曾圆秋 邓艳辉 吉荣斌 朱雅琴

【摘 要】传统孔明灯作为一种传统文化在一定的节日进行燃放，虽然是一种传统文化的继承表现，但是它也会给环境带来不同程度的污染，甚至是一定程度上的灾害。本文针对于传统孔明灯是否可进行改良的方面来进一步了解传统孔明灯的制作原理及电子孔明灯的设计思路，并提出电子孔明灯的优点。

【关键词】电子孔明灯；原理；优点

一、引言

随着改革开放的深入发展，我国人民生活水平的不断提高，人们的消费观念和方式发生了很大变化，人们的消费水平逐年提高，人们对文化娱乐生活方面的需求越来越大，而传统的文化节日以及娱乐项目成为了人们文化生活的重要组成部分。放孔明灯是一种汉族民俗文化，在中国的许多地区都有这个节日习俗。但是目前市场上的孔明灯一般用一张薄薄的纸张封闭，底部用铁丝固定一块蜡块，燃烧后，灯体内充满热空气，孔明灯便会升空，其外焰温度可达300℃，存在严重的火灾隐患，虽然孔明灯升空燃烧一段时间后，内部的火焰会自然熄灭，但在升空时极易受到风的影响，导致摇摆引燃纸罩，容易引发火灾事故，因此，从2009年开始，国内多个城市就明令禁止燃放孔明灯。

冬春用火不慎引发火灾的比例高于夏秋，玩火（主要为燃放烟花，放孔明灯）引发的火灾多集中于春节所在的2月份。

基于以上背景，我们提出了电子孔明灯的设计。

二、原理分析及其制作过程

（一）传统孔明灯

利用热空气的浮力使孔明灯升空，用阿基米德原理解释，当物体和空气同体积而重量比空气小的时候就会飞起，这和水的浮力道理是相同的。把球内的空气加热，球内一部分空气会因为空气受热膨胀而从球体流出使内部空气密度比外部空气小，所以充满热空气之后，孔明燈就会飞起来。

● 1：理想气体状态方程式（克拉伯龙方程）

pV=（mRT/M）=nRT

p为气体压强，单位Pa。V为气体体积，单位m3。n为气体的物质的量，单位为mol。T为体系温度，单位K。R是气体常量（比例常数）单位是J/（mol·K）

● 2：密度计算公式

ρ=m/V

推导得出ρ=p/RT，所以气体的温度越高它的密度越小。

● 3：浮力公式

F浮=ρgV

ρ为原有气体密度，单位kg/m3。g为当地重力加速度，单位m/s2。V为体积，单位m3。

当F浮-G球体-G空气=ma>0时，即（ρ空气-ρ热空气）Vg-mg=ma>0

孔明灯就会上升。

● 4：空气阻力公式

F阻=1/2CρsV2

C为空气阻力系数，也称风阻系数，ρ为空气密度，S物体迎风面积，V为物体与空气的相对运动速度。

综上所述，当孔明灯内的温度逐渐升高时，其体内的空气密度越来越小，所以浮力会越来越大，当其大于灯体本身以及体内空气总重力时，孔明灯会上升。上升过程中存在阻力，由阻力公式可知当速度达到一定程度时，孔明灯会匀速上升，或其他请况（取决于当时的天气请况。）

（二）电子孔明灯的设计思路

思路一：利用氦气代替热空气来使孔明灯飞起来。

ρ氦气=0.1786g/Lρ空气=1.29g/L

由上文中3可得（ρ空-ρ氦）Vg-mg=ma

（1.1114g/L）Vg-mg=ma

所以灯体每一升的体积会提供灯体1.1114g的重量所需的浮力。当体积越大时，浮力越大，升力也就越大，我们估计我们所制作的灯体重量约为十克，那么就需要十升左右的氦气才可飞起来。

思路二，利用螺旋桨使孔明灯飞起来。

所需的材料有，电池，LED小灯泡，闭封的灯体，导线。

● 5：螺旋桨升力公式

升力=桨直径ⅹ螺距ⅹ桨宽度ⅹ转速ⅹ大气压（标压）ⅹ经验系数（0.25）

因为此种灯体所用器件材料多，所以它的重量是很大的，所以它需要的螺旋桨的叶片面积很大，螺旋桨的功率要求很高，所投入的成本很大。再者，如若模型真能制作成功，当它起飞上升时，所克服的空气阻力由◎4可知，会越来越大，随之功率会增加，电池的耗电量上升，而电池的容量有限，所以估计它不会在空中停留太长时间。所以我们认为此种方案可行度几乎为零，故将其放弃。

三、电子孔明灯的优势

（一）可行性分析

目前，市场上的孔明灯利用燃烧产生的热空气造成内外压强差原理升空，而电子孔明灯利用氦气球的原理制作过程及螺旋桨孔明灯制作过程进行创新改造，取代明火。

（二）安全性问题

传统孔明灯外焰温度可达300℃，存在严重的火灾隐患，虽然孔明灯升空燃烧一段时间后，内部的火焰会自然熄灭，但在升空时极易受到风的影响，导致摇摆引燃纸罩，容易引发火灾事故，电子孔明灯无疑是解决这一问题的良策，它的创新之处在于采用电子发光装置取代传统的明火，避免了引发火灾，影响重要设施的安全。既可以满足人们放孔明灯许心愿这一传统文化娱乐方式的热爱，又可以有效的避免孔明灯的火灾隐患。

四、电子孔明灯销售的市场预测

电子孔明灯自身具有制作成本费用较高和制作过程较难的特点。一方面，对于孔明灯的出口商来说，倘若制作新型电子孔明灯，则需要购买其所需相关材料，但是由于电子孔明灯所需要的材料成本比较高，所以导致最终制作出来的孔明灯总体单价上升，那么较多的孔明灯销售商则不会购进或者购进极少量的货物。同时，这也会导致孔明灯的出口商出现孔明灯存货量增加的现象，进一步地影响坏账的逐渐增加和产生不必要的积压货物成本。对于销售孔明灯的商家来说，由公式“营业利润=营业收入-营业成本”可知，倘若销售商进购的孔明灯制作材料成本高，则商家售卖的单价也会随之上涨，如果大部分购买者都承受不了价格较为高一点的电子孔明灯而选择不购买这一商品，那么极易导致孔明灯销售商的收入减少，甚至会出现销售停滞或减少的情况，则又会进一步影响销售商的利润。

基于以上对相关现象进行分析的情况表明新型电子孔明灯的销售市场并不是十分理想，仍然存在许多不可避免的风险。

【参考文献】

[1]校书俊.自制“孔明灯”[J].人生与伴侣，2016（12）.

[2]常迎虎.安全型孔明灯[J].发明与创新，2016（8）.

[3]席永君，等.孔明灯空中的祈愿[J].中国西部，2014（5）.

[4]焦玉洁，徐旺.台湾省新北市孔明灯治理的经验启示[J].现代商贸工业，2018（14）.

[5]李荣金.环境监测技术问题及对策分析[J].现代商贸工业，2017（17）.