带延时降落伞的二级分离水火箭的制作与发射

延时开仓降伞多级分离水火箭设计与制作

参赛学生：

指导教师：

摘 要：水火箭是利用常见的塑料瓶(如可乐瓶)为材料，以牛顿第三定律(作用力与反作用力)为原理，以空气压力和水作为动力的环保火箭模拟飞行器。水火箭发射是一种模拟火箭发射过程的课外科技活动，其活动过程刺激但也很安全，是寓教于乐、科技含量高、深受广大青少年喜爱的综合实践性较高的科普活动。本人制作的多级水火箭是利用相邻两级箭体间的分离器及内部水气的释放装置进行多级分离。它包括一级箭体、多级箭体、多级分离器、降落伞和延时降落伞仓。其目的是通过一级箭体与多级箭体之间分离器连接，随着火箭升空，一级箭体内的压力会随着水流不断外泄而减小，利用了一级箭体的推力，随之多级箭体间气压差的变化，分离器内软硬管之间的摩擦力不足以束缚住上面的多级箭体，多级箭体便会在反冲力的作用下跟随前级箭体实现分离。结构简单，操作方便，安全环保，稳定性高。

关键词：多级分离器; 一级水火箭; 延时器; 弹射器；可乐瓶

一、研究来源

通过网络视频检索，水火箭的最早研究是在国外，比如说美国和澳大利亚制作的水火箭种类比较多，从单级水火箭到多级水火箭再到捆绑水火箭，尤其是澳大利亚的一对父子研究的最为先进，国外的大型二级水火箭的发射高度可达到200m左右。我国水火箭研究起步相对较晚，主要是以单级水火箭的研究较多，以参加航模比赛水火箭打靶为主。作为科技活动娱乐性二级以上水火箭的研究比较少。本人在科技活动中，发现水火箭研究制作具有很大前瞻性，培养我们青少年科技创新教育活动、动脑、动手能力具有深远的推广性，制作方面还有很大挖掘潜力。通过科技老师指导和检索网络视频，研究制作了这款“延时开仓降伞多级分离水火箭”。

二、方案与制作

（一）设计方案：（延时开仓降伞多级分离水火箭设计实物图和结构图如图1所示）。主要包括多级箭头延时降落伞仓、降落伞、降落伞仓弹射开仓器、一级至多级水火箭箭体、箭翼固定连接套和多级分离器。

（二）制作工具及材料：（如图2所示制作装备工具）。制作材料：600mL的可乐瓶4-10个，600mL直筒饮料瓶4-8个，空心螺丝4个，螺母8个，硅胶圈12个，A4塑料垫板3张，开仓弹射器1个，机械延时器1个，回形针2个，乒乓球1个，橡皮筋2根，30mm×30mm雨伞布4块，30cm长的细线若干，2mm宽双面胶带1盘，即时密封胶水，塑料电工胶带等。

（三）制作过程：延时降落伞多级分离水火箭制作过程主要分为：一级箭体制作、多级箭体制作、箭翼制作、箭翼固定连接套制作、多级分离器制作、降落伞仓弹射开仓器制作、延时降落伞仓和降落伞的制作。以及最后安装调试。

1.一级箭体制作过程：

①将2个可乐瓶的底部中心各打1个直径8mm的孔;

②将打好孔的2个可乐瓶底部对齐，将空心螺丝套上硅胶垫片穿入孔中涂上密封胶套上螺帽用专用套筒扳手扭紧固定连接好;

③在A4塑料垫板上画8—16个上下边长为10mm/4mm、高为6mm的直角梯形，然后用剪刀剪下;

④将其中4个用密封胶和电工胶带粘贴紧固在一级箭体的尾部。其余的备用于二级以上箭体。

⑤如果制作二级以上多级箭体用同样的方法制作3—4个箭体。

2.末级箭体制作过程：

①将1个可乐瓶的瓶盖拧下来放在一边为二级储水箭体;

②然后再拿1个直径大于可乐瓶外径2mm的直筒饮料瓶将底部和瓶口斜边部分剪去，留下中间直筒圆柱形部分作为尾翼固定连接圈；

③用密封胶和电工胶带将四个直角梯形分四等分垂直粘在圆柱形固定连接圈上；

④将尾翼固定连接圈套在可乐瓶瓶口部斜边上方用密封胶和电工胶带粘贴紧固；

⑤将剪下的饮料瓶瓶口部分安装上弹射器下部分，然后套在与储水箭体瓶底用密封胶和电工胶带粘贴紧固；

⑥将回形针和延时器分别用双面胶和电工胶带粘贴紧固在箭体瓶壁的两边。

3.降伞仓制作过程：（结构图如图3所示）

①将1个可乐瓶在距离瓶口2/3处切开，然后在可乐瓶口上安装弹射器上部分，再将乒乓球切去一半并用密封胶和电工胶带粘贴紧固在可乐瓶口上;

