CN113362692A - 一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具，包括水火箭箭体、滑翔机、开伞装置、连接分离装置和回收装置。开伞装置设置在伞仓上，包括仓门遥控开关、降落伞和设置在伞仓内部的降落伞弹射装置。当仓门打开时，降落伞弹射机构将降落伞弹射出伞仓。连接分离装置设置在水火箭箭体的外表面，包括滑翔机弹射机构和滑翔机固定机构，滑翔机固定机构设有固定机构遥控开关。当固定机构关闭时，滑翔机弹射机构和滑翔机固定机构的共同将滑翔机固定在水火箭上，当固定机构打开时，滑翔机弹射机构通过弹力使滑翔机和水火箭箭体分离。本申请实现了遥控滑翔机弹射和开伞，可以提高降落伞打开成功率，更真实地模拟航天飞机发射和火箭回收的过程。

Description

一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具

技术领域

本申请涉及教学用具技术领域，特别是涉及一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具。

背景技术

水火箭又称为气压式喷水火箭、水推进火箭，是一个利用质量比和气压作用而设计的装置。而水火箭助推滑翔机则是利用上述水火箭作为助推器，将飞行器带至高空的装置。该装置在一定程度上模拟了航天飞机的发射状况，是高校航空航天类专业的经典教学实践项目，能够极大程度鼓励学生在理论学习的基础上展开实践，充分激发学生的创新能力。同时，该装置亦可以用于科普活动的演示道具，使相关科普活动更具参与感和获得感。

水火箭助推滑翔机技术主要分为箭体连接技术，开伞技术，分离技术，回收技术等主要四个方面。目前市场上大多是针对于小学及初中生的简易水火箭模型，涉及技术主要是箭体连接技术及开伞技术，主要利用伞舱自身重力开伞或者无控制的机械发条开伞，安全可靠性较低。此外，国外目前有一种水火箭与滑翔机集成在一体的水火箭助推滑翔机，这种设计使得水火箭与滑翔机无需分离，结构较为紧凑，但是一般体积较小，飞行高度不高，现实指导意义不足。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够更真实模拟航天飞机发射过程的基于水火箭助推滑翔机的教学用具。

一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具，包括水火箭箭体、滑翔机、开伞装置、连接分离装置和回收装置。

开伞装置设置在伞仓上，包括仓门遥控开关、降落伞和设置在伞仓内部的降落伞弹射装置。当仓门关闭时，降落伞安装在降落伞弹射机构和仓门之间，降落伞弹射机构通过弹力将降落伞紧压在仓门的内侧，当仓门打开时，降落伞弹射机构将降落伞弹射出伞仓。

连接分离装置设置在水火箭箭体的外表面，包括滑翔机弹射机构和滑翔机固定机构，滑翔机固定机构设有固定机构遥控开关。当固定机构关闭时，滑翔机弹射机构和滑翔机固定机构的通过共同作用将滑翔机固定在水火箭箭体的外表面，当固定机构打开时，滑翔机弹射机构通过弹力使滑翔机和水火箭箭体分离。

具体地，可以通过遥控装置控制伞仓门打开，将降落伞弹射出伞仓，增加降落伞打开的成功率。还可以通过遥控装置控制滑翔机固定机构打开，使滑翔机从水火箭箭体表面弹射分离。通过上述两个遥控过程，可以更真实地模拟航天飞机发射和火箭回收的过程。

其中一个实施例中，还包括围绕水火箭箭体外表面等间隔竖直安装的螺旋桨，螺旋桨的数量为3个以上，各个螺旋桨的转速为单独控制。

在水火箭上升过程中，由于螺旋桨垂直于水火箭箭体安装(即螺旋桨的转轴垂直于水火箭箭体)，对箭体外形的影响最小，能够减小发射阻力。在水火箭下落过程中，可以通过遥控或者预设的程序单独调整各个螺旋桨的转速，为水火箭箭体提供垂直于箭体的横向推动力，控制水火箭箭体的下落位置。

其中一个实施例中，仓门遥控开关包括第一遥控舵机和第一弹性部件，第一遥控舵机固定在伞仓的外表面上，第一弹性部件的第一连接端与伞仓固定连接，第二连接端与第一遥控舵机活动连接，通过第一弹性部件的弹力使仓门处于关闭状态。第一遥控舵机根据遥控指令进行动作，使第二连接端和第一遥控舵机的连接断开，使仓门处于打开状态。

