تاريخ ارسال مطلب : 1393/10/14 - 13:14

در ساده ترين تعريف مي توان موشک آبي را يک بطري نوشيدني گازدار معرفي کرد که به صورت وارونه قرار گرفته  و در انتهاي آن دماغه (نوک) موشک نصب شده است. درون بطري موشک تا حد معيني آب وجود دارد که اين آب نقش سوخت موشک را ايفا خواهد کرد. در پايين موشک (دهانه بطري) نيز مي توان از نازل استفاده کرد. استفاده از بال هم جهت پرواز بهتر و پايداري بيشتر توصيه مي شود....دماغه يا نوک موشک قسمتي است که وظيفه شکافتن هوا و آئروديناميک کردن جريان روي بطري نوشابه را دارد. بعلاوه اگر قرار باشد موشک شما مجهز به چتر فرود باشد و يا باري را حمل کند؛ اين قسمت بهترين گزينه است.

بال ها يا پره ها از مهمترين قسمت هاي موشک آبي شما ، و مهمترين وجه تمايز يک بطري ساده و يک موشک آبي هستند. بال هاي موشک باعث مي شوند به هنگام پرواز پايداري بيشتري ايجاد شود.

 

تا کنون شکل ظاهري يک موشک آبي را توصيف کرديم. ولي موشک چگونه پرواز خواهد کرد؟

براي پرواز موشک بايد يک مکانيزم پرتاب براي آن طراحي کنيم.

 

 

مکانيزم پرتاب:

براي اينکه موشک ما بتواند در هوا پرواز کند بايد به نوعي انرژي حرکت خود را در طول مسير تامين کنيد. همانطور که اشاره شد، آبي که درون موشک ريخته مي شود کار سوخت را انجام مي دهد. براي پرتاب موشک ابتدا بايد قدري آب در آن  ريخته و سپس بوسيله يک پمپ (تلمبه) درون آن را پر از هوا با فشار زياد کرد. با وارد کردن هواي بيشتر در قسمت بالايي موشک، حباب هاي هوا از ميان آب درون موشک بالا رفته و به قسمت بالايي مي روند.

براي افزايش فشار هواي درون موشک از يک مکانيزم يک طرفه استفاده مي شود ، که هوا را به درون موشک تلمبه مي کند ولي مانع خروج آب مي شود.

بعد از رسيدن فشار هواي درون موشک به مقدار مطلوب، با استفاده از يک ضامن ، ناگهان در بطري باز مي شود و هواي درون بطري که فشار بيشتري از فشار اتمسفر دارد راه خروج پيدا مي کند. اما از آنجا که آب موجود در بطري راه خروج هوا را مسدود کرده است، به جاي هوا، آب با فشار زياد از زير موشک خارج مي شود که همين امر باعث ايجاد نيروي پيشران براي موشک مي شود.

سر همه ي بطري هاي موجود در بازار کم و بيش به شکل نازل عمل مي کنند و همين امر باعث مي شود که سرعت خروج آب ، و به تبع آن مومنتوم ايجاد شده نيز بيشتر شود.

 

اگر موشک درست طراحي شده باشد حرکت مستقيم خود را آغاز مي کند و بسته به جهت پرتاب، تا مسافت زيادي پيش مي رود.

 

ايمن سازي پرواز:

 

دو روش براي ايمن سازي پرتاب موشک آبي وجود دارد:

1- تعبيه يک چتر فرود در ته بطري (نوک موشک) که باعث مي شود سرعت موشک به هنگام فرود کاهش يابد و امنيت بيشتري ايجاد شود. بعلاوه به خود موشک نيز آسيب کمتري خواهد رسيد. البته تعبيه چتر و تعيين اينکه دقيقا چه موقع چتر باز شود کار سختي است و نياز به نبوغ زيادي دارد.

- روش ديگر آن است که موشک را با يک زاويه خاص پرتاب کنيم. با انتخاب يک زاويه پرتاب مناسب ، موشک مسافت زيادي را به صورت افقي طي خواهد کرد. يک موشک ساده ولي دقيق مي تواند بردي معادل 20 تا 30 متر داشته باشد.

