بخش اول :
موشک آبی چیست؟
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.
دماغه یا نوک موشک قسمتی است که وظیفه شکافتن هوا و آئرودینامیک کردن جریان روی بطری نوشابه را دارد. بعلاوه اگر قرار باشد موشک شما مجهز به چتر فرود باشد و یا باری را حمل کند؛ این قسمت بهترین گزینه است.
بال ها یا پره ها از مهمترین قسمت های موشک آبی شما ، و مهمترین وجه تمایز یک بطری ساده و یک موشک آبی هستند. بال های موشک باعث می شوند به هنگام پرواز پایداری بیشتری ایجاد شود.
تا کنون شکل ظاهری یک موشک آبی را توصیف کردیم. ولی موشک چگونه پرواز خواهد کرد؟
برای پرواز موشک باید یک مکانیزم پرتاب برای آن طراحی کنیم.
مکانیزم پرتاب:
برای اینکه موشک ما بتواند در هوا پرواز کند باید به نوعی انرژی حرکت خود را در طول مسیر تامین کنید. همانطور که اشاره شد، آبی که درون موشک ریخته می شود کار سوخت را انجام می دهد. برای پرتاب موشک ابتدا باید قدری آب در آن ریخته و سپس بوسیله یک پمپ (تلمبه) درون آن را پر از هوا با فشار زیاد کرد. با وارد کردن هوای بیشتر در قسمت بالایی موشک، حباب های هوا از میان آب درون موشک بالا رفته و به قسمت بالایی می روند.
برای افزایش فشار هوای درون موشک از یک مکانیزم یک طرفه استفاده می شود ، که هوا را به درون موشک تلمبه می کند ولی مانع خروج آب می شود.
بعد از رسیدن فشار هوای درون موشک به مقدار مطلوب، با استفاده از یک ضامن ، ناگهان در بطری باز می شود و هوای درون بطری که فشار بیشتری از فشار اتمسفر دارد راه خروج پیدا می کند. اما از آنجا که آب موجود در بطری راه خروج هوا را مسدود کرده است، به جای هوا، آب با فشار زیاد از زیر موشک خارج می شود که همین امر باعث ایجاد نیروی پیشران برای موشک می شود.
سر همه ی بطری های موجود در بازار کم و بیش به شکل نازل عمل می کنند و همین امر باعث می شود که سرعت خروج آب ، و به تبع آن مومنتوم ایجاد شده نیز بیشتر شود.
اگر موشک درست طراحی شده باشد حرکت مستقیم خود را آغاز می کند و بسته به جهت پرتاب، تا مسافت زیادی پیش می رود.
ایمن سازی پرواز:
دو روش برای ایمن سازی پرتاب موشک آبی وجود دارد:
1- تعبیه یک چتر فرود در ته بطری (نوک موشک) که باعث می شود سرعت موشک به هنگام فرود کاهش یابد و امنیت بیشتری ایجاد شود. بعلاوه به خود موشک نیز آسیب کمتری خواهد رسید. البته تعبیه چتر و تعیین اینکه دقیقا چه موقع چتر باز شود کار سختی است و نیاز به نبوغ زیادی دارد.
روش دیگر آن است که موشک را با یک زاویه خاص پرتاب کنیم. با انتخاب یک زاویه پرتاب مناسب ، موشک مسافت زیادی را به صورت افقی طی خواهد کرد. یک موشک ساده ولی دقیق می تواند بردی معادل 20 تا 30 متر داشته باشد.
مهمترین مشکل پرتاب موشک با زاویه آن است که موشک دیگر نمی تواند روی انتهای خود قرار بگیرد و باید حتما یک سکوی پرتاب برای این کار تعبیه شود.
بخش دوم :
در این بخش با چگونگی ساخت یک موشک آبی آشنا خواهیم شد که در وضعیتهای مختلف قادر به پرواز کردن میباشد. در بخش بعدی با پرتاب کردن آن آشنا خواهیم شد.
ساخت یک موشک ساده ( ابتدایی)
به چه چیزهایی نیاز دارید؟
· یک بطری نوشیدنی گازدار( حباب دار):
که بدنه اصلی موشک را تشکیل میدهد. مطمئن باشید که حتماً از یک بطری نوشیدنی گازدار استفاده کنید. بطریهایی که شامل نوشیدنیهای راکد مثل (نوشیدنیهای مقوی، شیر و غیره) میباشند برای این کار مناسب نیستند. بطری نوشیدنی های گازدار از پلى اتیلن ترفنات، یک پلاستیک فوقالعاده قوی ساخته شده است که برای ساخت اینگونه موشک ها مناسب است.
