ساخت راکت آبی

بسم الله الرّحمن الرّحیم

در ساده ترین تعریف می توان موشک آبی را یک بطری نوشیدنی گازدار معرفی کرد که به صورت وارونه قرار گرفته و در انتهای آن دماغه (نوک) موشک نصب شده است. درون بطری موشک تا حد معینی آب وجود دارد که این آب نقش سوخت موشک را ایفا خواهد کرد. در پایین موشک (دهانه بطری) نیز می توان از نازل استفاده کرد. استفاده از بال هم جهت پرواز بهتر و پایداری بیشتر توصیه می شود.

ایمن سازی پرواز:

یکی از بهترین سیستمهای جمع آوری برای باز گرداندن سالم راکت به زمین چتر نجات است .پس از اینکه راکت مدل به نقطه اوج رسید در باز گشت بر اثر انفجار خرج انفجاری درون بدنه مدل ایجاد گاز می شود که باعث خروج چتر از قسمت دماغه راکت مدل می شود این گاز همانند یک پیستون عمل کرده و چتر نجات را از دماغه خارج می کند و مدل به آرامی و زیبایی پایین می آید .

سرعت فرود در راکت بوسیله چتر بسته به وزن راکت و مساحت چتر دارد .هر چقدر چتر کوچکتر و وزن راکت بیشتر باشد مدل سریعتر پایین می آید.چتر کوچک باعث سقوط سریع مدل و آسیب به آن می شود و چتر بزرگ هما نند یک پاراگلایدر عمل کرده و مدل به دست باد سپرده و ممکن است گم شود .بهترین سرعت نزول با چتر 3 متر در ثانیه انهم در صورتی که مدل بر روی زمین چمن بیفتد .در روی اسفالت و زمین غیر چمن سرعت نزول 2.5 الی 2 متر در ثانیه بهتر است .چندین فرم چتر موجود است دایره ای ،مستطیلی ،یا فرم گنبدی ،برای محاسبه اندازه چتر بر اساس وزن از فرم زیر استفاده می کنیم .متاسفانه تمامی فرمول اثبات و پایه در این مقاله نمی گنجد .
d=sqrt((8mg))/(3.14 pcdv2)) که p=دانسیته هوا و cd=ضریب پسا که بسته به نوع چتر برای نوع گنبدی معادل 1.5و برای نوع پاراگلایدر .75 است و v سرعت نزول است .در این فرمول dقطر چتر است و m وزن راکت به کیلو گرم و g =9.81 و pدانسیته هوا برابر با 1.22 کیلو گرم بر متر مربع است .
=موشکی داریم به وزن 62.3 گرم می خواهیم با سرعت 3 متر در ثانیه با چتری از نوع پاراگلایدر .محاسبه کنید قطر چتر را |.
داریم m=./.623 , cd=./75 p=1.22 v=3
جواب =./435 یا d= 43.5 cm=17 inch وزن در معادله باید به کیلو گرم باشد جواب بر حسب سیستم متریک است .البته این محاسبات بیشتر برای افراد حرفه ای است وگرنه جداول آماده برای وزن و اندازه چتر موجود است و این فرمول بیشتر برای افراد پروفشینال برای راکت های حرفه ای با وزن بیش از 10کیلو بیشتر استفاده می شود که در زمینه راکت آماتوری ما این اوزان وجود ندارد و حداکثر وزن راکت آماتوری یک نیم کیلو است .سرعت نزول راکت را با یک چتر با اندازه مشخص از جابجایی همین فرمول می توان به دست آورد مثلا با یک چتر به قطر 50 سانتیمتر سرعت فرود چقدر است
v=squrt((8mg)/(3.14 pcd d2)) که وی برابر سرعت نزول و دی قطر چتر بر حسب متر است .

لوازم ساخت راکت ابی

یك بطری نوشیدنی گازدار( از جنس پلی اتیلن ترفنات )

یك توپ تنیس یا یك توپ لاستیكی ، حدوداً به وزن 60 گرم

تعدادی مقوای نازك موج دار یا پلاستیك موج دار

نوار چسب خوب (و چسب آب بند در صورتی که موشک چند تکه باشد)

قیچی یا چاقو زمان

پیش از هر كاری ابتدا با یك بطری نوشیدنی گازدار شروع كنید. نوشیدنی را از داخل آن خالی كنید، برچسب ها را از بطری جدا كرده و آن را با آب بشویید.
اكنون به یك دماغه مخروطی شكل برای نوك موشك و تعدادی پره نیاز دارید.

