Ballone und Zeppeline
Ballone waren die ersten Fahrzeuge, mit denen sich Menschen in die Luft erhoben. Im Gegensatz zu der später entstandenen Fliegerei mit »Flugzeugen schwerer als Luft« entsteht bei Ballonen und Luftschiffen der Auftrieb durch das archimedische Prinzip.
Auftriebsprinzip
Ballone und Luftschiffe haben einen großen Auftriebskörper, der aus einer gasdichten Hülle mit einer Traggasfüllung besteht. Wenn die Dichte des Auftriebskörpers kleiner ist als die Dichte der umgebenden Luft, steigt der Ballon auf und kann gegebenenfalls sogar noch eine Nutzlast, z. B. eine Gondel mit Passagieren, tragen. Da Luft mit einer Dichte von ca. 1,3 kg/m3 (bei einem Druck von 1 bar und einer Temperatur von 0 ºC) bereits ein leichtes Gasgemisch ist, kommen als Füllung nur wenige Gase infrage. Im Wesentlichen ist dies reiner Wasserstoff, der rund 14-mal leichter als Luft ist, und Helium, das rund 7-mal leichter als Luft ist. Wasserstoff ist einfach herzustellen und relativ preiswert, hat aber den Nachteil, dass er zusammen mit Sauerstoff das hochexplosive Knallgas bildet. Das Edelgas Helium hingegen ist unbrennbar, aber teuer.Geringere Dichte als Luft unter Normalbedingungen hat auch erwärmte Luft, die ebenfalls als Traggas geeignet ist.
Gasballone
Gasballone haben eine kugelförmige, geschlossene Hülle, meist mit Wasserstoff- oder Heliumfüllung. Über der Hülle befindet sich ein Netz, an dem der Korb hängt. Die Ballonfahrer können die Vertikalbewegung außer durch gezielten Abwurf von Ballast (Sandsäcke) auch mit dem Ventil an der Ballonoberseite beeinflussen. Durch Ablassen von Gas verringert sich das Volumen des Ballons und damit der Auftrieb, sodass der Ballon sinkt. Um nach dem Landen ein Schleifen des Ballons auf dem Boden zu verhindern, kann durch Ziehen einer Leine die Reißbahn geöffnet werden, sodass das Gas schnell entweicht und die Ballonhülle rasch in sich zusammenfällt.
Heißluftballone
Die modernen Heißluftballone, die als Sportgeräte große Verbreitung gefunden haben, unterscheiden sich kaum von jenem ersten Ballon, den die Brüder Montgolfier im Jahre 1783 bauten. Die Ballonhülle aus leichtem Stoff, der in Bahnen zusammengenäht ist, ist unten offen. Unterhalb der Ballonöffnung befindet sich der Korb mit dem Propangasbrenner, mit dem die Ballonfahrer die Luft im Ballon erhitzen, um aufzusteigen. Ein Segel dient als Windschutz für den Brenner. Die Ballonhülle hat auf der Oberseite eine Öffnung (Kalottenloch), die normalerweise durch den inneren Ballondruck mit dem Parachute (Fallschirm) verschlossen wird. Über Betätigungsleinen kann der Parachute heruntergezogen werden, sodass heiße Luft entweichen kann und der Ballon sinkt.
Zeppeline
Ballone ohne eigenen Antrieb bewegen sich mit dem Wind und lassen sich kaum in ihrem Kurs beeinflussen. Erst ein angetriebener Ballon, ein Luftschiff, kann durch Ruder gesteuert werden. Nach Erfindung des Verbrennungsmotors und der Luftschraube entwickelte man die Starrluftschiffe oder Zeppeline. Bei diesen wird der zigarrenförmige Auftriebskörper durch ein fachwerkartiges Metallgerüst gebildet, das mit Tuch bespannt und mit Wasserstoff in getrennten Gassäcken gefüllt ist. Am Ende des Auftriebskörpers befindet sich ein Leitwerk mit Seiten- und Höhenrudern. Für Besatzung und Passagiere ist eine Gondel fest mit dem Auftriebskörper verbunden. Die Triebwerke mit den Luftschrauben befinden sich in separaten Triebwerksgondeln.
Nach der Explosion des deutschen Zeppelins »Hindenburg« in Lakehurst, USA, 1937 ruhte der Bau von Starrluftschiffen über fünfzig Jahre lang. Heute werden wieder Starrluftschiffe entwickelt und gebaut. Sie sollen z.B. für lang dauernde Überwachungsflüge (z. B. im Küstenschutz) eingesetzt werden, wobei der geringe Treibstoffverbrauch vorteilhaft ist. Die neuartigen Zeppeline haben eine Heliumfüllung und bewegliche Propellertriebwerke, die eine größere Beweglichkeit des Luftschiffes ermöglichen.
Prallluftschiffe
Die Technik von Prallluftschiffen (Blimps) liegt zwischen der von Gasballonen und Zeppelinen. Sie haben einen zigarren- oder tropfenförmigen Auftriebskörper, jedoch ohne Metallgerüst. Die Stromlinienform ist nur bei prall gefülltem Auftriebskörper gegeben. Die Passagiergondel hängt dicht am Auftriebskörper. An der Gondel sind auch die Triebwerke befestigt. Gegenüber Starrluftschiffen ergibt sich damit eine schlechtere Manövrierbarkeit und ein höherer Geräuschpegel für die Passagiere. Prallluftschiffe werden seit langer Zeit in kleinen Stückzahlen gebaut und vor allem für Rundflüge und Werbung eingesetzt.