· یک توپ تنیس یا یک توپ لاستیکی (یا هر جسم دیگر) حدوداً به وزن 60 گرم، که قسمت اصلی نوک موشک را تشکیل میدهد.
· تعدادی مقوای نازک موج دار یا پلاستیک موج دار (نوع بدون موج هم مناسب است) که برای ساخت بال ها و دماغه از آنها استفاده میشود.
· نوار چسب خوب (و چسب آب بند در صورتی که موشک چند تکه باشد)
· قیچی یا چاقو
· زمان: بین 30 الی 40 دقیقه
پیش از هر کاری ابتدا با یک بطری نوشیدنی گازدار شروع کنید. نوشیدنی را از داخل آن خالی کنید، برچسب ها را از بطری جدا کرده و آن را با آب بشویید.
اکنون به یک دماغه مخروطی شکل برای نوک موشک و تعدادی پره نیاز دارید.
دماغه مخروطی شکل
لازم است که دماغه مخروطی به اندازه کمی نوکدار (تیز) شود. همچنین توجه شود که وزن جلوی موشک نیز باید کمی زیادتر شود. راه مورد نظر برای رسیدن به هر دو هدف چسباندن یک توپ تنیس به انتهای بطری است.
شاید به طور کامل شکل آیرودینامیکی که مد نظر شماست نشود ولی مطمئن باشید که پرواز خواهد کرد.
پرهها (بال ها):
پلاستیکهای موج دار ( با نام Corriflute شناخته میشوند) ضد آب هستند و نسبت به وزنشان استحکام بالایی دارند. همچنین مقواهای نازک موج دار نیز مناسب هستند اما پس از چند بار پرتاب خیس میشوند. انتخاب دیگر اینکه میتوان از CD برای ساخت پره استفاده کرد. اگر از این روش استفاده نمودید، حتماً لبههای تیز را با نوار چسب بپوشانید. پرهها را می توان به سادگی با چسب به کنارههای موشک چسباند.
پرهها باید محکم چسبانده شوند تا در حین پرتاب پاره یا جدا نگردند. مسلماً پرهها هنگام فرود آمدن موشک آسیب خواهند دید اما تعمیر آنها کار مشکلی نیست.
نکات مهم درباره پرهها:
· همه پرهها باید مشابه یکدیگر باشند.
· آنها باید در عقب موشک قرار داده شوند.
· باید به صورت متقارن در اطراف موشک قرار داده شوند.( مثلا 3 پره با زاویه 120 درجه و یا 4 پره با زاویه 90 درجه)
· از بالا که به آنها نگاه میکنید باید نازک باشند.
متن انتقادی :
این نوع موشک بهینه نمیباشد و در بخش 3 خواهیم دید که چگونه باید هر قسمت را بهینه نمود و بحث بیشتری بر روی انواع مختلف هرکدام از طرحها خواهیم کرد. شما میتوانید موشکهایی
سبکتر، دماغه های مخروطی آئرودینامیکتر و پرههایی کوچکتر بسازید. به هر حال، یک آئرودینامیک خوب و وزن و اندازه مناسب، از فاکتورهایی است که میتواند موشک را در هنگام پرواز پایدار نگه دارد.
البته برای شروع، مدل گفته شده میتواند یک نقطه آغاز خوبی باشد.
آمار مهم در موشک شکل بالا
حجم داخلی
2 لیتر.......................................جرم هنگام خالی بودن 171 گرم (171/0 کیلوگرم )
طول........................................45 سانتی متر (45/0 متر)
مساحت پره.............................1200 سانتی متر مربع
مساحت مقطع عرضی پیشانی..........62 سانتی متر مربع
بخش سوم:
بهینه سازی طرح موشک
در این بخش با تعدادی از فاکتورهایی که لازم است در بهینه سازی طرح موشک لحاظ شود آشنا خواهید شد.