دماغه مخروطی شكل

لازم است كه دماغه مخروطی به اندازه كمی نوكدار (تیز) شود. همچنین توجه شود كه وزن جلوی موشك نیز باید كمی زیادتر شود. راه مورد نظر برای رسیدن به هر دو هدف چسباندن یك توپ تنیس به انتهای بطری است.
شاید به طور كامل شكل آیرودینامیكی كه مد نظر شماست نشود ولی مطمئن باشید كه پرواز خواهد كرد.
پره‌ها (بال ها):
پلاستیك‌های موج دار ( با نام Corriflute شناخته می‌شوند) ضد آب هستند و نسبت به وزنشان استحكام بالایی دارند. همچنین مقواهای نازك موج دار نیز مناسب هستند اما پس از چند بار پرتاب خیس می‌شوند. انتخاب دیگر اینكه می‌توان از CD برای ساخت پره استفاده كرد. اگر از این روش استفاده نمودید، حتماً لبه‌های تیز را با نوار چسب بپوشانید. پره‌ها را می توان به سادگی با چسب به كناره‌های موشک چسباند.

پره‌ها باید محكم چسبانده شوند تا در حین پرتاب پاره یا جدا نگردند. مسلماً پره‌ها هنگام فرود آمدن موشك آسیب خواهند دید اما تعمیر آنها كار مشكلی نیست.

نكات مهم درباره پره‌ها:

همه پره‌ها باید مشابه یكدیگر باشند. آنها باید در عقب موشك قرار داده شوند. باید به صورت متقارن در اطراف موشك قرار داده شوند.( مثلا 3 پره با زاویه 120 درجه و یا 4 پره با زاویه 90 درجه) از بالا كه به آنها نگاه می‌كنید باید نازك باشند.

بخش چهارم: بهینه سازی طرح موشك

در این بخش با تعدادی از فاكتورهایی كه لازم است در بهینه سازی طرح موشك لحاظ شود آشنا خواهید شد.

اندازه‌(حجم):

اولین ملاحظه‌ای كه باید در ساخت موشك در نظر گرفت اندازه آن می‌باشد. اگر به بازار مراجعه كنید انواع گوناگونی از بطری‌های نوشیدنی گازدار را خواهید یافت كه می‌توان بطری‌های 5/0 لیتری، 1 لیتری، 2 لیتری و یا 3 لیتری را نام برد. اگر قصد ساخت موشك با حجم بیش از 3 لیتر دارید، می‌توانید با اتصال چند بطری به هم این كار را انجام دهید. در ادامه به چندین نكته در مورد این نوع موشك ها اشاره خواهیم كرد.

حجم موشك، ماكزیمم مقدار انرژی كه می‌تواند در گاز فشرده شده ذخیره شود را مشخص می‌كند. انرژی با فشار و حجم متناسب است. محدودیت‌هایی برای فشاری كه موشك می‌تواند تحمل كند وجود دارد ‌ 5 اتمسفر یا psi75 ، به نظر مناسب می رسد.

برای افزایش مقدار كل انرژی لازم است كه از یك موشك بزرگ‌تر استفاده كنیم.

وزن:

هر چه موشك شما سبك‌تر باشد، بهتر می‌تواند پرواز كند. علاوه بر بهبود نسبت استحكام به وزن بطری، بایستی از اضافه كردن وزن اضافی برای بهبود آئرودینامیك موشك پرهیز كنید. همچنین بسیار مهم است كه وزن اضافه شده را در مكان مناسبی اضافه كنید كه موشك شما از نظر آئرودینامیكی پایدار باشد. توزیع وزن در امتداد طول موشك یكی از فاكتورهایی است كه مشخص می‌كند كه آیا آن مثل یك موشك یا اینكه مثل یك بطری پرواز می‌كند.

