры P одновременно регистрировали P и , измеренные с помощью расширенного монитора Camino, и камеры P , снова повторяя эксперимент 3 раза.

Анализ данных.

Для каждой последовательности тестирования и условия точность оценивалась по переменной результата, общей ошибке, определяемой как (измеренное значение — истинное значение) 14 или (P es — P камера ). Сообщалось среднее значение и диапазон общей ошибки для каждого катетера и состояния, причем положительные значения указывали на то, что давление, измеренное пищеводным катетером, было ложно высоким (завышение оценки камеры P ), а отрицательные значения указывали на то, что давление, измеренное пищеводным катетером катетер ложно низкий (недооценка P камеры ).

Вывод метода оптимального заполнения объема.

Поскольку мы заметили существенные неточности в P es в зависимости от объема накачивания баллона, мы попытались определить метод определения оптимального объема наполнения при заданных условиях (размер катетера, установка камеры P ), который мог бы быть перевели на кровать. Для этого мы исследовали одновременные графики объема надувания баллона в зависимости от P es , наложенные на наблюдаемую общую ошибку.Мы определили точку перегиба или диапазон на кривой объема инфляции и P es , что привело к наиболее точным оценкам P камеры . Затем мы разработали метод определения этой точки перегиба, который не требовал графического анализа.

Клиническое исследование

Мы провели пилотное технико-экономическое обоснование, чтобы определить влияние манипулирования объемом наполнения пищеводного баллона на P es и соответствующий расчетный P L у детей, находящихся на искусственной вентиляции легких.Это исследование было проведено в подгруппе субъектов, включенных в текущее клиническое исследование детей (младше 18 лет) с искусственной вентиляцией легких с ОРДС, получавших прерывистую принудительную вентиляцию с контролируемым давлением, в которых были получены как P L , так и расчеты усилия дыхания. . Критериями включения были предполагаемая продолжительность интубации > 48 часов с индексом насыщения кислородом 15 (100 × ̄P aw × F IO 2 /S pO 2 ) > = для педиатрического ОРДС. 16 Пациенты были исключены, если у них был скорректированный гестационный возраст < 37 недель, противопоказания к установке назопищеводного катетера (назофарингеальные или пищеводные аномалии) или у них была значительная обструкция нижних дыхательных путей. В каждый день исследования положение пищеводного катетера подтверждали рентгенографией органов грудной клетки. Протокол был одобрен Институциональным наблюдательным советом CHLA, и информированное согласие было получено от родителей или опекунов каждого ребенка.

Протокол исследования.

Все субъекты были интубированы и находились на искусственной вентиляции легких с помощью аппарата ИВЛ Avea или Servo-i, а перед исследованием им был установлен соответствующий возрасту пищеводный баллонный катетер SmartCath.Пищеводное давление измеряли с помощью Bicore II, как описано в лабораторном эксперименте. P aw измеряли с вентилятором. Испытуемые изучались в положении лежа. Настройки аппарата ИВЛ контролировала медицинская бригада. Один раз в день регистрировали P es и P aw в диапазоне уровней надувания пищеводного баллона, как описано в лабораторном эксперименте: от объема 0,1–1,0 мл с шагом 0,1 мл для детских катетеров и 0,2– 2,0 мл в 0.Шаг 2 мл для катетеров для взрослых. Перед каждым новым уровнем накачивания пищеводный баллон сдували и давали ему уравновеситься до атмосферного давления в течение 10 с. Сигнал P es был записан на частоте 200 Гц таким же образом, как описано в лабораторном эксперименте, и сохранен для анализа. Ежедневные измерения проводились с понедельника по пятницу до тех пор, пока субъекты не вошли в фазу отлучения от вентиляции и постоянно дышали спонтанно с поддерживаемым режимом вентиляции.

Анализ данных.

