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물 로켓

Water rocket
핵염수 로켓, 증기 로켓 또는 병 로켓과 혼동하지 마십시오.
수상 로켓 발사

물 로켓은 물을 반응 덩어리로 사용하는 모형 로켓의 한 종류이다.물은 일반적으로 압축 공기인 가압 가스에 의해 배출됩니다.모든 로켓 엔진과 마찬가지로, 그것은 뉴턴의 제3법칙에 따라 작동한다.물 로켓 애호가들은 일반적으로 하나 이상의 플라스틱 청량 음료 병을 로켓의 압력 용기로 사용한다.다단 로켓 등 다양한 디자인이 가능합니다.수상 로켓은 또한 세계 기록 고도를 달성하기 위해 복합 재료로 제작됩니다.

작동

물 로켓의 작동 방식을 단순화한 애니메이션입니다.
1) 압축공기의 기포를 가하여 병의 내용물을 가압한다.
2) Pump에서 병을 풉니다.
3) 압축공기에 의해 노즐을 통해 물이 밀려 나옵니다.
4) 병은 뉴턴의 제3법칙을 따르기 때문에 물에서 멀어집니다.

그 병은 부분적으로 물로 채워져 밀봉되어 있다.그런 다음 병은 보통 자전거 펌프, 공기 압축기 또는 실린더에서 최대 125psi까지 압축된 공기인 기체로 가압되지만 때로는2 실린더에서 나오는 CO나 질소가 사용됩니다.

코뿔이나 지느러미 없이 병을 출시합니다.
물 로켓을 발사하다.그 로켓은 안에 물이 없는 상태로 최고조에 있다.

물과 가스는 압축 가능한 에너지 저장 수단을 제공하고 물은 추진제 질량 비율을 증가시켜 로켓의 노즐에서 방출될 때 더 큰 힘을 제공하는 것과 함께 함께 사용됩니다.때로는 첨가물이 물과 혼합되어 성능을 향상시키기도 합니다.예를 들어, 염분을 첨가하여 반응 질량의 밀도를 증가시켜 더 높은 비임펄스를 발생시킬 수 있다.비누는 또한 분출된 반응 질량의 밀도를 낮추지만 추력의 지속 시간을 증가시키는 고밀도 거품을 로켓에 만드는 데 사용되기도 한다.

그리고 나서 로켓 노즐의 밀봉이 해제되고 추진제가 소진되고 로켓 내부의 기압이 대기압으로 떨어질 때까지 물이 고속으로 빠르게 배출된다.뉴턴의 제3법칙에 따라 로켓에 생성되는 순 힘이 있다.따라서 물의 배출은 로켓이 상당한 거리를 공중으로 뛰어오르게 할 수 있다.

공기역학적 고려사항 외에 고도와 비행 지속시간은 물의 부피, 초기 압력, 로켓 노즐의 크기 및 로켓의 비적재 중량에 따라 달라진다.이러한 요인 간의 관계는 복잡하며, 여러 시뮬레이터가 이러한 요인 및 기타 [1][2]요소를 조사하기 위해 작성되었습니다.

풀HD 40배 슬로모션 워터로켓 발사 영상

종종 압력 용기는 하나 이상의 플라스틱 청량 음료 병으로 만들어지지만 폴리카보네이트 형광 튜브 커버, 플라스틱 파이프 및 기타 경량 내압성 원통형 용기도 사용되었습니다.

  • 고속 비디오의 이미지 시퀀스로 이륙을 알 수 있습니다.
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요소들

병

고양이 한 마리가 달린 멀티보틀 로켓 두 개.
원통형 지느러미를 가진 대형 다병 로켓입니다.

일반적으로 단일 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 탄산 청량 음료 병이 압력 용기 역할을 합니다.멀티보틀 로켓은 여러 가지 다른 방법으로 두 개 이상의 병을 결합함으로써 만들어집니다. 병은 노즐을 통해 연결되거나, 절단된 부분을 서로 밀어내거나, 또는 체인을 만들어 체인을 만들어 볼륨을 증가시킵니다.이로 인해 복잡성이 증가하고 부피가 증가하면 무게가 증가하지만, 이는 로켓의 추력 지속 시간의 증가로 상쇄되어야 한다.

다단 로켓은 훨씬 더 복잡하다.그것들은 우주로 탑재물을 보내는 데 사용되는 다단 로켓과 같이 공중에서 발사되도록 설계된 두 개 이상의 로켓을 서로 겹쳐서 사용한다.

가스

물 로켓을 가압하는 방법에는 다음과 같은 여러 가지가 있습니다.