یك موشك آئرودینامیكی پایدار با نوك پرواز می‌كند و دارای یك مسیر پرواز هموار و زیبا می‌باشد.

یك موشك آئرودینامیك ناپایدار، ممكن است در ابتدا با نوك پرواز كند اما پروازش سریعاً ناپایدار می شود و در هوا می‌غلتد و به سادگی بر روی زمین می‌افتد.

برای اینكه موشك شما مثل یك موشك پرواز كند نه مثل یك بطری، مركز جرم باید در نیمه جلوی موشك باشد. اگر چه به طراحی پره‌ها در داشتن یك پرواز پایدار آئرودینامیكی بسیار بستگی دارد. بنابراین یكی از مهم‌ترین ویژگی‌های موشك شما، قرارگیری مركز جرم یا مركز گرانش می‌باشد.

ارزیابی موقعیت مركز جرم:

برای پیدا كردن نقطه مورد نظر كافی است كه یك نخ به دور موشك تابانده و آنرا جلو و عقب كنیم تا اینكه به نقطه تعادل برسیم و هر چقدر به نیمه جلو موشك نزدیك تر باشد به احتمال زیاد یك پرواز پایدار خواهد داشت.

پره‌ها:

پره‌ها بر روی موشك شرایط پرواز آئرودینامیكی پایدار را ممكن می‌سازند. برای درك نقش پره‌ها لازم است نیروهای بر روی موشك را در هنگام پرواز (زمانی كه اندكی ناهمراستا می‌گردد) را در نظر بگیریم.

اگر این نیروها در جهت افزایش زاویه ناهمراستایی باشند، موشك به خوبی نمی‌تواند پرواز كند و اگر در جهت كاهش زاویه ناهمراستایی باشند، موشك شما مانند یك « موشك » پرواز خواهد كرد.

پایداری آئرودینامیكی:

برای درك این موضوع نیاز است كه نیروهایی كه بر روی موشك عمل می کنند (چه در هنگامی كه به طور صحیح پرواز می‌كند و چه در زمانی كه نامتعادل پرواز می‌كند) را در نظر بگیریم. در اینجا دو موشك را در نظر می‌گیریم كه شكل مشابه و پره‌های مشابهی دارند اما توزیع وزن متفاوت در آنها باعث می‌شود مركز جرم‌های متفاوتی داشته باشند. به طور كلی دو موشك یكی با مركز جرم در نیمه جلو و یكی در نیمه عقب را در نظر می‌گیریم.

نیروی درگ اصلی بر روی كل سطحی كه در معرض هوا قرار گرفته است عمل كند. برای یك موشك معمولی كه به طور صحیح میزان شده است، تنها بر روی نوك موشك عمل می‌كنند چونكه پره‌ها نازك و دارای سطح مقطع عرضی خیلی كوچكی هستند. اكنون حالتی را در نظر بگیرید كه موشك اندكی ناهمراستا شده است. در این زمان بیشتر موشك در معرض نیروهای درگ قرارمی‌گیرد و این نیروها به طور قابل توجهی افزایش پیدا می کنند.

درگ یا نیروی پسا :از آنجایی كه آب، با سرعت نازل موشك را ترك می‌كند ، عکس العمل مومنتوم هوا آن را به طرف جلو می ‌راند. اما به تدریج این شتاب كاهش پیدا می‌كند چون كه موشك نیاز دارد كه هوا را از سر راه خود پس بزند. نیرویی كه نیاز است هوا را از سر راه خود پس بزند درگ آئرودینامیكی نام دارد و بدون امكانات ویژه تا حدودی اندازه‌گیری آن مشكل می‌باشد.
برای یك موشك در حال حركت با سرعت چند متر بر ثانیه باید به نیروی درگ هم توجه شود و در سرعت‌های بالا درگ کاملا بر حركت پرتابه مسلط می‌شود. برای موشك مورد نظر، نیروی درگ در سرعت حدود 10 متر بر ثانیه قابل ملاحظه می‌باشد. لذا لازم است که یک طراحی بهینه با کمترین مقدار نیروی درگ را اجرا کنیم. همان موشك ابتدایی ( دماغه نوكدار، بدنه طویل، پره‌ها) را در نظر بگیرید. با استفاده از نكات زیر می‌توان نیروی درگ را به حداقل رساند.