P L (P aw – P es ) измеряли во время выдоха непосредственно перед вдохом (P Lexp ), и во время вдоха непосредственно перед выдохом (P Linsp ), без специфического вдоха или выдоха держать. P Lexp и P Linsp определяли для каждого субъекта, дня исследования и объема надувания пищеводного баллона. В расчетах для каждого уровня инфляции использовалось среднее значение трех значений, полученных из согласованных и последовательных волновых форм.

Результаты

Лабораторное исследование

Пищеводные баллонные катетеры.

Средняя и диапазон суммарной погрешности пищеводных баллонных катетеров в зависимости от объема наполнения пищеводного баллона показаны для всех испытанных условий на рис. 2. Во всех случаях требовался небольшой объем воздуха, чтобы избежать недооценки камеры P . Если модель пищевода не используется, измеренное значение P es (и соответствующая разница P es — P в камере ) изменяется на небольшую величину при добавлении воздуха в пищеводном баллоне в увеличивающихся количествах.Это привело к минимальной общей ошибке во всем диапазоне, рекомендованном производителем (0,5–1,25 мл для катетера 6 French и 7 French Pediatric CareFusion, 0,5–2,25 мл для катетера 8 French Adult CareFusion и 0,5–1,0 мл для катетера 5 French). Катетер Купера для взрослых). При использовании модели пищевода наблюдалось более быстрое изменение P и при добавлении в баллон того же количества воздуха. Это приводит к большей степени общей ошибки и завышенной оценке камеры P в зависимости от увеличения объема надувания, даже в пределах диапазона, предложенного производителем, особенно для детских пищеводных баллонов.Суммарная ошибка как функция объема надувания наиболее выражена, когда камера P самая низкая (т. е. 5 см H 2 O).

Рис. 2.

Среднее значение и диапазон (планки погрешностей) для общей ошибки катетеров с баллонами пищевода в зависимости от объема надувания баллона пищевода и заданного давления в камере (P камера 5, 10, 15, 20 или 30 см H 2 O) стратифицированы по наличию и отсутствию модели пищевода и типу катетера.

Оптимальный объем заполнения.

Поскольку имело место завышение оценки пищеводного давления при больших объемах надувания, которое также зависит от камеры P , маловероятно, что однократное надувание, основанное на размере катетера, даст стабильно точные измерения P es . При просмотре кривых объема надувания P es наблюдались 2–3 различные фазы по мере постепенного увеличения объема надувания, сначала быстрый подъем P es , что, вероятно, связано с повышением давления воздуха внутри катетера; во-вторых, более постепенное увеличение P es , вероятно, из-за раздувания пищеводного баллона; и, в некоторых случаях, третья фаза, когда баллон чрезмерно растянут и происходит еще одно быстрое увеличение P es (рис.2). Область с наименьшим количеством общей ошибки, как правило, находилась непосредственно в начале второй фазы, после того, как в катетер оказывается давление и баллон только начинает надуваться, где наблюдается постепенный подъем P es по мере увеличения объема накачивания. повысился. Эта область характеризуется более низкой эластичностью (меньшее изменение давления на единицу изменения объема), поэтому при каждом объеме надувания мы рассчитывали эластичность системы пищеводного баллона как es = (P es при V+) — (P es при V-) и ΔV = V+ — V-, которые представляют собой объемы надувания непосредственно выше и ниже объема надувания, при котором E система работает вычислено.Поскольку ΔV постоянна и составляет либо 0,2 мл для детского баллона, либо 0,4 мл для баллона для взрослых, мы можем просто указать ΔP es в качестве показателя, относящегося к относительному изменению в системе E при каждом объеме надувания. После вычисления ΔP es для всех объемов инфляции мы могли бы сделать вывод об объеме инфляции в начале этой области более низкой эластичности, отбросив верхнюю половину объемов инфляции, которые имели самые высокие значения для ΔP es , и используя самый низкий объем инфляции, который оставалось (см. дополнительные материалы 1 и 2 на http://www.rcjournal.com). Простое использование объема надувания с наименьшим значением ΔP es может привести к более высокой общей ошибке в случаях, когда существует широкий диапазон объема надувания с низкой эластичностью, например, при использовании баллонного катетера пищевода для взрослых и наименьшего значения E системы для данного инфляция происходит в верхней части этого региона.