  • 최소 75psi(520kPa)에 도달할 수 있는 표준 자전거/자동차 타이어 펌프.
  • 수압은 빈 물 호스의 모든 공기를 로켓으로 밀어 넣는다.압력은 수도 본관과 동일합니다.
  • 공압 장비와 공구에 동력을 공급하기 위해 작업장에서 사용되는 것과 같은 공기 압축기입니다.고압(15bar/1500kPa/200psi 이상) 컴프레서를 워터 로켓 전원으로 개조하면 실린더의 고압 가스를 사용하는 경우와 마찬가지로 위험할 수 있습니다.
  • 이산화탄소(CO2), 공기 및 질소 가스(N2)와 같은 병에 포함된 압축 가스입니다.예를 들어 페인트볼 실린더의 CO와 산업용 실린더 및 스쿠버 실린더의 공기 등이2 있습니다.병에 든 가스는 주의해야 합니다. 압축 가스가 팽창하면 냉각되고(가스 법칙 참조), 로켓 구성 요소도 냉각됩니다.PVC 및 ABS와 같은 일부 재료는 심하게 냉각되면 부서지기 쉽고 약해질 수 있습니다.긴 공기 호스는 안전 거리를 유지하기 위해 사용되며, 압력계(압력계)와 안전 밸브는 일반적으로 로켓이 과압되어 발사되기 전에 폭발하는 것을 방지하기 위해 발사대 설비에서 사용됩니다.다이빙 실린더 또는 산업용 가스 공급업체의 선박과 같은 고압 가스는 숙련된 작업자만 사용해야 하며, 가스는 조절 장치(예: 스쿠버 1단계)를 통해 로켓으로 전달되어야 한다.모든 압축 가스 용기는 대부분의 국가에서 현지, 주 및 국가 법률의 적용을 받으며 공인 테스트 센터에서 정기적으로 안전 테스트를 받아야 합니다.
  • 드라이아이스에서 이산화탄소를 승화시키는 것.드라이아이스는 승화 시 부피가 800배로 팽창한다.물을 부분적으로 채운 2리터 페트병의 목에 #3 고무 스토퍼를 강제로 삽입한다.마개가 튀어나올 정도로 압력이 높아집니다.
  • 병의 물 위에 있는 폭발성 가스의 혼합물이 점화됨. 폭발로 인해 공기 [3]중으로 로켓을 발사하는 압력이 생성됩니다.

노즐

물 로켓 노즐은 드 라발 노즐과 같은 발산 단면이 없다는 점에서 기존 연소 로켓 노즐과 다릅니다.물은 기본적으로 압축할 수 없기 때문에 발산 섹션은 효율에 기여하지 않고 실제로 성능을 악화시킬 수 있습니다.

물 로켓 노즐에는 크게 두 가지 종류가 있습니다.

  • 오픈(Open)은 내부 직경이 ~22mm인 "표준" 또는 "풀보어"라고도 하며, 이는 표준 탄산음료 병 넥 개구부입니다.
  • "표준"보다 작은 제한 사항입니다.인기 있는 제한 노즐은 내경이 9mm이며, 이를 만드는 데 사용되는 일반적인 가든 호스 퀵 커넥터의 이름을 딴 "가르데나 노즐"로 알려져 있습니다.

노즐의 크기는 로켓에 의해 생성되는 추력에 영향을 미친다.직경이 큰 노즐은 짧은 추력 단계로 가속이 빨라지고, 노즐이 작을수록 긴 추력 단계로 가속이 낮아집니다.

지느러

로켓의 추진제 레벨이 내려가면 질량의 중심이 처음에는 아래로 움직이다가 마침내 추진제가 고갈되면서 다시 위로 이동한다.이 초기 움직임은 안정성을 떨어뜨리고 물 로켓이 끝에서 끝까지 굴러 떨어지기 시작하며, 따라서 최대 속도와 활공 길이(로켓이 자체의 기세로 비행하는 시간)를 크게 줄일 수 있습니다.

압력의 중심을 낮추고 안정성을 높이기 위해 질량의 중심을 항상 훨씬 뒤로 이동시키는 핀 또는 기타 안정기를 추가할 수 있습니다.모든 종류의 안정제는 보통 질량의 중심이 있는 병의 뒷면 근처에 놓여 있습니다.잘 설계된 지느러미가 주는 안정성의 증가는 추가적인 항력을 가할 가치가 있고 로켓이 [4]날 수 있는 높이를 최대화하는 데 도움을 준다.

랜딩 시스템

안정핀은 로켓이 노즈 먼저 날아가게 하는데, 이는 로켓이 땅에 떨어졌을 때보다 훨씬 더 빠른 속도로 떨어지게 할 것이고, 이것은 로켓이나 로켓이 착륙할 때 부딪힐 누구 혹은 그 무엇이든지 손상시킬 수 있다.