نوك (دماغه) :

نوك موشك باید مخروطی باشد اما لازم نیست كه بیش از اندازه نوكدار شود. لازم است كه سنگینی در نوك موشك ایجاد شود. می‌توانید از چسباندن نوار در اطراف توپ تنیس استفاده كنید و یا اینكه از طرح های دیگری مانند چسباندن خمیر بازی بر روی مقوا استفاده كنید.

بدنه :

تا حد امكان سطحی صاف داشته باشد. برای حجم موشك گفته شده، موشك نازك و طویل از موشك تخت و كوتاه نیروی درگ كمتری دارد.

پره‌ها:

پره‌ها باید نازك و سبك وزن باشند. به طور متقارن در اطراف موشك چیده شده باشند كه اغلب از 3 یا 4 پره می‌توان استفاده نمود. تا آنجایی كا امكان دارد در انتهای عقب موشك قرار بگیرند.

فرینگ (Fairing):

یك پوشش آئرودینامیكی (بر روی بدنه هواپیما، ماشین یا وسیله دیگر) كه درگ را كاهش می‌دهد. فرینگ‌ها به دو روش كاملاً متفاوت استفاده می‌شوند. روش اول هنگامی استفاده می‌شود كه دو بطری را به هم متصل كرده‌ایم؛ قسمت میانی یك بطری دیگر بریده می‌شود و اطراف اتصال آنها را پوشش می دهد. روش دوم كل بطری یا قسمت‌هایی از بطری بر روی موشك آبی اضافه می‌شود تا یك موشك بلندتر را ایجاد كرد. این روش مناسبی برای جلو بردن مركز جرم موشك در امتداد موشك برای تقویت پایداری آن می‌باشد.

نازل:

نازل، مبدلی است كه انرژی هوای منبسط ‌شده را به مومنتوم خطی آب موجود در پشت موشك تبدیل می‌كند. بازدهی نازل نسبت به انرژی كه در طی فرایند اتلاف می‌شود اندازه گیری می‌گردد. اتلافات در اثر اصطكاك، ویسكوزیته و شتاب خارج از محور آب ناشی می‌شود. شما نسبتاً قادر به كنترل دو خاصیت اول نیستید اما طراحی شما برمورد سوم می‌تواند تأثیر بگذارد.

دو بطری كه در سمت چپ و راست نشان داده شده است را در نظر بگیرید. شكل سمت چپ یك بطری نوشیدنی گاز‌دار استاندارد را نشان می‌دهد و عملكرد نازل قابل قبولی خواهد داشت، اگر چه فرم بطری نشان داده شده در سمت راست ،عملكردی از نازل تقویت شده را پیشنهاد می‌كند و مسلما نتایج بهتری حاصل خواهد کرد. شانه‌های شیب ‌دار آرام آن، آب را در جهت مستقیم هدایت می‌كند و انرژی كمی در جلو بردن آب از اطراف به سمت نازل هدر می‌رود.

از دیگر پارامترهای موثر برای توصیف نازل می‌توان به امپدانس (مقاومت ظاهری) جریان اشاره كرد كه عمدتاً توسط سطح مقطع عرضی مشخص می‌شود. مساحت بزرگتر، یعنی امپدانس كمتر و آب سریعتر خارج می‌شود. مساحت كوچكتر، یعنی امپدانس بزرگتر و آب آهسته‌تر خارج می‌شود. در مواردی محدود از امپدانس بسیار بالا، آب از بطری به بیرون چكه می‌كند و هرگز زمین را ترك نمی‌كند.

ساخت راکت آبی

مطالب مشابه :

جشنواره پرتاب موشک آبی

موشک آبی

روشهای پرتاب زاویه دار

آیین نامه مسابقات طراحی و ساخت موشک های آبی

آیین نامه و قوانین مسابقات ازمایشگاهی موشکهای ابی

گزارش عملکرد و ساخت موشک های آبی

ساخت راکت آبی

برگزاري مسابقه ساخت و پرتاب موشکهاي آبي در سطح دانش آموزان مقطع سالهاي اول و دوم مقطع متوسطه و هنرست