具体地，使用固定在水火箭箭体表面的弹性部件和遥控舵机实现仓门遥控开关，具有实现方式简单、重量轻、成本低等特点。

其中一个实施例中，滑翔机固定机构包括第二遥控舵机和第二弹性部件，第二遥控舵机固定在水火箭箭体的外表面上，第二弹性部件的第一连接端与水火箭固定连接，第二连接端与第二遥控舵机活动连接，通过第二弹性部件的弹力使固定机构处于关闭状态。第二遥控舵机根据遥控指令进行动作，使第二连接端和第二遥控舵机的连接断开，使固定机构处于打开状态。

具体地，使用固定在水火箭箭体表面的弹性部件和遥控舵机实现滑翔机固定机构，具有实现方式简单、重量轻、成本低等特点。

其中一个实施例中，水火箭箭体的容积大于5L。更大的容积能够使水火箭上升到更大的高度，为滑翔机弹射、开伞和水火箭箭体回收提供更充分的空间，提高演示成功率和演示说明效果。

附图说明

图1为一个实施例中一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具的结构示意图；

图2为一个实施例中伞仓的结构示意图；

图3为另一个实施例中一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具的结构示意图；

图4为另一个实施例中一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具的操作流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供了一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具，包括水火箭箭体、滑翔机、开伞装置、连接分离装置和回收装置。

水火箭箭体结构如图1所示，伞仓101设置在水火箭箭体头部。开伞装置包括降落伞和设置在伞仓内部的降落伞弹射装置，伞仓上设有仓门102，仓门102上设有仓门遥控开关。本实施例中，仓门遥控开关使用遥控舵机103和橡皮筋实现，降落伞弹射装置也使用橡皮筋实现，遥控舵机103通过信号接收装置104接收遥控信号。具体地，如图2所示，在伞仓上开一个长宽约10cm的仓门201。在伞仓内部，用两根十字交叉固定的橡皮筋202建立一个弹射面。将两个降落伞折叠好后，并列放置在伞仓内部的弹射面上。在仓门201外侧绕过一根橡皮筋使伞仓门关闭，同时将降落伞压紧在两根橡皮筋构成的弹射面上。仓门上橡皮筋的一端与伞仓上固定好的舵机103相连，利用舵机卡住橡皮筋，另一端固定在水火箭舰体上，使降落伞始终处于压紧状态。

连接分离装置设置在水火箭箭体的外表面，包括滑翔机弹射机构和滑翔机固定机构，滑翔机固定机构设有固定机构遥控开关。当固定机构关闭时，滑翔机弹射机构和滑翔机固定机构的通过共同作用将滑翔机固定在水火箭箭体的外表面，当固定机构打开时，滑翔机弹射机构通过弹力使滑翔机和水火箭箭体分离。

本实施例中，滑翔机固定机构包括滑翔机头部左右卡槽105和滑翔机悬挂架106，两者共同将滑翔机卡放在水火箭箭体的表面。滑翔机弹射机构采用橡皮筋和遥控舵机实现。其中，使用一根橡皮筋横穿并固定在左右卡槽中间的橡皮筋107，滑翔机头部置于左右卡槽中间时，使横穿的橡皮筋107产生形变，提供滑翔机的弹射力。同时，再用另一根橡皮筋横向环绕捆绑滑翔机头部，使滑翔机头部紧贴水火箭箭体。用于固定滑翔机的橡皮筋的一端固定在水火箭箭体表面，另一端固定在遥控舵机108上，遥控舵机108也通过信号接收装置104接收遥控信号。

使用时，当水火箭搭载滑翔机飞行到最高点时，使用遥控器控制舵机103转动，从而使得橡皮筋从舵机103上松开，使仓门201松开，降落伞凭借着伞仓内部的由十字交叉的橡皮筋202构成的弹射面，将降落伞弹出实现开伞。

使用时，当水火箭搭载滑翔机飞行到最高点时，使用遥控器控制舵机108转动，从而使得用于固定橡皮筋从舵机上松开，使滑翔机借助左右卡槽之间的横穿橡皮筋107的推力向外弹射，实现水火箭与滑翔机的弹射分离。

本实施例提供的一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具，实现方式简单，成本低，可以通过遥控装置控制伞仓门打开，将降落伞弹射出伞仓，增加降落伞打开的成功率。还可以通过遥控装置控制滑翔机固定机构打开，使滑翔机从水火箭箭体表面弹射分离。通过上述两个遥控过程，可以更真实地模拟航天飞机发射和火箭回收的过程。

其中一个实施例中，在水火箭箭体外表面等间隔竖直安装3个以上的螺旋桨，并且各个螺旋桨的转速可以单独控制。

在水火箭上升过程中，由于螺旋桨垂直于水火箭箭体安装(即螺旋桨的转轴垂直于水火箭箭体)，对箭体外形的影响最小，能够减小发射阻力。在水火箭下落过程中，可以通过遥控或者预设的程序单独调整各个螺旋桨的转速，为水火箭箭体提供垂直于箭体的横向推动力，控制水火箭箭体的下落位置。