ملاحظات طراحی
اندازه(حجم):
اولین ملاحظهای که باید در ساخت موشک در نظر گرفت اندازه آن میباشد. اگر به بازار مراجعه کنید انواع گوناگونی از بطریهای نوشیدنی گازدار را خواهید یافت که میتوان بطریهای 5/0 لیتری، 1 لیتری، 2 لیتری و یا 3 لیتری را نام برد. اگر قصد ساخت موشک با حجم بیش از 3 لیتر دارید، میتوانید با اتصال چند بطری به هم این کار را انجام دهید. در ادامه به چندین نکته در مورد این نوع موشک ها اشاره خواهیم کرد.
حجم موشک، ماکزیمم مقدار انرژی که میتواند در گاز فشرده شده ذخیره شود را مشخص میکند. انرژی با فشار و حجم متناسب است. محدودیتهایی برای فشاری که موشک میتواند تحمل کند وجود دارد (5 اتمسفر یا psi75 ، به نظر مناسب می رسد)
برای افزایش مقدار کل انرژی لازم است که از یک موشک بزرگتر استفاده کنیم.
وزن:
هر چه موشک شما سبکتر باشد، بهتر میتواند پرواز کند. علاوه بر بهبود نسبت استحکام به وزن بطری، بایستی از اضافه کردن وزن اضافی برای بهبود آئرودینامیک موشک پرهیز کنید. همچنین بسیار مهم است که وزن اضافه شده را در مکان مناسبی اضافه کنید که موشک شما از نظر آئرودینامیکی پایدار باشد. توزیع وزن در امتداد طول موشک یکی از فاکتورهایی است که مشخص میکند که آیا آن مثل یک موشک یا اینکه مثل یک بطری پرواز میکند. به نظر شما چه تفاوتی میکند؟
یک موشک آئرودینامیکی پایدار با نوک پرواز میکند و دارای یک مسیر پرواز هموار و زیبا میباشد.
یک موشک آئرودینامیک ناپایدار، ممکن است در ابتدا با نوک پرواز کند اما پروازش سریعاً ناپایدار می شود و در هوا میغلتد و به سادگی بر روی زمین میافتد.
برای اینکه موشک شما مثل یک موشک پرواز کند نه مثل یک بطری، مرکز جرم باید در نیمه جلوی موشک باشد. اگر چه به طراحی پرهها در داشتن یک پرواز پایدار آئرودینامیکی بسیار بستگی دارد. بنابراین یکی از مهمترین ویژگیهای موشک شما، قرارگیری مرکز جرم یا مرکز گرانش میباشد.
ارزیابی موقعیت مرکز جرم:
برای پیدا کردن نقطه مورد نظر کافی است که یک نخ به دور موشک تابانده و آنرا جلو و عقب کنیم تا اینکه به نقطه تعادل برسیم و هر چقدر به نیمه جلو موشک نزدیک تر باشد به احتمال زیاد یک پرواز پایدار خواهد داشت
پرهها:
پرهها بر روی موشک شرایط پرواز آئرودینامیکی پایدار را ممکن میسازند. برای درک نقش پرهها لازم است نیروهای بر روی موشک را در هنگام پرواز (زمانی که اندکی ناهمراستا میگردد) را در نظر بگیریم.
اگر این نیروها در جهت افزایش زاویه ناهمراستایی باشند، موشک به خوبی نمیتواند پرواز کند و اگر در جهت کاهش زاویه ناهمراستایی باشند، موشک شما مانند یک « موشک » پرواز خواهد کرد.
پایداری آئرودینامیکی:
برای درک این موضوع نیاز است که نیروهایی که بر روی موشک عمل می کنند (چه در هنگامی که به طور صحیح پرواز میکند و چه در زمانی که نامتعادل پرواز میکند) را در نظر بگیریم. در اینجا دو موشک را در نظر میگیریم که شکل مشابه و پرههای مشابهی دارند اما توزیع وزن متفاوت در آنها باعث میشود مرکز جرمهای متفاوتی داشته باشند. به طور کلی دو موشک یکی با مرکز جرم در نیمه جلو و یکی در نیمه عقب را در نظر میگیریم.
نیروی درگ اصلی بر روی کل سطحی که در معرض هوا قرار گرفته است عمل کند. برای یک موشک معمولی که به طور صحیح میزان شده است، تنها بر روی نوک موشک عمل میکنند چونکه پرهها نازک و دارای سطح مقطع عرضی خیلی کوچکی هستند. اکنون حالتی را در نظر بگیرید که موشک اندکی ناهمراستا شده است. در این زمان بیشتر موشک در معرض نیروهای درگ قرارمیگیرد و این نیروها به طور قابل توجهی افزایش پیدا می کنند.