Мы обнаружили, что этот метод определяет начало второй фазы или область более низкой эластичности и варьируется в зависимости от окружающей камеры P и типа катетера (рис.3). Средний (и диапазон) оптимальный объем наполнения, полученный для детских пищеводных баллонных катетеров при использовании модели пищевода, составил 0,3 (0,2–0,6) мл и 0,6 (0,4–0,8) мл для взрослых пищеводных баллонных катетеров. Средняя общая ошибка и точность (95% ДИ) между давлением в пищеводе и внутрикамерной полости при использовании полученной методики оптимального наполнения с использованием графиков Бланда-Альтмана для всех условий показаны на рисунке 4. При использовании объема наполнения, соответствующего оптимальному объему наполнения. для каждого катетера, уровня давления и последовательности тестов средняя общая ошибка колеблется от -0.от 53 до -0,10 см H 2 O, что значительно улучшается по сравнению с полной ошибкой диапазона, полученной из рекомендованного производителем диапазона с меньшими детскими катетерами. (Чтобы упростить вычисления у постели больного, мы разработали веб-приложение R Shiny, которое требует от пользователя ввода только значения P es , полученного при каждом объеме надувания, и оно рассчитает оптимальный объем наполнения: https: //justinhotz.shinyapps.io/EsophagealBalloonApp/ (Исходный код приложения доступен на https://github.com/JustinHotz/EsophagealBalloonApplication.)

Рис. 3.

Среднее значение и диапазон (планки погрешностей) для давления в пищеводе (P es ) и общая погрешность пищеводных баллонных катетеров в зависимости от объема надувания пищеводного баллона и установленного давления в камере показано для детских катетеров CareFusion 6 Fr (рекомендуемый производителем диапазон 0,5–1,25 мл) и 8 Fr для взрослых (рекомендуемый производителем диапазон 0,5–2,25 мл) при использовании модели пищевода. Пунктирные вертикальные линии показывают объем надувания, который соответствует полученному оптимальному объему наполнения (показана медиана трех тестов).Обратите внимание, что метод оптимального объема наполнения обычно не приводит к разнице между давлением в камере и измеренным давлением в пищеводе (общая ошибка около 0), но существует тенденция к завышению оценки P камеры при использовании верхнего предела диапазона, рекомендованного производителем.

Рис. 4.

Средняя общая ошибка и точность (95% ДИ) показаны на графиках Бланда-Альтмана при использовании модели пищевода и объема надувания пищеводного баллона, который соответствует оптимальному объему наполнения для каждого условия тестирования.Результаты стратифицированы по типу катетера.

Заполненный жидкостью датчик давления с микронаконечником.

Как заполненный жидкостью датчик, так и датчик с микронаконечником сохраняли высокую точность во всем диапазоне давлений, независимо от того, использовалась ли модель пищевода (рис. 5). Средняя общая ошибка составляет ± 1 см H 2 O при всех уровнях давления в камере при использовании катетера Camino или когда заполненный жидкостью наконечник катетера правильно обнулен с помощью датчика. Когда заполненное жидкостью отверстие катетера находится на 5 см выше или ниже датчика, давление в камере имеет предсказуемое завышение или занижение, близкое к 5 см H 2 O при всех уровнях давления в камере.

Рис. 5.

Среднее значение и диапазон (планки погрешностей) разницы между давлением в камере (P камера ) и измеренным пищеводным давлением (P es ) показаны для катетера Camino (преобразователь с микронаконечником) и катетера, заполненного жидкостью (8 Fr CORFLO), когда заполненный жидкостью кончик катетера находится на одном уровне с датчиком и на 5 см выше и ниже датчика, стратификация по наличию или отсутствию модели пищевода.