일부 수상 로켓은 낙하산이나 문제를 예방하는 데 도움이 되는 다른 복구 시스템을 가지고 있다.그러나 이러한 시스템은 오작동으로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다.이것은 로켓을 설계할 때 종종 고려된다.고무 범퍼, 크럼플 존, 안전 발사 관행을 활용하여 낙하 로켓에 의한 손상이나 부상을 최소화할 수 있습니다.

또 다른 가능한 복구 시스템은 단순히 로켓의 지느러미를 사용하여 하강 속도를 늦추는 것을 포함하고, 때때로 역방향 슬라이딩이라고 불립니다.핀 크기를 늘리면 더 많은 드래그가 발생합니다.만약 질량의 중심이 지느러미 앞쪽에 위치한다면, 로켓은 곤두박질 칠 것이다.슈퍼락 또는 백글라이딩 로켓의 경우 무게중심과 빈 로켓의 압력중심의 관계에 따라 로켓의 지느러미가 하강하는 경향이 긴 본체의 공기저항으로 상쇄되어 꼬리가 하강하도록 설계되어 있다.n [5]로켓이 천천히 옆으로 떨어집니다.

발사관

어떤 물 로켓 발사대는 발사관을 사용한다.발사관은 로켓의 노즐 안에 들어가 코 쪽으로 위로 뻗어 있다.발사관은 지면에 고정되어 있다.로켓이 위쪽으로 가속하기 시작하면 발사관은 노즐을 막고 로켓이 발사관을 떠날 때까지 물이 거의 배출되지 않는다.이것은 압축 공기의 위치 에너지를 운동 에너지와 로켓과 물의 중력 위치 에너지로 거의 완벽하게 변환할 수 있게 해줍니다.로켓 엔진은 저속에서는 가장 효율이 낮기 때문에 발사 초기 단계에서 높은 효율이 중요하다.따라서 발사관은 로켓에 의해 얻어지는 속도와 높이를 크게 증가시킨다.발사관은 긴 발사관을 수용할 수 있는 긴 로켓과 함께 사용하는 것이 가장 효과적이다.

경합

Water Rocket Achievement World Record[6] Association은 1단 및 다단 물 로켓, 비행 기간 경기, 수상 로켓 동력 자동차의 속도 또는 거리 경기를 포함한 고도 기록 경기를 관리하는 세계적인 협회입니다.

다음과 같은 다양한 종류의 지역 대회가 열린다.

  • 스코틀랜드에서 오스카 스위겔호퍼 트로피는 라그스 또는 인근 페이즐리에서 매년 열리는 국제로켓주간에[7] 개최되는 아쿠아젯(Water Rocket) 대회로 STAAR[8] Research가 John Bonsor를 통해 주관한다.이 대회는 1930년대부터 아마추어 로켓 발사에 적극적이었던 페이즐리 로켓터가 주최한 1980년대 중반으로 거슬러 올라간다.이 트로피는 로켓의 [9]창시자 중 한 명인 헤르만 오베르트의 제자이자 개인적인 친구였던 고 오스카 스위글호퍼의 이름을 딴 것이다.경기는 합의된 압력과 비행 각도에 따라 물 로켓의 팀 거리 비행을 포함한다.각 팀은 6개의 로켓으로 구성되어 있으며, 두 번의 비행으로 비행한다.두 번의 비행 동안 각 로켓의 더 큰 거리가 기록되고, 최종 팀 거리가 수집되며, 이긴 팀이 가장 큰 거리를 갖는다.2007년의 우승자는 ASTRA였다.
  • 영국에서 가장 큰 물 로켓 대회는 현재 국립물리연구소의 연례 물 로켓 [10][11]챌린지입니다.이 대회는 2001년에 처음 대중에게 공개되었으며 약 60개 팀으로 제한되어 있다.학교와 오픈 카테고리가 있으며, 다양한 "직장" 및 개인 팀이 참가하고 있으며, 일부는 해외에서 여행하기도 합니다.경기의 규칙과 목표는 매년 다르다.
  • 독일에서 가장 오래되고 인기 있는 물 로켓 대회는 프리스타일-물리 물 로켓 [12]대회입니다.[13] ( ) 이 대회는 학생들이 다양한 기계를 만들고 경쟁 대회에 참가시키는 과제를 받는 학생 물리학 대회의 큰 부분을 차지합니다.
  • 미국에서는 과학 올림피아드가 초등학생 참가자를 위한 [14]물 로켓 이벤트도 운영한다.
  • 파키스탄에서는 매년 세계우주주간(World Space Week)에 수파르코 기술연수원(SITT)이 주최하는 수상 로켓 대회가 파키스탄 전역에서 다양한 학교가 [15]참가한다.
  • 우크라이나에서는 매년 혁신 기술 교육[17] 센터(CITE)에서 수상 로켓 대회가[16] 열리고 우크라이나 전역에서 학교가 참가합니다.로켓의 디자인은 [18]표준화 되어 있다.이 대회는 학교에서 [19]고형건조 폐기물을 선별적으로 수거하는 것을 장려한다.
  • 러시아에서는, 물 로켓.[20]

세계 기록

미국 워터로켓의 X-12 워터로켓 기록을 깨는 비디오카메라에 의해 촬영된 아포기 사진.