نیروها به شکل زیر عمل میکنند:
· در نوک موشک
· در امتداد کنارهی موشک
· بر روی پرهها
محاسبه دقیق نیروها در هر بخش از موشک بسیار مشکل است اما نکاتی وجود دارد که با شناسایی آنها به نتایج مهمی خواهیم رسید.در موشک نقطهای به نام مرکز فشار وجود دارد که در دو شکل مشخص شده است. از آنجایی که شکل هر دو موشک شبیه هم هست مکان قرارگیری نقطه فشار در دو شکل یکسانی است. اما چون مرکز جرم متفاوت دارند اثر نیروهای درگ مشابه بر روی هر موشک کاملاً متفاوت است.
در موشک اول (سمت چپ) مرکز جرم در امتداد محور موشک جلوتر از مرکز فشار قرار دارد. بنابراین نیروهای درگ اضافی بیشتر در انتهای نیمه عقب موشک عمل میکنند و در طول مسیر تمایل دارند که آنرا به عقب بکشند و در مسیر نگه دارند. به طور کلی، نیروهای درگ یک گشتاور حول مرکز جرم ایجاد میکنند تا اینکه یک پرواز بهینه و مناسب داشته باشد.
در موشک دوم (سمت راست) مرکز جرم در امتداد محور موشک عقبتر از مرکز فشار قرار دارد. بنابراین نیروهای درگ اضافی بیشتر در انتهای نیمه جلو موشک عمل میکنند و تمایل دارند که آنرا به جلو بکشندو از مسیر منحرف کنند.
بنابراین، موقعیتهای نسبی مرکز جرم و مرکز فشار هستند که مشخص میکنند آیا موشک از نظر آئرودینامیکی پایدار هست یا نیست. نحوه تعیین مرکز جرم را در قسمتهای قبلی توضیح دادیم اما چگونه نقطه مرکز فشار را مشخص کنیم؟
ارزیابی موقعیت مرکز فشار:
تخمین دقیق موقعیت مرکز فشار اندکی مشکل میباشد اما یک تکنیک ساده وجود دارد که شما میتوانید برای تخمین موقعیت مرکز فشار از آن استفاده نمایید. برای این کار نیاز است که شما ابتدا یک نیمرخی از موشک خود را بر روی مقوای نازک یا کاغذ A4 رسم نمایید و سپس آن را از روی کاغذ بریده و جدا کنید. تا حدودی مرکز جرم تصویر نیمرخی که درست کردهاید یک تخمین خوبی برای مرکز فشار میباشد. همانطور که قبلاً هم گفته شد اگر مرکز جرم موشک در نیمه جلو و مرکز فشار در پشت آن باشد، موشک از نظر آئرودینامیکی میتواند پایدار باشد و یک پرواز خوب داشته باشد.
درگ:
از آنجایی که آب، با سرعت نازل موشک را ترک میکند ، عکس العمل مومنتوم هوا آن را به طرف جلو می راند. اما به تدریج این شتاب کاهش پیدا میکند چون که موشک نیاز دارد که هوا را از سر راه خود پس بزند. نیرویی که نیاز است هوا را از سر راه خود پس بزند درگ آئرودینامیکی نام دارد و بدون امکانات ویژه تا حدودی اندازهگیری آن مشکل میباشد.
برای یک موشک در حال حرکت با سرعت چند متر بر ثانیه باید به نیروی درگ هم توجه شود و در سرعتهای بالا درگ کاملا بر حرکت پرتابه مسلط میشود. برای موشک 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 موشک ابتدایی ( دماغه نوکدار، بدنه طویل، پرهها) را در نظر بگیرید. با استفاده از نکات زیر میتوان نیروی درگ را به حداقل رساند.
نوک (دماغه) :
· نوک موشک باید مخروطی باشد اما لازم نیست که بیش از اندازه نوکدار شود.
· لازم است که سنگینی در نوک موشک ایجاد شود. میتوانید از چسباندن نوار در اطراف توپ تنیس استفاده کنید و یا اینکه از طرح های دیگری مانند چسباندن خمیر بازی بر روی مقوا استفاده کنید.
بدنه :
· تا حد امکان سطحی صاف داشته باشد.
· برای حجم موشک گفته شده، موشک نازک و طویل از موشک تخت و کوتاه نیروی درگ کمتری دارد.