Клиническое исследование

Пять субъектов были включены в анализ для клинического исследования.В клиническом исследовании использовались только педиатрический катетер 6 French CareFusion и катетер French CareFusion Adult 8. Всего было получено данные за 9 различных дней измерений. При просмотре рентгенограмм грудной клетки катетер находился в неправильном положении для 2 измерений, и результаты для этих 2 случаев можно найти в Интернете (см. дополнительные материалы 3 на http://www.rcjournal.com). Для 7 измерений, при которых катетер находился в соответствующем положении, демографических и клинических характеристик, включая возраст, были получены оптимальные объемы наполнения и соответствующие P Lexp и P Linsp при использовании оптимального объема наполнения, а также минимального и максимальные значения для рекомендуемых производителем диапазонов представлены в таблице 1 для каждого субъекта и отдельного дня измерения.Среднее значение и диапазон объемов надувания, полученные для оптимального объема наполнения для детского катетера 6 French CareFusion и катетера для взрослых 8 French CareFusion, составляли 0,4 (0,2–0,5) мл и 0,8 (0,6–1,0) мл соответственно. При объединении измерений субъектов на рис. 6 показаны измеренные P Lexp и P Linsp (медиана, IQR) для каждого объема надувания пищеводного баллона и типа катетера. При использовании диапазона, рекомендованного производителем, для детского катетера Carefusion 6 French медианные значения для P Lexp при выбранных клиницистами настройках вентилятора находятся в диапазоне от -6.5 до −2,5 см H 2 O и P Linsp варьируются от 7,0 до 9,8 см H 2 O. При использовании метода оптимального объема заполнения этот диапазон уже (объем заполнения 0,2–0,5 мл) и выше при медиана P Lexp в диапазоне от 0,0 до −2,5 см H 2 O и P Linsp в диапазоне от 9,8 до 12,0 см H 2 O. Для катетера для взрослых 8 French CareFusion диапазон производителя дал медиану для P Значения Lexp в диапазоне от -3,6 до 1,0 см H 2 O и P Значения Linsp в диапазоне от 13.от 7 до 18,7 см H 2 O. Метод оптимального объема наполнения еще больше сузил этот диапазон (объем наполнения 0,6–1,0 мл) до от −1,0 до 1,0 см H 2 O для P Lexp и от 17,6 до 18,6 см H 2 O для P Linsp .

Таблица 1. Демографические и клинические характеристики

для 5 субъектов с ОРДС в клиническом исследовании функция объема наполнения пищеводного баллона, стратифицированная по размеру катетера.Заштрихованные области обозначают диапазон, рекомендованный производителем, а пунктирные линии и черный контур показывают среднее значение и диапазон полученных минимальных объемов наполнения.

Обсуждение

В комбинированном лабораторном и клиническом исследовании мы продемонстрировали, что измерения пищеводного давления с помощью баллонных катетеров могут быть очень неточными, если объем наполнения баллона неверен. Точность педиатрических баллонных катетеров особенно уязвима к объему надувания даже в пределах, рекомендованных производителем.Некоторые из этих ограничений можно преодолеть, если определить оптимальный объем наполнения баллона, и мы предложили метод определения этого объема у постели больного в определенный момент времени с индивидуальным катетером. Тем не менее, другие методы, такие как заполненные жидкостью катетеры или катетеры с микронаконечниками, могут быть более перспективными, поскольку они, по-видимому, сохраняют точность в более широком диапазоне P es без влияния эластичности пищевода.