 

مهمترين مشکل پرتاب موشک با زاويه آن است که موشک ديگر نمي تواند روي انتهاي خود قرار بگيرد و بايد حتما يک سکوي پرتاب براي اين کار تعبيه شود. دو نوع سکوي پرتاب متداول وجود دارد که شکل شماتيک آنها در زير نشان داده شده است

سکوي پرتاب شيب دار

سکوي پرتاب لوله اي (ميله اي)

بخش دوم :

در اين بخش با چگونگي ساخت يك موشك آبي آشنا خواهيم شد كه در وضعيت‌هاي مختلف قادر به پرواز كردن مي‌باشد. در بخش بعدي با پرتاب كردن آن آشنا خواهيم شد.

 

ساخت يك موشك ساده ( ابتدايي)

 

به چه چيزهايي نياز داريد؟

يك بطري نوشيدني گازدار( حباب ‌دار):  كه بدنه اصلي موشك را تشكيل مي‌دهد. مطمئن باشيد كه حتماً از يك بطري نوشيدني گازدار استفاده كنيد. بطري‌هايي كه شامل نوشيدني‌هاي راكد مثل (نوشيدني‌هاي مقوي، شير و غيره) مي‌باشند براي اين كار مناسب نيستند. بطري نوشيدني هاي گازدار از پلى اتيلن ترفنات، يك پلاستيك فوق‌العاده قوي ساخته شده است که براي ساخت اينگونه موشک ها مناسب است. يك توپ تنيس يا يك توپ لاستيكي (يا هر جسم ديگر) حدوداً به وزن 60 گرم، كه قسمت اصلي نوك موشك را تشكيل مي‌دهد. تعدادي مقواي نازك موج دار يا پلاستيك موج دار (نوع بدون موج هم مناسب است) كه براي ساخت بال ها و دماغه از آنها استفاده مي‌شود. نوار چسب خوب (و چسب آب بند در صورتي که موشک چند تکه باشد) قيچي يا چاقو زمان: بين 30 الي 40 دقيقه  

شکل شماتيک و شکل واقعي موشک هايي که با اين روش ساخته مي شوند اينگونه است:

پيش از هر كاري ابتدا با يك بطري نوشيدني گازدار شروع كنيد. نوشيدني را از داخل آن خالي كنيد، برچسب ها را از بطري جدا كرده و آن را با آب بشوييد.

اكنون به يك دماغه مخروطي شكل براي نوك موشك و تعدادي پره نياز داريد.

 

دماغه مخروطي شكل

لازم است كه دماغه مخروطي به اندازه كمي نوكدار (تيز) شود. همچنين توجه شود كه وزن جلوي موشك نيز بايد  كمي زيادتر شود. راه مورد نظر براي رسيدن به هر دو هدف چسباندن يك توپ تنيس به انتهاي بطري است.

شايد به طور كامل شكل آيروديناميكي كه مد نظر شماست نشود ولي مطمئن باشيد كه پرواز خواهد كرد.

پره‌ها (بال ها):

پلاستيك‌هاي موج دار ( با نام  Corriflute شناخته مي‌شوند) ضد آب هستند و نسبت به وزنشان استحكام بالايي دارند. همچنين مقواهاي نازك موج دار نيز مناسب هستند اما پس از چند بار پرتاب خيس مي‌شوند. انتخاب ديگر اينكه مي‌توان از CD براي ساخت پره استفاده كرد. اگر از اين روش استفاده نموديد، حتماً لبه‌هاي تيز را با نوار چسب بپوشانيد. پره‌ها را مي توان به سادگي با چسب به كناره‌هاي موشک چسباند.

پره‌ها بايد محكم چسبانده شوند تا در حين پرتاب پاره يا جدا نگردند. مسلماً پره‌ها هنگام فرود آمدن موشك آسيب خواهند ديد اما تعمير آنها كار مشكلي نيست.

 

نكات مهم درباره پره‌ها:

همه پره‌ها بايد مشابه يكديگر باشند. آنها بايد در عقب موشك قرار داده شوند. بايد به صورت متقارن در اطراف موشك قرار داده شوند.( مثلا 3 پره با زاويه 120 درجه و يا 4 پره با زاويه 90 درجه) از بالا كه به آنها نگاه مي‌كنيد بايد نازك باشند.