موشک آبی چیست؟
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.
دماغه یا نوک موشک قسمتی است که وظیفه شکافتن هوا و آئرودینامیک کردن جریان روی بطری نوشابه را دارد. بعلاوه اگر قرار باشد موشک شما مجهز به چتر فرود باشد و یا باری را حمل کند؛ این قسمت بهترین گزینه است.
بال ها یا پره ها از مهمترین قسمت های موشک آبی شما ، و مهمترین وجه تمایز یک بطری ساده و یک موشک آبی هستند. بال های موشک باعث می شوند به هنگام پرواز پایداری بیشتری ایجاد شود.
تا کنون شکل ظاهری یک موشک آبی را توصیف کردیم. ولی موشک چگونه پرواز خواهد کرد؟
برای پرواز موشک باید یک مکانیزم پرتاب برای آن طراحی کنیم.
مکانیزم پرتاب:
برای اینکه موشک ما بتواند در هوا پرواز کند باید به نوعی انرژی حرکت خود را در طول مسیر تامین کنید. همانطور که اشاره شد، آبی که درون موشک ریخته می شود کار سوخت را انجام می دهد. برای پرتاب موشک ابتدا باید قدری آب در آن ریخته و سپس بوسیله یک پمپ (تلمبه) درون آن را پر از هوا با فشار زیاد کرد. با وارد کردن هوای بیشتر در قسمت بالایی موشک، حباب های هوا از میان آب درون موشک بالا رفته و به قسمت بالایی می روند.
برای افزایش فشار هوای درون موشک از یک مکانیزم یک طرفه استفاده می شود ، که هوا را به درون موشک تلمبه می کند ولی مانع خروج آب می شود.
بعد از رسیدن فشار هوای درون موشک به مقدار مطلوب، با استفاده از یک ضامن ، ناگهان در بطری باز می شود و هوای درون بطری که فشار بیشتری از فشار اتمسفر دارد راه خروج پیدا می کند. اما از آنجا که آب موجود در بطری راه خروج هوا را مسدود کرده است، به جای هوا، آب با فشار زیاد از زیر موشک خارج می شود که همین امر باعث ایجاد نیروی پیشران برای موشک می شود.
سر همه ی بطری های موجود در بازار کم و بیش به شکل نازل عمل می کنند و همین امر باعث می شود که سرعت خروج آب ، و به تبع آن مومنتوم ایجاد شده نیز بیشتر شود.
اگر موشک درست طراحی شده باشد حرکت مستقیم خود را آغاز می کند و بسته به جهت پرتاب، تا مسافت زیادی پیش می رود.
ایمن سازی پرواز:
دو روش برای ایمن سازی پرتاب موشک آبی وجود دارد:
1- تعبیه یک چتر فرود در ته بطری (نوک موشک) که باعث می شود سرعت موشک به هنگام فرود کاهش یابد و امنیت بیشتری ایجاد شود. بعلاوه به خود موشک نیز آسیب کمتری خواهد رسید. البته تعبیه چتر و تعیین اینکه دقیقا چه موقع چتر باز شود کار سختی است و نیاز به نبوغ زیادی دارد.
روش دیگر آن است که موشک را با یک زاویه خاص پرتاب کنیم. با انتخاب یک زاویه پرتاب مناسب ، موشک مسافت زیادی را به صورت افقی طی خواهد کرد. یک موشک ساده ولی دقیق می تواند بردی معادل 20 تا 30 متر داشته باشد.
مهمترین مشکل پرتاب موشک با زاویه آن است که موشک دیگر نمی تواند روی انتهای خود قرار بگیرد و باید حتما یک سکوی پرتاب برای این کار تعبیه شود.
بخش دوم :
در این بخش با چگونگی ساخت یک موشک آبی آشنا خواهیم شد که در وضعیتهای مختلف قادر به پرواز کردن میباشد. در بخش بعدی با پرتاب کردن آن آشنا خواهیم شد.
ساخت یک موشک ساده ( ابتدایی)
به چه چیزهایی نیاز دارید؟
· یک بطری نوشیدنی گازدار( حباب دار):
که بدنه اصلی موشک را تشکیل میدهد. مطمئن باشید که حتماً از یک بطری نوشیدنی گازدار استفاده کنید. بطریهایی که شامل نوشیدنیهای راکد مثل (نوشیدنیهای مقوی، شیر و غیره) میباشند برای این کار مناسب نیستند. بطری نوشیدنی های گازدار از پلى اتیلن ترفنات، یک پلاستیک فوقالعاده قوی ساخته شده است که برای ساخت اینگونه موشک ها مناسب است.
