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水火箭


熟悉又陌生的 水火箭
高一261班研究性学习第六组开题报告

课题的背景和原因
? 在学校科技周来临的情况下,我组六名成员决定以科技周

比赛项目中的水火箭作为此次研究性学习的课题。 ? 因为我们六人对此非常感兴趣,并且希望为我班在科技周 中取得优异的成绩,所以我们决定此次的课题定为水火箭 的研究与实践。
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br />? Ps:水火箭嘛,主要是用来娱乐和锻炼动手能力的。(打发时间必备

良品)

我们的小组
? 组长:王璞玉、周博睿(副) ? 组员:张鸿飞、郑凯文、阎炜华、薛杰锋、

周博睿、王璞玉 ? 指导老师:郭志昊、赵大海

什么是水火箭
? 水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭。是利

用废弃的饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾 翼、降落伞。灌入三分之一的水,利用打气筒充 入空气到达一定的压力后发射。是利用水和空气 的质量之比(水的密度是空气的771倍),压缩 空气把水从火箭尾部的喷嘴向下高速喷出,在反 作用下,水火箭快速上升,加速度、惯性滑翔在 空中飞行,像导弹一样有一个飞行轨迹,最后达 到一定高度,在空中打开降落伞徐徐降落的火箭模 型。

发射的原理
? 用橡皮塞紧的瓶子,形成一个密闭的空间.把气

体打入密闭的容器内,使得容器内空气的气压增 大,当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时,瓶 口与橡皮塞自由脱离,箭内水向后喷出,获得反 作用力射出.水火箭和火箭最大的不同,在於其 推进的媒介由高温空气变成水而已。在发射水火 箭前会灌入空气达一定压力,由於高压会自然向 低压流去,故在喷嘴被打开时,空气自然向喷嘴 流去,但由于水挡在前方,故水会被空气推出火 箭,而火箭也藉此获得向前的速度。

制作重点
? 在制作过程中,喷口是最为重要的,密封

一定要好,否则不能提供良好的压力.气 针在木塞中,也要达到密不透水,最好用 烧红的针尖穿洞。如果还有漏水情况,可 以在气针上加装一个圆珠笔芯,圆珠笔芯 的顶端伸出水面,可防止打气时气泡的翻 滚和漏水情况。降落伞的线一定要粘牢, 不然压力过大,可能会使线从伞身上掉落。

世界纪录
? 目前水火箭垂直发射高度世界纪录是由美 国的水火箭团队于2007年6月14日创造的, 使用X12型单级单推水火箭,高度为2044 英尺,约合623米。该火箭外形奇特,远看

类似一根筷子。由专业团队在进行多次数 据采集分析计算后,设计而成,外部采用 特殊材料制作而成。与传统水火箭制作工 艺和理念都有较大差异。

技术趣点
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水火箭种类众多,一般包括单级单推(一级火箭,一个推进器喷口)、单级 多推(一级火箭,多个推进器喷口)和多级多推(多级火箭、多个推进器喷 口)等,少有多级单推。由于单级多推一般为推进器(一个或几个瓶串联而 成)“被动分离”且箭体与推进器同时发射,因此虽有推进器抛离效果但一 般不视为多级水火箭。而多级多推水火箭采用推进器与箭体“主动分离”技 术且为推进器箭体接替发射。水火箭制作的技术趣点主要包括:喷嘴技术、 主动分离技术和回收技术。[3] 国内较为流行的自行车内胎及气口做瓶塞的方法,但由于这种方法无法良好 控制发射时间,因此是无法完美实现多推的。目前国外主流技术是使用花园 浇灌用喷头加单向阀,采用类似部分洗衣机进水接口的方法制作喷嘴。用滑 轮和线向下拉动发射器套环,实现了对发射时间的良好控制。 一般来说,单级多推水火箭涉及推进器和箭体的推力差问题。由于是靠重力 自然实现的“被动分离”,因此推进器的推力一定大于箭体推力,以保证水 火箭升空时二者推力和最大且为一体,当推进器推力耗尽时,由于重力作用 自然脱落。主箭体则继续飞行。这种火箭的优势是,不涉及复杂的多级分离 技术,同时拥有较大的推力,制作较为简单。而要注意的是,箭体喷口直径 要小于推进器喷口直径以实现推力差。一般箭体使用降落伞回收技术。

? 下面说说多级多推水火箭。这种水火箭体型庞大,高度甚至可超过2 米,目前已知的最高发射高度是国外水火箭爱好者于2010年10月30 日创造的864英尺,约合263米。虽然这种火箭的发射高度并不是十

分高,但由于涉及“错时喷射“技术、“主动分离”技术和箭体及推 进器的“分级回收”技术,因而更具有挑战性、更受到水火箭发烧友 的青睐。国外的主动分离技术样式不一,但基本原理一致。利用推进 器推力耗尽时的重力和预埋分离器中的弹簧弹力以及分离开始时第二 级箭体喷射推力,快速实现一二级主动分离。推进器部分进入下落阶 段打开降落伞、而第二级继续上升直到推力耗尽下落打开第二级降落 伞。若有第三级,则依次推进。 ? 单级多推水火箭和多级多推水火箭都可以做得很大,但分辨二者区别 并不难,从外观上即可分辨。单级多推水火箭(可以叫假二级)箭体 和推进器喷嘴是在一个平面上的,因为只有这样才最容易实现同时发 射。而多级多推水火箭则不是,其第二级喷嘴一定是和推进器相连的, 因为发射开始时第二级是不工作的。所以只要看喷嘴的位置即可分辨。

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