 

متن انتقادي : 

اين نوع موشك بهينه نمي‌باشد و در بخش 4 خواهيم ديد كه چگونه بايد هر قسمت را بهينه نمود و بحث بيشتري بر روي انواع مختلف هرکدام از طرحها خواهيم کرد. شما ميتوانيد موشكهايي 

 سبك‌تر، دماغه هاي مخروطي آئروديناميك‌تر و پره‌هايي کوچکتر بسازيد. به هر حال، يك آئروديناميك خوب و وزن و اندازه مناسب، از فاكتورهايي است كه مي‌تواند موشك را در هنگام پرواز پايدار نگه دارد.

 

البته براي شروع، مدل گفته شده مي‌تواند يك نقطه آغاز خوبي باشد.

حجم داخلي

2 ليتر

جرم هنگام خالي بودن

171 گرم (171/0 كيلوگرم )

طول

45 سانتي متر

مساحت پره

1200 سانتي متر مربع

مساحت مقطع عرضي پيشاني

62 سانتي متر مربع

بخش چهارم: بهينه سازي طرح موشك

در اين بخش با تعدادي از فاكتورهايي كه لازم است در بهينه سازي طرح موشك لحاظ شود آشنا خواهيد شد.

 

 

ملاحظات طراحي

اندازه‌(حجم):

اولين ملاحظه‌اي كه بايد در ساخت موشك در نظر گرفت اندازه آن مي‌باشد. اگر به بازار مراجعه كنيد انواع گوناگوني از بطري‌هاي نوشيدني گازدار را خواهيد يافت كه مي‌توان بطري‌هاي 5/0 ليتري، 1 ليتري، 2 ليتري و يا 3 ليتري را نام برد. اگر قصد ساخت موشك با حجم بيش از 3 ليتر داريد، مي‌توانيد با اتصال چند بطري به هم اين كار را انجام دهيد. در ادامه به چندين نكته در مورد اين نوع موشك ها اشاره خواهيم كرد.

 

حجم موشك، ماكزيمم مقدار انرژي كه مي‌تواند در گاز فشرده شده ذخيره شود را مشخص مي‌كند. انرژي با فشار و حجم متناسب است. محدوديت‌هايي براي فشاري كه موشك مي‌تواند تحمل كند وجود دارد ‌ 5 اتمسفر يا  psi75 ، به نظر مناسب مي رسد.

براي افزايش مقدار كل انرژي لازم است كه از يك موشك بزرگ‌تر استفاده كنيم.

 

وزن:

هر چه موشك شما سبك‌تر باشد، بهتر مي‌تواند پرواز كند. علاوه بر بهبود نسبت استحكام به وزن بطري، بايستي از اضافه كردن وزن اضافي براي بهبود آئروديناميك موشك پرهيز كنيد. همچنين بسيار مهم است كه وزن اضافه شده را در مكان مناسبي اضافه كنيد كه موشك شما از نظر آئروديناميكي پايدار باشد. توزيع وزن در امتداد طول موشك يكي از فاكتورهايي است كه مشخص مي‌كند كه آيا آن مثل يك موشك يا اينكه مثل يك بطري پرواز مي‌كند. به نظر شما چه تفاوتي مي‌كند؟

يك موشك آئروديناميكي پايدار با نوك پرواز مي‌كند و داراي يك مسير پرواز هموار و زيبا مي‌باشد.

يك موشك آئروديناميك ناپايدار، ممكن است در ابتدا با نوك پرواز كند اما پروازش سريعاً ناپايدار مي شود و در هوا مي‌غلتد و به سادگي بر روي زمين مي‌افتد.

براي اينكه موشك شما مثل يك موشك پرواز كند نه مثل يك بطري، مركز جرم بايد در نيمه جلوي موشك باشد. اگر چه به طراحي پره‌ها در داشتن يك پرواز پايدار آئروديناميكي بسيار بستگي دارد. بنابراين يكي از مهم‌ترين ويژگي‌هاي موشك شما، قرارگيري مركز جرم يا مركز گرانش مي‌باشد.

