水火箭高级设计方法.doc

深入剖析水火箭水火箭一直是我校科技节上一项重要的比赛，但因其原理和设计都比较简单，部分同学认为其没有挑战性其实不然，正因为部分同学认为其原理及其制作简单，才使水火箭的高度一直没有突破请相信， “把平凡的事情做到极致才是伟大！”我下面从两个方面阐述我个人对水火箭的认识理论角度：水火箭的的基本原理是反冲原理许多同学在做水火箭之前，都会想到上网查一下其原理及相关步骤，然后根据了解到的步骤一步步做下去要使一个物体从静止开始运动，必须有力作用在物体上，并且作用一定时间 T力 F 和时间 T 的乘积 FT 叫做力的冲量要使水火箭发射，就必须有冲量作用在水火箭上这种冲量就是由水火箭内空气瞬间膨胀对水做功形成反冲现实生活中，我们经常会看到这样的现象，一个充足气的气球拿在手上，突然放手时，气体从气球中喷出来，这时气球就向相反方向飞出这种运动遵循动量守恒定律物理学上称作反冲m 水 v 水 =m 箭 v 箭 理论上水量越多，可以使水火箭获得更大的冲量水火箭飞行所能达到的最大速度，也就是动力系统所提供的动力全部用完时的最终速度，主要取决于两个条件，一个是喷水速度，二是质量比（火箭开始飞行时的质量与动力耗尽时的质量之比） 。

喷气速度越大最终速度越大，了解这样原理之后就可以制作水火箭了现实操作：根据上述原理，可以很容易进行操作，操作过程中要注意以下几点：水火箭要有基本的火箭外形，如箭头、箭身、尾翼、动力系统；箭头要做成标准的圆锥状，且在安装时注意不能装歪，否则影响飞行方向；箭身平滑，减小空气阻力；尾翼大小适中，且等距分布；动力系统能提供一定能量 （动力系统：向瓶中装入约 1/3 体积的水，用装上进气系统的橡皮塞封口，通过向瓶内打气，使动力系统获得能量） 以上做法是历年来水火箭的基本做法这种方法做出的水火箭一般飞行高度在 30m 以下，时间 7s 以下，这次科技节的水火箭比赛时，绝大多数在 3s-7s 之内，而我们班水火箭飞的高度最高达 80m，时间为 12s，其有三大原因在此与广大同学进行分享，主要是为了共同提高同学对水火箭的认识，也希望高一同学在此基础上取得突破性成绩 1. 比赛期间可以发现，有些水火箭似乎获得了很大的冲量，但飞得不高有两个原因，一是因为重心在火箭下部，当重心在火箭下部时，由于空气阻力的作用，会使火箭升空后翻腾，对飞行高度有很大影响二是因为火箭的质量太轻从理论上来说，火箭的质量是越小越好，但是由于空气阻力的影响，并不是质量越小越好，这点将在第三点说明。

2. 水火箭动力系统中最重要的是橡皮塞，绝大多数同学使用的都是实验室提供的 4 号塞子，因为 4 号塞子大小正好，符合可口可乐饮料瓶口，但是当把自行车气嘴装上后，4 号塞子会被撑大，并不能很好地符合瓶口大小而且最大一个缺点是 4 号塞子两端粗细相差较大，而瓶口是均匀的圆柱状圆锥状的4 号塞子与瓶口不能很好的切合，使得塞子很容易被气压顶开，不能使水火箭获得较大能量我们班几个相关同学经过研究后发现，使用比 4 号更小一点的塞子可以弥补这些缺点，我们把它称为 3 号塞子3 号塞子接近圆柱状，且装上进气气嘴后，大小与瓶口切合很好而且再加上用螺丝帽将橡皮塞两端压缩，加大塞子与瓶口的摩擦力这样只有高气压才能将其顶开，使火箭获得更大的冲量3. 这样使火箭有很大的冲量后，火箭的自身质量不能太小因为自身质量太小的话，受到空气阻力的影响就会增大所以要在火箭头加适当配重物，配重物的质量由火箭各项性能决定最好用密度较大的小体积物体作配重物若要给火箭加外壳，需要减小配重物质量以抵消外壳质量下面，是最重要的方面，许多前人通过试验得知，水量加到 1/3 体积时最合适但是对于具有较大冲量的火箭来说，1/3 体积的水是不够的，水多并不意味着火箭的质量会变大，而是会减少瓶内所能容纳空气的体积，这样会导致高压气体做功能力减弱，因此，水量也不能太多。

经过理论指导与我们的多次试验，发现把水量加到接近1/2 体积时效果最佳（但是如果没有用第 3 种方法的话，不能加水到 1/2） （原理见理论角度.）通过这三个创新方法，可以大大提高水火箭高度，希望高一同学在下一届科技节中刷新海中水火箭的高度把平凡的事情做到极致才是伟大！ 高三（8）班张奎亮。