· یک توپ تنیس یا یک توپ لاستیکی (یا هر جسم دیگر) حدوداً به وزن 60 گرم، که قسمت اصلی نوک موشک را تشکیل میدهد.
· تعدادی مقوای نازک موج دار یا پلاستیک موج دار (نوع بدون موج هم مناسب است) که برای ساخت بال ها و دماغه از آنها استفاده میشود.
· نوار چسب خوب (و چسب آب بند در صورتی که موشک چند تکه باشد)
· قیچی یا چاقو
· زمان: بین 30 الی 40 دقیقه
پیش از هر کاری ابتدا با یک بطری نوشیدنی گازدار شروع کنید. نوشیدنی را از داخل آن خالی کنید، برچسب ها را از بطری جدا کرده و آن را با آب بشویید.
اکنون به یک دماغه مخروطی شکل برای نوک موشک و تعدادی پره نیاز دارید.
دماغه مخروطی شکل
لازم است که دماغه مخروطی به اندازه کمی نوکدار (تیز) شود. همچنین توجه شود که وزن جلوی موشک نیز باید کمی زیادتر شود. راه مورد نظر برای رسیدن به هر دو هدف چسباندن یک توپ تنیس به انتهای بطری است.
شاید به طور کامل شکل آیرودینامیکی که مد نظر شماست نشود ولی مطمئن باشید که پرواز خواهد کرد.
پرهها (بال ها):
پلاستیکهای موج دار ( با نام Corriflute شناخته میشوند) ضد آب هستند و نسبت به وزنشان استحکام بالایی دارند. همچنین مقواهای نازک موج دار نیز مناسب هستند اما پس از چند بار پرتاب خیس میشوند. انتخاب دیگر اینکه میتوان از CD برای ساخت پره استفاده کرد. اگر از این روش استفاده نمودید، حتماً لبههای تیز را با نوار چسب بپوشانید. پرهها را می توان به سادگی با چسب به کنارههای موشک چسباند.
پرهها باید محکم چسبانده شوند تا در حین پرتاب پاره یا جدا نگردند. مسلماً پرهها هنگام فرود آمدن موشک آسیب خواهند دید اما تعمیر آنها کار مشکلی نیست.
نکات مهم درباره پرهها:
· همه پرهها باید مشابه یکدیگر باشند.
· آنها باید در عقب موشک قرار داده شوند.
· باید به صورت متقارن در اطراف موشک قرار داده شوند.( مثلا 3 پره با زاویه 120 درجه و یا 4 پره با زاویه 90 درجه)
· از بالا که به آنها نگاه میکنید باید نازک باشند.
متن انتقادی :
این نوع موشک بهینه نمیباشد و در بخش 3 خواهیم دید که چگونه باید هر قسمت را بهینه نمود و بحث بیشتری بر روی انواع مختلف هرکدام از طرحها خواهیم کرد. شما میتوانید موشکهایی
سبکتر، دماغه های مخروطی آئرودینامیکتر و پرههایی کوچکتر بسازید. به هر حال، یک آئرودینامیک خوب و وزن و اندازه مناسب، از فاکتورهایی است که میتواند موشک را در هنگام پرواز پایدار نگه دارد.
البته برای شروع، مدل گفته شده میتواند یک نقطه آغاز خوبی باشد.
آمار مهم در موشک شکل بالا
حجم داخلی
2 لیتر.......................................جرم هنگام خالی بودن 171 گرم (171/0 کیلوگرم )
طول........................................45 سانتی متر (45/0 متر)
مساحت پره.............................1200 سانتی متر مربع
مساحت مقطع عرضی پیشانی..........62 سانتی متر مربع
بخش سوم:
بهینه سازی طرح موشک
در این بخش با تعدادی از فاکتورهایی که لازم است در بهینه سازی طرح موشک لحاظ شود آشنا خواهید شد.