具体地，如图3所示，本实施例中在水火箭中下部，离尾翼有一小段距离的位置，竖直对称加装4个螺桨301，作为水火箭的定点回收装置。竖直加装即将螺旋桨的轴垂直于水火箭箭体的中轴进行安装。竖直加装能在水火箭上升过程中最大程度地减少定点回收装置对水火箭气动外形的改变，减小发射时的阻力。对称的4个螺旋桨可以平衡水火箭的受力，增加水火箭在发射时姿态的稳定性。

本实施例提供的教学用具的使用流程如图4所示。首先将滑翔机固定在水火箭舰体上，当飞行到的指定高度时，通过遥控控制实现水火箭和滑翔机分离。分离后，对于水火箭箭体进行遥控开伞，并控制由螺旋桨构成的定点回收装置，对水火箭箭体进行定点回收。此外，对于滑翔机也可以进行遥控，对其进行定点回收。具体在使用时，当水火箭与滑翔机分离、水火箭开伞后，通过地面遥控或程序控制，分别调整4个螺旋桨的转速，根据当前水火箭和指定地点之间的相对位置关系，调整4个螺旋桨对水火箭产生的整体推力，从而调整水火箭分离后的飞行姿态，在降落伞的作用下，改变水火箭的下降轨迹，进而实现水火箭的定点回收。

其中一个实施例中，水火箭箭体的容积大于5L。更大的容积能够使水火箭上升到更大的高度，为滑翔机弹射、开伞和水火箭箭体回收提供更充分的空间，提高演示成功率和演示说明效果。

具体地，本实施例的水火箭箭体采用三个2L的饮料瓶制作，采用瓶口对瓶底连接的方法，通过空心螺母和两端的螺栓连接，并用垫片进行密封；伞仓使用半个可乐瓶制作。这一制作方式具有材料轻便且易于获得的特点，根据实验本实施例的水火箭的飞行高度能达到20米至40米，提供了充分的弹射和开伞空间。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于水火箭助推滑翔机的教学用具，其特征在于，所述教学用具包括水火箭箭体、滑翔机、开伞装置、连接分离装置和回收装置；

所述开伞装置设置在伞仓上，包括仓门遥控开关、降落伞和设置在所述伞仓内部的降落伞弹射装置；当所述仓门关闭时，所述降落伞安装在所述降落伞弹射机构和所述仓门之间，所述降落伞弹射机构通过弹力将所述降落伞紧压在所述仓门的内侧，当所述仓门打开时，所述降落伞弹射机构将所述降落伞弹射出所述伞仓；

所述连接分离装置设置在所述水火箭箭体的外表面，包括滑翔机弹射机构和滑翔机固定机构，所述滑翔机固定机构设有固定机构遥控开关；当所述固定机构关闭时，所述滑翔机弹射机构和所述滑翔机固定机构的通过共同作用将所述滑翔机固定在所述水火箭箭体的外表面，当所述固定机构打开时，所述滑翔机弹射机构通过弹力使所述滑翔机和所述水火箭箭体分离。

2.根据权利要求1所述的教学用具，其特征在于，还包括围绕所述水火箭箭体外表面等间隔竖直安装的螺旋桨，所述螺旋桨的数量为3个以上，各个螺旋桨的转速为单独控制。

3.根据权利要求1所述的教学用具，其特征在于，所述仓门遥控开关包括第一遥控舵机和第一弹性部件，所述第一遥控舵机固定在所述伞仓的外表面上，所述第一弹性部件的第一连接端与所述伞仓固定连接，第二连接端与所述第一遥控舵机活动连接，通过所述第一弹性部件的弹力使所述仓门处于关闭状态；所述第一遥控舵机根据遥控指令进行动作，使所述第二连接端和所述第一遥控舵机的连接断开，使所述仓门处于打开状态。

4.根据权利要求1所述的教学用具，其特征在于，所述滑翔机固定机构包括第二遥控舵机和第二弹性部件，所述第二遥控舵机固定在所述水火箭箭体的外表面上，所述第二弹性部件的第一连接端与所述水火箭固定连接，第二连接端与所述第二遥控舵机活动连接，通过所述第二弹性部件的弹力使所述固定机构处于关闭状态；所述第二遥控舵机根据遥控指令进行动作，使所述第二连接端和所述第二遥控舵机的连接断开，使所述固定机构处于打开状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水火箭箭体的容积大于5L。

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