 

ارزيابي موقعيت مركز جرم:

براي پيدا كردن نقطه مورد نظر كافي است كه يك نخ به دور موشك تابانده و آنرا جلو و عقب كنيم تا اينكه به نقطه تعادل برسيم و هر چقدر به نيمه جلو موشك نزديك تر باشد به احتمال زياد يك پرواز پايدار خواهد داشت.

پره‌ها:

پره‌ها بر روي موشك شرايط پرواز آئروديناميكي پايدار را ممكن مي‌سازند. براي درك نقش پره‌ها لازم است نيروهاي بر روي موشك را در هنگام پرواز (زماني كه اندكي ناهمراستا مي‌گردد) را در نظر بگيريم.

اگر اين نيروها در جهت افزايش زاويه ناهمراستايي باشند، موشك به خوبي نمي‌تواند پرواز كند و اگر در جهت كاهش زاويه ناهمراستايي باشند، موشك شما مانند يك « موشك » پرواز خواهد كرد.

 

پايداري آئروديناميكي:

براي درك اين موضوع نياز است كه نيروهايي كه بر روي موشك عمل مي کنند (چه در هنگامي كه به طور صحيح پرواز مي‌كند و چه در زماني كه نامتعادل پرواز مي‌كند) را در نظر بگيريم. در اينجا دو موشك را در نظر مي‌گيريم كه شكل مشابه و پره‌هاي مشابهي دارند اما توزيع وزن متفاوت در آنها باعث مي‌شود مركز جرم‌هاي متفاوتي داشته باشند. به طور كلي دو موشك يكي با مركز جرم در نيمه جلو و يكي در نيمه عقب را در نظر مي‌گيريم.

نيروي درگ اصلي بر روي كل سطحي كه در معرض هوا قرار گرفته است عمل  كند. براي يك موشك معمولي كه به طور صحيح ميزان شده است، تنها بر روي نوك موشك عمل مي‌كنند چونكه پره‌ها نازك و داراي سطح مقطع عرضي خيلي كوچكي هستند. اكنون حالتي را در نظر بگيريد كه موشك اندكي ناهمراستا شده است. در اين زمان بيشتر موشك در معرض نيروهاي درگ قرارمي‌گيرد و اين نيروها به طور قابل توجهي افزايش پيدا مي کنند.

 

 

  نيروها به شكل زير عمل مي‌كنند:

در نوك موشك در امتداد كناره‌ي موشك بر روي پره‌ها

محاسبه دقيق نيروها در هر بخش از موشك بسيار مشكل است اما نكاتي وجود دارد كه با شناسايي آنها به نتايج مهمي خواهيم رسيد.در موشك نقطه‌اي به نام مركز فشار وجود دارد كه در دو شكل مشخص شده است. از آنجايي كه شكل هر دو موشك شبيه هم هست مكان قرارگيري نقطه فشار در دو شكل يكساني است. اما چون مركز جرم متفاوت دارند اثر نيروهاي درگ مشابه بر روي هر موشك كاملاً متفاوت است.

 

در موشك اول (سمت چپ) مركز جرم در امتداد محور موشك جلوتر از مركز فشار قرار دارد. بنابراين نيروهاي درگ اضافي بيشتر در انتهاي نيمه عقب موشك عمل مي‌كنند و در طول مسير تمايل دارند كه آنرا به عقب بكشند و در مسير نگه دارند. به طور كلي، نيروهاي درگ يك گشتاور حول مركز جرم ايجاد مي‌كنند تا اينكه يك پرواز بهينه و مناسب داشته باشد.

 

در موشك دوم (سمت راست) مركز جرم در امتداد محور موشك عقب‌تر از مركز فشار قرار دارد. بنابراين نيروهاي درگ اضافي بيشتر در انتهاي نيمه جلو موشك عمل مي‌كنند و تمايل دارند كه آنرا به جلو بكشندو از مسير منحرف كنند.

