寻求火箭飞行理论
水火箭又叫气压喷水火箭和水推进火箭。它由废弃饮料瓶制成动力舱、箭体、箭体、尾翼和降落伞。充入一定量的水,用泵充入空气达到一定压力后再发射。它是利用水与空气的质量比(水的质量是空气的865,438+06倍),加压空气从火箭尾部的喷嘴高速喷出水的火箭模型。在反作用力下,水火箭快速上升,利用加速度和惯性在空中滑行,飞行轨迹像导弹一样。最后到达一定高度,打开降落伞在空中缓缓降落。
《水火箭》是一部寓教于乐、免费且科技含量高的动手动脑科普教材,深受青少年喜爱。学生可以直观地了解导弹和运载火箭的发射和回收过程,以及导弹和飞机的飞行原理和区别。讲解牛顿第一、第二、第三定律(作用与反作用、惯性和能量守恒),学习一些空气动力学和飞行力学的基础知识。使广大青少年了解和热爱航天科技,为国家航天事业培养、造就和输送优秀人才。
发射原理
用橡胶塞塞住的可乐瓶形成一个封闭的空间。当气体被泵入封闭的容器时,容器中的气压增加。当超过胶塞与瓶口最大贴合度时,瓶口与胶塞自由分离,箭头中的水向后喷出,获得反作用力。
水火箭的生产
1.材料准备:2.25L可乐瓶3~6个,剪刀,单面刀片,软木塞,球气针,圆珠笔芯,订书机,双面胶,彩色装饰纸。
2.制作过程:如图1,取出一个可乐瓶,按1/3左右的间隔,切成三等份。如图2,留下瓶口和中间部分,把第二个可乐瓶倒过来。如图3所示,将第一瓶口盖在第二可乐瓶的底部,然后将第一中间部分盖在第二可乐瓶的瓶口上。
3.制造重点:在制造过程中,喷嘴是最重要的,密封一定要好,否则不能提供好的压力。气针在软木塞里要水密,最好用烧红的针尖刺破孔。如果还是漏水,可以在气针上加一个圆珠笔芯,圆珠笔芯顶端突出水面,可以防止气泡在抽水时翻滚漏水。
研究方法
1.水火箭垂直上升高度与瓶内水位的关系可以通过做实验得到。得出水量为1/4时水火箭飞地最高的结论。从实验结果中发现,气压与射程成正比。这是因为气压越大,喷水力越大,水火箭的冲力越大,水火箭就会反冲。但是发射水量是65433。水火箭中的水喷出来之前,由于气压的降低,加速停止,增加了水火箭的重量,使其由于重力的影响提前下落。质量越大,需要提供的动量就越大。当质量不变时,速度越大,动量越大。提高速度的方法是增加单位时间的喷水量。所以水火箭里的气压和水量合适,飞地才能更远更高。实验中发现,如果水的体积大于水的体积,根据PV = NRT,我们可以得到在一定压力下可以喷出的水量的上限。水量不够的话,一定压力下能喷出的水量就喷的早一点。根据理论,发射时,我们先测出这个压力下能喷出的最大水量,再计算出这个压力下能喷出的最大水量。根据这两个数据,我们可以达到水火箭的最大射程(PMAX = fmax× mmax)。
2.如何提高水火箭的稳定性?
水火箭在上升的过程中,并不是垂直上升,而是经常水平或侧向上升。这就需要我们提高它的稳定性,让它垂直上升。要提高其稳定性,必须考虑大气阻力的作用。第一,水火箭顶部要尖,减少空气阻力。其次,瓶子的形状要接近流线型,以利于气流的通过;为了让它垂直上升,也为了让它放置的时候垂直,我们拿了一个三脚架,把水火箭支撑起来(不是紧紧套住),让它可以垂直站立。
3.发射轨道对射程的影响。
水量固定为600ml,发射仰角为50°。分别用无轨发射器和70cm发射器发射水火箭,记录结果和发射情况。比较了发射轨道对飞行距离的影响。实验结果表明,无轨发射装置和无轨发射装置造成的射程几乎相同,因此有无轨道并不影响射程。但冲量越小,无轨发射器发射的水火箭往往会偏离预定方向。而轨道发射装置有两个支点,使得水柱喷射时很难产生其他方向的分量,所以水火箭可以精确地直线前进。因此,轨道发射器在精度上优于无轨发射器。
4.弹头重量对发射弹道的影响。
固定水量600ml,发射仰角50°,使用轨道发射器。弹头依次装填质量为30克、40克、50克和60克的填充物..比较了弹头重量对水火箭发射轨道的影响。
实验表明,由于尾部质量的影响,无预装填的战斗部重心明显后移。这时候因为重心是物体旋转时的重心,我们可以以重心G为支点,然后在只有重力的情况下,弹头就变成了以G为支点的水平杠杆。在飞行中,弹头A和尾翼B会受到相同的风阻影响,但由于力臂不同(AG > AB),A点不同。所以水火箭会旋转,影响航道。所以一定要放预填充物,把重心G移到A,这样力臂AG = BG(也就是水火箭的中点),这样A和B产生的力矩就一样了,就达到了一个平衡。但如果预填料放的太多,重心会向前,导致力臂AG < BG,力矩A <力矩B,就会变成旋转的情况,产生相反的效果。因此,
5.发射仰角的影响。
水的定量为500毫升,预先装满,使用轨道发射器。发射仰角分别为35°、45°、55°、65°和75°。比较了发射仰角对水火箭发射距离的影响。
水火箭的斜发射与斜抛有关,所以理论上已知发射仰角为45°时飞行距离最长。但发射结果表明,当发射仰角在50° ~ 55°(约52°)之间时,可以达到最大射程。当发射仰角过小时,水火箭向上的分量不大,使得爬升高度较小,水火箭的重量受到地球重力的牵引。向上分量虽然大,但是向前分量太小,以至于射程太短,导致“射得高,射不远”的情况。因此,在水火箭发射角中,必须考虑适度的向上分力和向前分力,各种外界因素的影响以及发射仰角。
第四,延伸生产。
1.生产大型水火箭。等你熟悉了水火箭的基本制作后,就可以尝试制作大型水火箭了。它们由轻金属制成,气压由气泵提供。
2.多级火箭的制造。
几个水火箭绑在一起,一个进气口提供气压。同时喷出一股水柱,提高水火箭的飞行能力。
经过半个多学期的探索、研究和实验,我们已经初步完成了水火箭的研制,从中我们有了很多方面的提高。通过搜索资料,深入了解火箭的发展史,尤其是我国火箭技术发展史。我们知道,火箭是现代航天飞行的必备运载工具,中国是火箭技术的发源地,目前的运载火箭技术已经达到世界先进水平。中国已经成为当今世界的航天大国。然而,由于资金短缺和技术缺陷,航天工业发展非常缓慢。但凭借强大的综合国力,与外国合作发射了多枚“长征系列”火箭。去年,中国成功发射了“神舟二号”和“神舟三号”飞船,为未来的宇宙发展奠定了坚实的基础。