ملاحظات طراحی
اندازه(حجم):
اولین ملاحظهای که باید در ساخت موشک در نظر گرفت اندازه آن میباشد. اگر به بازار مراجعه کنید انواع گوناگونی از بطریهای نوشیدنی گازدار را خواهید یافت که میتوان بطریهای 5/0 لیتری، 1 لیتری، 2 لیتری و یا 3 لیتری را نام برد. اگر قصد ساخت موشک با حجم بیش از 3 لیتر دارید، میتوانید با اتصال چند بطری به هم این کار را انجام دهید. در ادامه به چندین نکته در مورد این نوع موشک ها اشاره خواهیم کرد.
حجم موشک، ماکزیمم مقدار انرژی که میتواند در گاز فشرده شده ذخیره شود را مشخص میکند. انرژی با فشار و حجم متناسب است. محدودیتهایی برای فشاری که موشک میتواند تحمل کند وجود دارد (5 اتمسفر یا psi75 ، به نظر مناسب می رسد)
برای افزایش مقدار کل انرژی لازم است که از یک موشک بزرگتر استفاده کنیم.
وزن:
هر چه موشک شما سبکتر باشد، بهتر میتواند پرواز کند. علاوه بر بهبود نسبت استحکام به وزن بطری، بایستی از اضافه کردن وزن اضافی برای بهبود آئرودینامیک موشک پرهیز کنید. همچنین بسیار مهم است که وزن اضافه شده را در مکان مناسبی اضافه کنید که موشک شما از نظر آئرودینامیکی پایدار باشد. توزیع وزن در امتداد طول موشک یکی از فاکتورهایی است که مشخص میکند که آیا آن مثل یک موشک یا اینکه مثل یک بطری پرواز میکند. به نظر شما چه تفاوتی میکند؟
یک موشک آئرودینامیکی پایدار با نوک پرواز میکند و دارای یک مسیر پرواز هموار و زیبا میباشد.
یک موشک آئرودینامیک ناپایدار، ممکن است در ابتدا با نوک پرواز کند اما پروازش سریعاً ناپایدار می شود و در هوا میغلتد و به سادگی بر روی زمین میافتد.
برای اینکه موشک شما مثل یک موشک پرواز کند نه مثل یک بطری، مرکز جرم باید در نیمه جلوی موشک باشد. اگر چه به طراحی پرهها در داشتن یک پرواز پایدار آئرودینامیکی بسیار بستگی دارد. بنابراین یکی از مهمترین ویژگیهای موشک شما، قرارگیری مرکز جرم یا مرکز گرانش میباشد.
ارزیابی موقعیت مرکز جرم:
برای پیدا کردن نقطه مورد نظر کافی است که یک نخ به دور موشک تابانده و آنرا جلو و عقب کنیم تا اینکه به نقطه تعادل برسیم و هر چقدر به نیمه جلو موشک نزدیک تر باشد به احتمال زیاد یک پرواز پایدار خواهد داشت
پرهها:
پرهها بر روی موشک شرایط پرواز آئرودینامیکی پایدار را ممکن میسازند. برای درک نقش پرهها لازم است نیروهای بر روی موشک را در هنگام پرواز (زمانی که اندکی ناهمراستا میگردد) را در نظر بگیریم.
اگر این نیروها در جهت افزایش زاویه ناهمراستایی باشند، موشک به خوبی نمیتواند پرواز کند و اگر در جهت کاهش زاویه ناهمراستایی باشند، موشک شما مانند یک « موشک » پرواز خواهد کرد.
پایداری آئرودینامیکی:
برای درک این موضوع نیاز است که نیروهایی که بر روی موشک عمل می کنند (چه در هنگامی که به طور صحیح پرواز میکند و چه در زمانی که نامتعادل پرواز میکند) را در نظر بگیریم. در اینجا دو موشک را در نظر میگیریم که شکل مشابه و پرههای مشابهی دارند اما توزیع وزن متفاوت در آنها باعث میشود مرکز جرمهای متفاوتی داشته باشند. به طور کلی دو موشک یکی با مرکز جرم در نیمه جلو و یکی در نیمه عقب را در نظر میگیریم.
نیروی درگ اصلی بر روی کل سطحی که در معرض هوا قرار گرفته است عمل کند. برای یک موشک معمولی که به طور صحیح میزان شده است، تنها بر روی نوک موشک عمل میکنند چونکه پرهها نازک و دارای سطح مقطع عرضی خیلی کوچکی هستند. اکنون حالتی را در نظر بگیرید که موشک اندکی ناهمراستا شده است. در این زمان بیشتر موشک در معرض نیروهای درگ قرارمیگیرد و این نیروها به طور قابل توجهی افزایش پیدا می کنند.