بنابراين، موقعيت‌هاي نسبي مركز جرم و مركز فشار هستند كه مشخص مي‌كنند آيا موشك از نظر آئروديناميكي پايدار هست يا نيست. نحوه تعيين مركز جرم را در قسمت‌هاي قبلي توضيح داديم اما چگونه نقطه مركز فشار را مشخص كنيم؟

ارزيابي  موقعيت مركز فشار:

 

تخمين دقيق موقعيت مركز فشار اندكي مشكل مي‌باشد اما يك تكنيك ساده وجود دارد كه شما مي‌توانيد براي تخمين موقعيت مركز فشار از آن استفاده نماييد. براي اين كار نياز است كه شما ابتدا يك نيمرخي از موشك خود را بر روي مقواي نازك يا كاغذ A4 رسم نماييد و سپس آن را از روي كاغذ بريده و جدا كنيد. تا حدودي مركز جرم تصوير نيمرخي كه درست كرده‌ايد يك تخمين خوبي براي مركز فشار مي‌باشد. همانطور كه قبلاً هم گفته شد اگر مركز جرم موشك در نيمه جلو و مركز فشار در پشت آن باشد، موشک از نظر آئروديناميكي مي‌تواند پايدار باشد و يك پرواز خوب داشته باشد.

درگ:

از آنجايي كه آب، با سرعت نازل موشك را ترك مي‌كند ، عکس العمل مومنتوم هوا آن را به طرف جلو مي ‌راند. اما به تدريج اين شتاب كاهش پيدا مي‌كند چون كه موشك نياز دارد كه هوا را از سر راه خود پس بزند. نيرويي كه نياز است هوا را از سر راه خود پس بزند درگ آئروديناميكي نام دارد و بدون امكانات ويژه تا حدودي اندازه‌گيري آن مشكل مي‌باشد.

براي يك موشك در حال حركت با سرعت چند متر بر ثانيه بايد به نيروي درگ هم توجه شود و در سرعت‌هاي بالا درگ کاملا بر حركت پرتابه مسلط مي‌شود. براي موشك مورد نظر، نيروي درگ در سرعت حدود 10 متر بر ثانيه قابل ملاحظه مي‌باشد. لذا لازم است که يک طراحي بهينه با کمترين مقدار نيروي درگ را  اجرا کنيم. همان موشك ابتدايي ( دماغه نوكدار، بدنه طويل، پره‌ها) را در نظر بگيريد. با استفاده از نكات زير مي‌توان نيروي درگ را به حداقل رساند.

نوك (دماغه) :

نوك موشك بايد مخروطي باشد اما لازم نيست كه بيش از اندازه نوكدار شود. لازم است كه سنگيني در نوك موشك ايجاد شود. مي‌توانيد از چسباندن نوار در اطراف توپ تنيس استفاده كنيد و يا اينكه از طرح هاي ديگري مانند چسباندن خمير بازي بر روي مقوا استفاده كنيد.

بدنه :

تا حد امكان سطحي صاف داشته باشد. براي حجم موشك گفته شده، موشك نازك و طويل از موشك تخت و كوتاه نيروي درگ كمتري دارد.

پره‌ها:

پره‌ها بايد نازك و سبك وزن باشند. به طور متقارن در اطراف موشك چيده شده باشند كه اغلب از 3 يا 4 پره مي‌توان  استفاده نمود. تا آنجايي كا امكان دارد در انتهاي عقب موشك قرار بگيرند.

 

فرينگ (Fairing):

يك پوشش آئروديناميكي (بر روي بدنه هواپيما، ماشين يا وسيله ديگر) كه درگ را كاهش مي‌دهد. فرينگ‌ها به دو روش كاملاً متفاوت استفاده مي‌شوند. روش اول هنگامي استفاده مي‌شود كه دو بطري را به هم متصل كرده‌ايم؛ قسمت مياني يك بطري ديگر بريده مي‌شود و اطراف اتصال آنها را پوشش مي دهد. روش دوم كل بطري يا قسمت‌هايي از بطري بر روي موشك آبي اضافه مي‌شود تا يك موشك بلندتر را ايجاد كرد. اين روش مناسبي براي جلو بردن مركز جرم موشك در امتداد موشك براي تقويت پايداري آن مي‌باشد.

