水火箭论文

水火箭论文一、原理分析：一、原理分析：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、降落伞灌入一定量的水，使用橡皮塞紧的塑料瓶，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，在于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到一定压力，由于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,然后降落的火箭模型 （出自百度百科水火箭词条）二、设计方案：二、设计方案：1、材料的选择：在选择作为水火箭主体的塑料瓶时，我们做了如下考虑：塑料瓶的重量与塑料瓶的容量由于水火箭的本身是用塑料瓶做的，质量较轻，所以不可忽略空气阻力对它的影响在外型固定的情况下，质量较小的水火箭受空气阻力的影响就较大假设水火箭由水的反冲获得的初动量恒定为 p，水火箭质量为 m，则初速度 v=p/m。

而 v 越大，水火箭相对就能飞得越远，看上面的速度公式可知，在理想状态下，质量 m越小，水火箭的初速度就大，它就能飞得更远但在实际条件下，如果水火箭质量越小，空气阻力对它的影响就越大，甚至一阵微风就可以让它改变飞行方向，或是从空中掉下来但如果我们加大水火箭的质量的话，很明显它的初速度变小了，也飞不远考虑如上因素我们选择 1.25 升装的果粒橙饮料瓶（1.25l的容量保证了其发射时能获得足够的加速度，而其适中的重量也减小了空气阻力的影响 ）2、制作过程：侧翼的制作：用硬纸片（为了使火箭飞行时有较好的稳定性，侧翼必须有较高的硬度）剪下侧翼四个，大小适中（太大的平衡翼很重，太小的起不了平衡作用） ，剪好侧翼后，将“粘贴爪”交替地折回两侧，用透明胶带对称地粘贴在火箭的下部侧面增压塞制作：用小刀切下橡皮塞较粗的一端，切口直径为 2.3cm，穿过小孔装上气门芯、胶管、和螺帽，将橡皮塞用力塞进瓶口内，其露在瓶口外的部分不超过约 2mm；用剪刀在饮料瓶盖中间挖一个直径约 12mm 的孔，以便使旋紧瓶盖时仅让气门芯露在外面前端填充物：在第一次试飞时，发现水火箭发生旋转从而影响了轨道，探究原因是因为添加尾翼后导致水火箭重心后移，形成头轻尾重的现象，影响飞行，决定添置前端填充物解决此问题。

前端填充物为橡皮泥（可取任意重量） ，由玻璃胶固定于水火箭头部，在随后的试飞试验中，得出约 50g 左右为最佳三、试飞记录：三、试飞记录：第一至第四次试飞（测定最佳装水量）：我们知道气压与射程成正比．这是因为气压越大，喷水的力量越大，水火箭的冲量越大，水火箭做反冲运动．而在发射水量过多时，水火箭中的水未喷完，由于气压减小就停止了加速，增加水火箭的重量，使水火箭受重力影响而提前坠落了．质量越大，所需提供的动量就越大，当质量一定时，速度越大动量越大．而提高速度的方法是提高单位时间内的喷水量．所以，只有当水火箭内的气压与水量适当时，才能飞地更远更高．因此要调节装水量第一次试飞，瓶内装水约为总容量的三分之一，结果发现有旋转现象，小组内进行讨论，觉得旋转现象与装水量无关，应该为重心问题，决定看下次试飞情况再做结论第二次装水量为总容量的五分之一，第三次装水量为总容量的四分之一三次试飞距离以第三次为最，第一次次之，第二次为末第四次试飞在总结上三次数据后，决定装水量居于三分之一和四分之一之间，试飞结果远于第一次，次于第三次于是得出最佳装水量为四分之一又四次试飞均有旋转现象，进一步验证其与装水量无关第五至第七次试飞（解决旋转现象）：在上四次试飞中发生的旋转现象我们猜测是重心偏移问题，其原因如下：未加前置填充物的弹头，因受到尾翼质量的影响，重心明显偏后．这时候，因为物体旋转时的中心为重心，所以我们可以把重心 G 当成支点，则在只受重力的情况下弹头即成一个以 G 为支点的平横杠杆．在飞行时，弹头 A 与弹尾 B 将受到相同的风阻影响，但由于力臂不同（AG＞AB） ，所以 A 点所产生的力矩大于 B 点，故水火箭即会旋转影响航道．所以我们必须放前置填充物，将重心 G 向 A 移动，使力臂 AG＝BG（即水火箭的中点） ，这样 A、B 产生的力矩才会相同，达成平衡．但是如果前置填充物放得太多，重心偏前，造成力臂 AG＜BG，力矩 A＜力矩 B，则又会变成旋转的情形，而造成反效果．第五次试飞填充物重量为 60g，第六次试飞填充物质量为 50g，第七次试飞填充物质量为 40g。