نیروها به شکل زیر عمل میکنند:
· در نوک موشک
· در امتداد کنارهی موشک
· بر روی پرهها
محاسبه دقیق نیروها در هر بخش از موشک بسیار مشکل است اما نکاتی وجود دارد که با شناسایی آنها به نتایج مهمی خواهیم رسید.در موشک نقطهای به نام مرکز فشار وجود دارد که در دو شکل مشخص شده است. از آنجایی که شکل هر دو موشک شبیه هم هست مکان قرارگیری نقطه فشار در دو شکل یکسانی است. اما چون مرکز جرم متفاوت دارند اثر نیروهای درگ مشابه بر روی هر موشک کاملاً متفاوت است.
در موشک اول (سمت چپ) مرکز جرم در امتداد محور موشک جلوتر از مرکز فشار قرار دارد. بنابراین نیروهای درگ اضافی بیشتر در انتهای نیمه عقب موشک عمل میکنند و در طول مسیر تمایل دارند که آنرا به عقب بکشند و در مسیر نگه دارند. به طور کلی، نیروهای درگ یک گشتاور حول مرکز جرم ایجاد میکنند تا اینکه یک پرواز بهینه و مناسب داشته باشد.
در موشک دوم (سمت راست) مرکز جرم در امتداد محور موشک عقبتر از مرکز فشار قرار دارد. بنابراین نیروهای درگ اضافی بیشتر در انتهای نیمه جلو موشک عمل میکنند و تمایل دارند که آنرا به جلو بکشندو از مسیر منحرف کنند.
بنابراین، موقعیتهای نسبی مرکز جرم و مرکز فشار هستند که مشخص میکنند آیا موشک از نظر آئرودینامیکی پایدار هست یا نیست. نحوه تعیین مرکز جرم را در قسمتهای قبلی توضیح دادیم اما چگونه نقطه مرکز فشار را مشخص کنیم؟
ارزیابی موقعیت مرکز فشار:
تخمین دقیق موقعیت مرکز فشار اندکی مشکل میباشد اما یک تکنیک ساده وجود دارد که شما میتوانید برای تخمین موقعیت مرکز فشار از آن استفاده نمایید. برای این کار نیاز است که شما ابتدا یک نیمرخی از موشک خود را بر روی مقوای نازک یا کاغذ A4 رسم نمایید و سپس آن را از روی کاغذ بریده و جدا کنید. تا حدودی مرکز جرم تصویر نیمرخی که درست کردهاید یک تخمین خوبی برای مرکز فشار میباشد. همانطور که قبلاً هم گفته شد اگر مرکز جرم موشک در نیمه جلو و مرکز فشار در پشت آن باشد، موشک از نظر آئرودینامیکی میتواند پایدار باشد و یک پرواز خوب داشته باشد.
درگ:
از آنجایی که آب، با سرعت نازل موشک را ترک میکند ، عکس العمل مومنتوم هوا آن را به طرف جلو می راند. اما به تدریج این شتاب کاهش پیدا میکند چون که موشک نیاز دارد که هوا را از سر راه خود پس بزند. نیرویی که نیاز است هوا را از سر راه خود پس بزند درگ آئرودینامیکی نام دارد و بدون امکانات ویژه تا حدودی اندازهگیری آن مشکل میباشد.
برای یک موشک در حال حرکت با سرعت چند متر بر ثانیه باید به نیروی درگ هم توجه شود و در سرعتهای بالا درگ کاملا بر حرکت پرتابه مسلط میشود. برای موشک 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 موشک ابتدایی ( دماغه نوکدار، بدنه طویل، پرهها) را در نظر بگیرید. با استفاده از نکات زیر میتوان نیروی درگ را به حداقل رساند.
نوک (دماغه) :
· نوک موشک باید مخروطی باشد اما لازم نیست که بیش از اندازه نوکدار شود.
· لازم است که سنگینی در نوک موشک ایجاد شود. میتوانید از چسباندن نوار در اطراف توپ تنیس استفاده کنید و یا اینکه از طرح های دیگری مانند چسباندن خمیر بازی بر روی مقوا استفاده کنید.
بدنه :
· تا حد امکان سطحی صاف داشته باشد.
· برای حجم موشک گفته شده، موشک نازک و طویل از موشک تخت و کوتاه نیروی درگ کمتری دارد.
دیدگاه