نازل:

نازل، مبدلي است كه انرژي هواي منبسط ‌شده را به مومنتوم خطي آب موجود در پشت موشك تبديل مي‌كند. بازدهي نازل نسبت به انرژي كه در طي فرايند اتلاف مي‌شود اندازه گيري مي‌گردد. اتلافات در اثر اصطكاك، ويسكوزيته و شتاب خارج از محور آب ناشي مي‌شود. شما نسبتاً قادر به كنترل دو خاصيت اول نيستيد اما طراحي شما برمورد سوم مي‌تواند تأثير بگذارد.

                                       

دو بطري كه در سمت چپ و راست نشان داده شده است را در نظر بگيريد. شكل سمت چپ يك بطري نوشيدني گاز‌دار استاندارد را نشان مي‌دهد و عملكرد نازل قابل قبولي خواهد داشت، اگر چه فرم بطري نشان داده شده در سمت راست ،عملكردي از نازل تقويت شده را پيشنهاد مي‌كند و مسلما نتايج بهتري حاصل خواهد کرد. شانه‌هاي شيب ‌دار آرام آن، آب را در جهت مستقيم هدايت مي‌كند و انرژي كمي در جلو بردن آب از اطراف به سمت نازل هدر مي‌رود.

 

از ديگر پارامترهاي موثر براي توصيف نازل مي‌توان به امپدانس (مقاومت ظاهري) جريان اشاره كرد كه عمدتاً توسط سطح مقطع عرضي مشخص مي‌شود. مساحت بزرگتر، يعني امپدانس كمتر و آب سريعتر خارج مي‌شود. مساحت كوچكتر، يعني امپدانس بزرگتر و آب آهسته‌تر خارج مي‌شود. در مواردي محدود از امپدانس بسيار بالا، آب از بطري به بيرون چكه مي‌كند و هرگز زمين را ترك نمي‌كند.

موشك‌هاي چندگانه( چند بطري):

اتصال دو يا چند بطري با ايجاد يك اتصال محكم فشاري در اصل ساده است اما در عمل كار مشكلي است. تكنيك اصلي،  پيدا كردن يك سازه ( نوعاً يك اتصال لوله‌اي يا شير) است كه به طور مكانيكي بطري‌ها را به يكديگر متصل مي‌كند. سپس بايد سازه را درزگيري نمود. اكنون به دو تكنيك مشابه اشاره مي‌كنيم :

در تكنيك اول ابتدا يك حفره در مركز انتهاي بطري ايجاد مي كنيم. حفره ايجاد شده بايد حدوداً به قطر  5/12 ميلي متر باشد ( به قطر نيم اينچ  اندازه بسيار خوبي است). به طور كلي يك مته چوبي بسيار نتيجه بهتري از يك مته قولادي با سرعت بسيار بالا خواهد داشت. اكنون شير لاستيك ماشين را در انتهاي بطري جا مي‌زنيم. قبل از جا زدن شير به بطري، نياز است كه قسمت‌هاي داخلي شير بوسيله دم ‌باريك يا چيز مشابهي برداشته شود؛ كه يك حفره مستقيم از ميان مركز شير تقريباً با قطر 3 ميلي‌متر را نتيجه مي‌دهد.

 حال بايد يك بطري ديگر به شير وصل كنيم. در ادامه از يك پوشش فلزي براي درزبندي بطري و ايجاد حفره‌اي كه اجازه دهد انتهاي شير تاير برآمدگي خود  راداشته باشد استفاده مي‌كنيم (مطابق شكل). اكنون با يك فشار محكم اتصالات را محكم مي‌كنيم. براي اين كار ابتدا يك واشر لاستيكي بر روي انتهاي شير قرار مي‌دهيم  و آنرا توسط يك مهره در جاي خود محكم مي‌فشاريم. سپس تمام اتصالات را با درزگير سيليكوني درزگيري کرده و بعد از آن 24 ساعت وقت نياز است كه مونتاژ آماده شود.

گام آخر اضافه كردن فرينگ براي كاهش درگ است. يك روش هوشمندانه براي انجام آن بريدن قسمت مركزي يک بطري ديگر و چسباندن آن بر محل اتصال بطري‌هاي تركيب ‌شده است.

برچسب‌ها : موشک آبی چیست/تحقیق در باره ی موشک آبی/چگونگی ساخت موشک آبی/موشک آبی جگونه ساخنته می شود/موشک ابی