②将可乐瓶口部分对应打2个2mm的孔穿入橡皮筋，将弹射器装上弹簧上下杆连接套在末级箭体底部，橡皮筋一头固定在回形针上，另一头挂在延时器的延时转动杆上。

4.降落伞制作过程：

①将雨伞布剪成直径30mm的正六边形;

②在每个角落扎一个孔，并在每个孔系一根细线，就做成了降落伞，每一级火箭需要配一个降落伞。

5.多级分离器制作过程：（结构如图4所示）材料：可乐瓶盖多个，亚克力管（内径6mm，外径8mm）50cm，气动接头3—4个，单向阀3—4个，細铜线数根，硅胶管（内径8mm，外径10mm）1m，空心螺丝和螺母各3—4个，密封圈数个。

制作过程：

①将一个可乐瓶盖中心各打1个直径10mm左右相同口径的孔;

②在瓶盖孔中穿入气动接头涂胶扭紧螺丝紧固，然后在气动接头一头插上10cm的亚克力管;

③把空心螺丝固定在另外一个可乐瓶盖上，一头用胶和细铁丝固定12cm乳胶管，乳胶管的另外一头固定单向阀；

④ 如果要制作多个分离器，按照以上方法雷同制作数个。

三、水火箭的飞行原理

水火箭的工作原理是:采用水气压摩擦力控制触发分离的方式，利用了第一级水火箭加速上升过程中作用于分离控制套管上的气体阻力来控制分离，气体通过两段管子和单向阀向二、三级水火箭送气。在水火箭发射之前，软管周围承受高压，紧紧地“握”住里面的硬管，强大的摩擦力使一二级箭体结合在一起。随着火箭升空，一级箭体内的压力会随着水流不断外泄而减小，软硬管之间的摩擦力不足以束缚住上面的二级箭体，二级箭体便会在反冲力的作用下跟一级箭体实现分离；随之二级箭体内的水流不断外泄压力减小，三级箭体与二级箭体实现分离，会随着水流不断外泄而压力减小多级水火箭分离。以此突破发射高度(发射高度可达200米左右)，更逼真的模拟火箭发射过程。

四、创新点和实用性

（一）创新点

1.采用分离器套管上的气体阻力来控制和单向阀通过气体由下往上的单向导通，从而使多级水火箭之间气压差较小，确保了第二级及多级水火箭的动力，同时也方便于充气；

2.多项机构设置提高水火箭发射可控性和安全性，一级采用胞珠锁扣瓶口控制水火箭发射架，延长充气管，安装了气压表、定向导轨，充气发射更加安全可靠；多级安装了降落伞和尾翼连接套，末级安装了降仓延时弹射开仓机构等，大大提高了水火箭的可控性和安全性；

3.水火箭制作材料来源于生活，利用废弃塑料可乐、饮料瓶，遵循了可持续发展性原则，实现了结构简单，操作方便，且安全环保，性能稳定。

（二）实用性

水火箭制作实验是中小学生科技教材中的重要内容，同时许多学校开设了水火箭制作的科技活动。通过水火箭的制作和使用，不但能够提高学生的动手实验能力，而且有助于加深学生对反冲运动等物理知识的理解，锻炼了学生的综合能力，对于中小学生在科学技术探究中具有前瞻性和实用性。

“延时开仓降伞多级分离水火箭”的设计制作，达到了取材容易、制作简单、工作可靠的目标。通过对多级分离水火箭的试制，我感受到：只要不断地探索，反复的实践，我们一定能战胜困难，能找到有效的解决方案。然而，研制过程能使我们的动手动脑能力得到培养，分析问题、解决问题的能力得到提高。最重要的是能磨练我们克服困难的意志，使我们有能力面对人生中的各种挑战。

参考文献

[1]百度文库，吕宗友，陈晓莉，水火箭的制作与发射

[2]百度文库，汪海. 二級加压水火箭的制作方法

[3]百度文库，秦仲强.研制“水火箭”

[4]优酷视频，洛奇水火箭制作

水火箭制作方案与原理

用输液管设计研制的二级水火箭分离器

分离食盐与水方法教学设计

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