대부분의 물 로켓 발사 기네스 세계 기록은 2017년 11월 10일 1950개를 동시에 [21]발사했을 때 콜롬보 로얄 칼리지가 보유하고 있다.

현재 수상 및 공중 추진 로켓에 의해 달성된 최고 고도는 [23]케이프타운 대학이 2015년 8월 26일에 달성한 2723피트(830m)[22]로, 미국 수상 [24]로켓이 보유하고 있던 2007년 기록인 2044피트(623m)를 넘어섰다.로켓은 또한 경기 [25]규정에서 요구되는 검증의 일환으로 비디오 카메라를 탑재했다.

온수 로켓

주요 기사:증기 로켓

증기 로켓 또는 "온수 로켓"은 높은 온도에서 압력 용기 안에 고여 있는 물을 사용하여 로켓 [26]노즐을 통해 증기로 방출되는 추력을 발생시키는 로켓이다.

「 」를 참조해 주세요.

참고 문헌

레퍼런스

  1. ^ "Water Rocket Computer Model". nasa.gov. NASA. Archived from the original on 2006-02-07.
  2. ^ 딘의 벤치탑에서 나온 심 물 로켓
  3. ^ "Dean's benchtop: hydrogen powered water rocket". Et.byu.edu. 2000-09-07. Retrieved 2019-04-08.
  4. ^ "Archived copy". exploration.grc.nasa.gov. Archived from the original on 12 May 2006. Retrieved 14 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  5. ^ '슈퍼록 로켓 글라이더', 2002, LUNAR.org
  6. ^ "Water Rocket Achievement World Record Association". Wra2.org. Retrieved 2019-04-08.
  7. ^ "Annual International Rocket Week". Irw.rocketry.org.uk. Retrieved 2019-04-08.
  8. ^ "STAAR Research". gbnet.net.
  9. ^ "ASTRA". ASTRA. Retrieved 2019-04-08.
  10. ^ "National Physical Laboratory's annual Water Rocket Challenge". Archived from the original on 2007-09-27. Retrieved 2006-07-09.
  11. ^ "Playlist". YouTube.com. 2008-06-16. Retrieved 2019-04-08.[죽은 유튜브 링크]
  12. ^ "Freestyle-Physics Water Rocket Competition". Fkpme246a.uni-duisburg.de. Retrieved 2019-04-08.
  13. ^ "Rangliste Wasserraketen". Fkpme246a.uni-duisburg.de. 2011-06-21. Retrieved 2019-04-08.
  14. ^ "Sample K-6 Events Science Olympiad". Soinc.org. Retrieved 2019-04-08.
  15. ^ "YouTube". YouTube. Retrieved 2019-04-08.[죽은 유튜브 링크]
  16. ^ Oleksandr, Zahoruiko. "Фестиваль "Еко-техно-Патріо" E". ueeu.in.ua.
  17. ^ Александр, Загоруйко. "Центр інноваційних технологій освіти". ueeu.in.ua. Archived from the original on 2014-09-26. Retrieved 2015-09-20.
  18. ^ Олександр, Загоруйко. "Робимо ракети, озброєного робота та ліс Еко-дерев". ueeu.in.ua.
  19. ^ Олександр, Загоруйко. "Програма "ТЕРИТОРІЯ ІННОВАЦІЙ"". ueeu.in.ua.
  20. ^ [1]> ю [ [ [ [ [ [ [
  21. ^ "Most water rockets launched simultaneously". Guinness World Records.
  22. ^ "Officially sanctioned water rocket world records". Water Rocket Achievement World Record Association.
  23. ^ "UCT team smashes world rocket record". Tech Central. 9 October 2015.
  24. ^ "U.S. Water Rockets becomes first team to pass both the 2,000 foot and 600 meter benchmarks while setting new World Altitude Record". U.S. Water Rockets. 14 June 2007.
  25. ^ "Class A (single stage) competition rules". Water Rocket Achievement World Record Association.
  26. ^ Juan Manuel Lozano Gallegos. "steam rockets". tecaeromex. Retrieved 2019-04-08.

외부 링크

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