二．水火箭的设计

为了直观地了解运载火箭发射升空、回收的过程，课外科技小组的同学开展了水火箭制作活动。他们在老师的指导下，运用了物理和数学等有关方面的知识，分析了水火箭发射、飞行的基本原理，成功设计、制作并发射了水火箭。在活动中，同学们还归纳了简单系统设计的基本方法。

水火箭的设计月         系统设计的基本方法

◆水火箭的设计的总目标及性能指标

设计一个利用废弃饮料瓶制作的气压式喷水推进“火箭”。

要求：用600ML的饮料瓶做动力舱，竖直升高高度>5m，射程>20m。

◆调查研究，收集相关资料

1．水火箭飞行的外部环境调查分析

受力状况：重力，空气动力；

天气状况：风向，风速，雨，雪等；

地理环境：发射点高度，目标点高度等。

2．水火箭飞行的基本原理分析

(1)根据动量守恒定律

m₁v₁+m₂v₂=恒量

加压的水从箭尾部高速喷出产生反冲推力，推动水火箭飞行。

(2)在各种力（主要是推力，重力，空气动力）的作用下，水火箭飞行速度不断变化、并形成了一定的轨迹—弹道如图3-23所示。

以上分析可知，增大水火箭飞行的初动能，减少水火箭的空气阻力，是提高水火箭飞行效果的关键。

系统设计的基本方法

◆确定系统设计的总目标的要求

◆基本的设计分析

1．系统设计的约束条件（系统设计的条件、外部环境等）。

2．系统内部组分之间、系统与外部环境之间的相互联系及制约关系。

（第95页）

◆初步方案设计

水火箭总系统→箭体子系统←（壳体、箭头—配重块）

水火箭总系统→动力子系统←（动力舱、水、加压空气、喷嘴—胶塞、气门）

水火箭总系统→回收子系统←（降落伞）

水火箭总系统→连接子系统←（用于多级水火箭）

水火箭总系统→发射子系统←（发射架、发射轨道、辅助设施—打气筒）

简易的水火箭见下页图3-24所示。

◆影响水火箭飞行的主要因素分析

1．动力舱内气压、水量与水火箭射程及升高高度的关系由动量守恒定律可以导出：

V=-UlnM/M₀

式中：

u—水喷射的速度（相对于水火箭而言）

V—水火箭在水刚喷射完时的速度

M₀—水火箭在开始飞行时的质量

M—水火箭在水刚喷射完时的质量

根据以上公式，动力舱气压越大，水喷射的速度越大，反冲推力也越大，水火箭飞行速度就越大，飞行高度就越高，射程也越远。但如果气压过大，超出舱体的承受能力，会引起爆裂，必须十分注意安全。