第五、第七次试飞旋转现象略有缓解，第六次试飞旋转现象基本消失，于是取 50g 的前端填充物第八次至第十次试飞（调节发射仰角）：在解决装水量及旋转问题后，我们决定调节发射仰角，以求更远飞行距离水火箭的斜发与斜抛类似，从而得：Vx 为 v 的水平分量，Vy 为 v 的竖直分量，θ 为发射仰角cosVVxsinVVygV gtVysin22ggVVSVcossin2sin2cos2由数学三函数关系：2sincossin2可把上式化简为：gSV2sin2当时12singVS2max此时 得到：902o45o也就是在理想状态下发射角度为时，水火箭射程最远45o于是第八次试飞取仰角 55 度，第九次试飞取 45 度，第十次试飞取 35 度试飞结果为第八次试飞最远，于是取 55度为发射仰角四、比赛后更优方案：四、比赛后更优方案：比赛那天飘着阵雨，风势也略强，我们对此没有估算在内，导致水火箭的飞行轨迹有些偏差，影响到了飞行距离在比赛那天我们也见到了其它选手制作的优秀作品，其中有一枚超大型水火箭令人记忆深刻，这枚大型火箭与我们由单一塑料瓶制作的不同，它是由多个塑料瓶组合而成，从而使其拥有了其他中小型火箭所无可匹及的燃料搭载量，在发射时，其所需的打气时间约为其他水火箭的两倍多，足可见其容量之大。

这枚超大型水火箭本应成为负担的本体重量在超强动力下也就微不足道了，其重量反而还提供了一定的耐风性，使其飞行距离远超他人，一马当先在观测到其他水火箭的优劣势，并结合自己的经验后，我们决定也试着制作一枚由多个塑料瓶组合而成的大型水火箭大型水火箭制作完成试飞过后，我们发现大型水火箭的强动力及优秀的抗风型使其性能优于中小型的水火箭，但其制作难度高，注意点多，制作过程中一个不小心，就有可能造成失败，如 1、密封性及牢固性，大型水火箭是由多个塑料瓶组建而成，瓶与瓶的接缝处必须得注意密封，若不封牢，则将丧失强动力瓶与瓶还得紧密连接，否则在飞行过程中将发生解体的惨剧2、平衡性，大型水火箭的长度远超中小型的水火箭，而为了避免发生旋转现象，仅仅在头部装填充物是不够五、经验总结：五、经验总结：虽然我们进行过了几次试飞，但其次数还是太少，如发射仰角，前端填充物等数值本可进一步得到精确值，但局限于试飞次数，还是只能得出一临近值我们还少考虑了很多其他方面如：如水火箭的形状，使其更符合空气动力学原理从而飞的更高，更远如橡皮塞的气密性，如何使橡皮塞与塑料瓶紧密结合，从而能最大效率的利用产生的动能如发射时周围的环境因素影响等等。

制作水火箭虽说是一个小型的制作，但也是一件充满乐趣性与科学性的活动，在制作过程中需要理论与实践相结合，如在调节发射仰角时，如若不事先算好理论上的最佳值，只知一遍遍的做试验调节是非常费时的，与此相对，若只算好理论上的最佳值，不通过实践就想当然的使用了，那会发现与真正的最佳值还是相去甚远的在其中所蕴含的科学原理与科学精神使我们受益良多。