В лабораторной части нашего исследования мы обнаружили, что модель пищевода имеет решающее значение для имитации реальных условий, поскольку завышение давления в камере пищеводных баллонов в пределах диапазона производителя присутствует только в модели пищевода.Мы считаем, что это имитирует клинические условия, и наблюдаемые нами различия в измеренном пищеводном давлении как функции объема надувания у субъектов хорошо соответствуют сценарию модели пищевода. Наша экспериментальная установка и результаты без модели пищевода были аналогичны 2 лабораторным исследованиям, проведенным Mojoli et al. 11 и Walterspacher et al., 12 , которые обнаружили относительно широкий диапазон объемов наполнения пищеводного баллона, которые давали бы аналогичное значение. для P es , что указывает на широкий рабочий диапазон с низкой эластичностью.Walterspacher et al заметили, что этот рабочий диапазон может измениться из-за характеристик адгезии материала пищеводного баллона как сразу после первого надувания, так и после воздействия больших объемов надувания в течение 16 часов, что указывает на то, что рабочий диапазон даже без модели пищевода может измениться. со временем. 12 При проведении клинического исследования с участием 36 взрослых Mojoli et al. 13 наблюдали более крутую зависимость между давлением и объемом, чем они ранее сообщали в своем лабораторном исследовании, и они пришли к выводу, что дополнительная эластичность пищевода способствует ложно высокому значение для P es .Действительно, дополнительную эластичность стенки пищевода называют потенциальным источником ошибок при измерении P es . 2,11–13,17–19 Чтобы компенсировать это, Mojoli et al. 13 предложили провести калибровку in vivo, чтобы охарактеризовать индивидуальную эластичность пищевода каждого субъекта. Этот метод был протестирован с одной маркой пищеводного баллона для взрослых и требовал визуального осмотра для определения линейной части кривой объема надувания P es .Это подтверждает, почему модель пищевода необходима для лучшего моделирования клинической среды.

Подобно методу, предложенному Mojoli et al., 13 , мы также определили метод калибровки in vivo для определения оптимального объема наполнения детских и взрослых катетеров с баллонами пищевода. Чтобы потенциально автоматизировать визуальный метод, описанный Mojoli et al, 13 , мы разработали метод оптимального заполнения объема, который можно выполнять у постели больного без графического отображения данных.Для этого метода требуется только возможность просмотра записанных сигналов P es либо с помощью программного обеспечения для записи, либо с помощью внешнего интерфейса аппарата ИВЛ с дисплеем сигналов P es , а также документирование P es в конце выдоха в виде пищеводного баллона. объем наполнения увеличивается на одинаковые величины для расчета оптимального объема наполнения (см. дополнительные материалы 1 на http://www.rcjournal.com) или с помощью нашего веб-приложения. Насколько нам известно, это первая опубликованная работа о взаимосвязи между объемом надувания детского пищеводного баллона и P es .Несмотря на то, что диаметр или материал не одинаковы, можно рассмотреть некоторую экстраполяцию на основе работы, проделанной Mead et al. значительно увеличивает объем наполнения пищеводного баллона при использовании короткого пищеводного баллона по сравнению с длинным. Они наблюдали более крутые наклоны кривых P es по сравнению с кривыми объема надувания при использовании меньших пищеводных баллонов, а Petit и Milic-Emili 21 пришли к выводу, что нагрузка на стенки пищевода на единицу объема была выше при использовании меньших баллонов, потому что более длинные баллоны позволяет распределить объем воздуха по более длинному сегменту пищевода.Детские пищеводные баллонные катетеры меньше по диаметру и длине, чем взрослые пищеводные баллонные катетеры, и их рабочий диапазон, в котором можно гарантировать точность, может быть меньше. Это подвергает их гораздо большему риску завышения плеврального давления, чем баллоны для взрослых, которые длиннее и шире.

С этой целью при использовании детских пищеводных баллонных катетеров наша методика оптимального объема наполнения требует значительной точности и может быть подвержена ошибкам, поскольку область низкой эластичности кривой объема надувания P es может быть очень маленькой (< 0.3 мл), особенно при низком фактическом плевральном давлении (рис. 3). Для маленьких детей может быть полезно рассмотреть альтернативную систему измерения давления в пищеводе, такую ​​как система, заполненная жидкостью, или датчик с микронаконечником, где отношение P es к объему надувания пищеводного баллона отрицается. Заполненные жидкостью катетеры могут быть такими же простыми, как стандартная питательная трубка, заполненная непрерывной инфузией жидкости с низким потоком, которая передает давление от кончика катетера к датчику.Мы продемонстрировали хорошую точность при использовании заполненного жидкостью катетера, хотя он будет завышать или занижать давление, если столб жидкости не проходим или кончик не находится на одном уровне с датчиком. Этого обнуления давления может быть трудно достичь во время оказания медицинской помощи, когда положение тела может часто меняться. 22–24 Датчик с микронаконечником позволяет измерять P es непосредственно на кончике катетера 25 и обеспечивает точность во всех тестируемых условиях, независимо от того, использовалась ли модель пищевода, но со временем показания могут дрейфовать, что потребует периодического обнуления 26 и, таким образом, сделает его менее практичным для долгосрочного управления вентилятором.Необходимы дальнейшие инновации, чтобы создать надежную измерительную систему P es для детей, которая не зависит от надувания баллона или положения тела и способна поддерживать калибровку на протяжении всего курса искусственной вентиляции легких.

Наше исследование имеет ряд ограничений. Во-первых, в лабораторной части исследования для имитации пищевода использовался дренаж Пенроуза, что является чрезмерным упрощением для биологического образца и может не дать реалистичной детской эластичности пищевода.Во-вторых, мы использовали дренаж Пенроуза одинакового размера как для детских, так и для взрослых пищеводных баллонных катетеров, что может обеспечить ложно высокую эластичность для взрослых пищеводных баллонов. Тем не менее, ясно, что модель пищевода необходима для более точного воспроизведения клинических условий, и поэтому модель пищевода должна быть включена в будущие настольные модели для тестирования пищеводных баллонных катетеров. В-третьих, в лабораторном эксперименте не использовались дополнительное тепло и влажность в камере, что может привести к дальнейшему расширению закачанного газа в баллоне и привести к потенциально большему завышению давления, чем сообщалось.В-четвертых, клиническое исследование имело небольшой размер выборки; эту работу следует повторить с большим размером выборки для подтверждения результатов. В-пятых, при измерениях P L не использовались задержки вдоха и выдоха, которые могут давать другие значения, чем при выполнении задержки, хотя это в первую очередь повлияло бы на значения P aw и P es и не должно существенно меняться с или без удержания (см. дополнительные материалы 4 на http://www.rcjournal.com).

Выводы

Мы продемонстрировали, что P es сильно зависит от объема надувания пищеводного баллона, даже в пределах, рекомендованных производителем.Детский пищеводный баллонный катетер имеет меньший рабочий диапазон объема накачивания баллона, чем пищеводный баллонный катетер для взрослых, хотя оба должны пройти метод калибровки in vivo для определения оптимального объема надувания. Мы разработали метод, который может дать хорошую оценку объема инфляции, которая необходима для обеспечения большей точности. Для педиатрических пациентов необходимы другие способы оценки давления в пищеводе, менее подверженные ошибкам.

Благодарность

Мы хотели бы поблагодарить Dr.Яну Келли, Детская больница Цюриха, и профессору Петеру Рименсбергеру, Университетская клиника Женевы, за то, что они впервые обратили наше внимание на особые проблемы с пищеводными баллонными катетерами у младенцев и детей.

Сноски

  • Для корреспонденции: Justin C Hotz RRT-NPS, Mailstop 12, Отделение анестезиологии и интенсивной терапии, Детская больница Лос-Анджелеса, 4650 Sunset Boulevard, Los Angeles, CA

    . Электронная почта: jhotz{at}chla. usc.edu.
  • Дополнительный материал, относящийся к этому документу, доступен на http://www.rcjournal.com.

  • Часть этой работы была представлена ​​в виде тезисов открытого форума на Конгрессе Американской ассоциации респираторной помощи, состоявшемся 15–18 октября 2016 г. в Сан-Антонио, штат Техас.

  • Учреждение доктора Кемани получило финансирование от Национальных институтов здравоохранения (NIH)/Национального института детского здоровья и развития человека (NICHD) 1K23HL103785 и от Института трансляционных клинических исследований бассейна Лос-Анджелеса. Он получил поддержку исследования статьи от NIH.Другие авторы не выявили конфликта интересов.

  • Copyright © 2018 Daedalus Enterprises

Факты о полетах на воздушном шаре от A Beautiful Balloon, Inc.

Воздушный шар Информация

Воздушный шар Факты

Насколько большой?
Типичный воздушный шар имеет диаметр около 55 футов и высоту от 60 до 80 футов. Они классифицируются по сколько воздуха может содержать конверт. распространенные размеры — AX-7, с объемом конверта объемом 77 000 куб.Это наиболее распространенная модель, потому что с ней легко обращаться. экипажем из трех-четырех человек. Типичный конверт содержит около 1200 ярдов материала. и около 3 миль резьбы.

Сколько человек?
Размер и вместимость оболочки определяют подъемную силу воздушного шара и, следовательно, то, как многие люди могут безопасно летать на воздушном шаре. Менее очевидны, другие факторы в равной степени важны: температура окружающей среды, высота над уровнем моря и вес пассажира.Эти Совокупность факторов определяет, сколько людей могут безопасно летать в конкретный день.

Насколько тяжелый?
Типичная система AX-7 весит около 550 фунтов: конверт весит около 200 фунтов, а корзина, топливо и бортовое оборудование добавляют еще 350 фунтов.

Насколько высоко?
Воздушный шар может летать при благоприятных погодных условиях на высоте до 12 500 футов над уровнем моря. до того, как потребуется кислород. Однако большинству пассажиров нравятся полеты на более низких высотах, где они могут разговаривать с людьми на земле, ходить впритык (или, для любителей приключений, разбрызгивание и рывок) приземления и ощутите местность внизу с расстояния, где детали можно наблюдать.

Когда?
Воздушные шары запускают рано утром или ближе к вечеру, потому что ветер обычно самый спокойный от 2 до 3 часов после восхода солнца и от 2 до 4 часов до захода солнца. Дневные рейсы бывают редко из-за ветровой и термической активности. Полеты обычно длятся от 45 минут до одного часа из-за безопасность, погода и запас топлива.

Где?
Воздушные шары дрейфуют по ветру и с той же скоростью, что и ветер. Поскольку ветры дуют разные направления на разных высотах, пилот может изменить направление, изменив высота.Пилот поднимается или опускается, нагревая воздух внутри шара с помощью горелку или спуститься, дав остыть воздуху в воздушном шаре.

Топливо:
В качестве топлива используется жидкий пропан, тот же газ, который используется в уличном гриле-барбекю. Пропан это экологически чистый, так как это чистое горение, производящее только водяной пар и углерод диоксид.

Резервные системы
В целях безопасности воздушные шары имеют 2 полностью независимые системы горения.Даже если оба горелки должны были выйти из строя, сам воздушный шар действует как гигантский парашют. В таком редком случае, воздушный шар опускается на землю примерно с той же скоростью, что и парашют, примерно с 9 до 10 миль в час.

Пилоты:
Пилоты сертифицированы FAA как студенты, частные или коммерческие пилоты. Студенты проходят обучение у сертифицированных коммерческих инструкторов по полетам на воздушном шаре. Студенты должны пройти обширную классную и практическую подготовку.Студенты пишут экзамены, а также летные и устные экзамены для частных и коммерческих сертификатов. Наш пилоты всегда хорошо отдохнули перед полетом.

Оборудование :
Помимо корзины, горелки и конверта, для всех воздушных шаров требуется определенное оборудование, в том числе: компас, высотомер (высота над уровнем моря), вариометр (скорость подъем или спуск), индикатор температуры оболочки и датчики количества топлива для всех топливные баки.

Как туда попадает весь этот воздух?
Для надувания воздушный шар раскладывается на земле с корзиной на боку и в то время как горловина воздушного шара держится открытой членами экипажа, большой вентилятор используется для выдувания воздух в конверт.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.