CN113920827B - 一种水火箭发射装置及教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水火箭发射装置及教具，用于水火箭发射教学，包括活动机架；活动机架顶面安装有调节机构；调节机构用于调试安装水火箭；发射机构固定安装于活动机架顶面；且限定于调节机构的区域内；发射机构包括装夹件和释放组件；装夹件安装于水火箭底部开口；释放组件用于控制装夹件与水火箭的安装发射；气液系统固定安装于活动机架内腔；气液系统通过管路与装夹件连通；气液系统与释放组件信号交互。本方案在技术上实现了远程全自动控制的模式，实现精确定量加压加水，且设置了安全限值和安全模式，大大降低水火箭安全风险。

Description

一种水火箭发射装置及教具

技术领域

本发明涉及教学用具技术领域，特别是涉及一种水火箭发射装置及教具。

背景技术

水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的玩具，同时是物理教学中著名的案例之一，可以培养学生对于物理学习的兴趣，而其中蕴含的物理原理是了解物理中力学的重要的基础。

目前市场上大部分水火箭发射装置均为手动加水加气发射，先手动注水，再加气增压，最后操作自行车刹车线式的发射开关发射，也有为了安全性专门设计远程遥控发射的装置，但都没有实现全流程自动进行，需要人在旁边操作，具有一定的危险性。

因此，需要一种可以远程操控水火箭自动完成加水加气的发射装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种水火箭发射装置及教具，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现远程全自动控制的模式，实现精确定量加压加水，且设置了安全限值和安全模式，大大降低水火箭安全风险。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种水火箭发射装置，用于水火箭发射教学，包括：

活动机架；所述活动机架顶面安装有调节机构；所述调节机构用于调试安装所述水火箭；

发射机构；所述发射机构固定安装于所述活动机架顶面；且限定于所述调节机构的区域内；

所述发射机构包括装夹件和释放组件；所述装夹件安装于所述水火箭底部开口；所述释放组件用于控制所述装夹件与所述水火箭的安装发射；

气液系统；所述气液系统固定安装于所述活动机架内腔；所述气液系统通过所述管路与所述装夹件连通；所述气液系统与所述释放组件信号交互。

根据本方案提供的一种水火箭发射装置，技术上水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的玩具，同时是物理教学中经常用到的典型的案例之一。水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭，是用废弃的饮料瓶制作而成的一种玩具。它分为动力舱、箭体、箭头、尾翼、降落伞等部分。水火箭科技含量高，寓教于乐，深受广大青少年喜爱，可以让他们直观地了解导弹、运载火箭的发射升空和回收过程，理解导弹与飞机飞行的原理及其不同点。但水火箭在教学发射过程中，由于水火箭多为简易自制，在加水加压的操作过程中，容易产生发射时水喷溅或气压过高导致在加压过程中水火箭解体等危险；故首先通过调节组件固定水火箭，再通过发射组件将水火箭通过与装夹件安装发射；最后通过气液系统通过管路远程自动控制加水加压；防止在教学过程中产生危险。

另外本方案还有以下附加技术特征：

所述活动机架为立方体结构；所述活动机架包括底架和活动顶架；所述活动顶架安装于所述底架顶部。

所述活动顶架中心开设有贯穿通孔；所述贯穿通孔侧壁向内延伸开设有安装槽；所述装夹件底部固定安装在所述通孔内，且与所述管道连通；所述释放组件固定安装在所述安装槽内。

所述释放组件包括旋转件和执行件；所述执行件固定安装在所述安装槽内；所述旋转件一端与所述执行件固定连接；

所述安装槽顶部槽壁向上延伸贯穿所述活动顶架顶部；所述旋转件另一端套设于所述装夹件顶部；所述执行件与所述释放组件信号交互。

所述执行件采用舵机。

所述通孔内还设置有固定件；所述固定件顶部与所述装夹件底部固定连接；所述固定件底部与管道一端固定连接；所述固定件与所述通孔内壁抵接。

所述调节机构包括导向板和调节支架；所述导向板设置有若干个，且绕所述装夹件周向设置；所述导向板底部安装在所述调节支架上；所述调节支架固定安装于所述活动顶板上。

所述调节支架顶面向下开设有贯穿其两侧壁的通槽；所述调节支架一侧壁还开设有调节孔；所述调节孔内安装有调节螺栓；所述导向板滑动设置于所述通槽内；所述调节螺栓与所述导向板抵接。

所述导向板截面为三角形结构；所述导向板倾斜边朝远离所述装夹件的方向设置。

所述气液系统包括气泵，主控箱，传感器和水泵；所述主控箱包括电源和与所述电源电性连接的主板；所述传感器设置有若干个且均安装于所述管路上；所述气泵和水泵分别通过所述传感器与所述管路连通；所述水泵还连通有水箱；

所述主板与所述传感器，释放组件，气泵和水泵分别进行信息交互。

所述管路包括主管路，气支管，水支管和返支管；所述主支管一端与所述装夹件底部连通，另一端通过三通阀分别与所述气支管，水支管和返支管连通；所述气支管上安装有单向阀，所述气泵通过所述单向阀与所述气支管连通；所述水支管上安装有第一电磁阀，所述水泵通过所述第一电磁阀与所述水支管连通；所述返支管上安装有第二电磁阀，所述水箱通过所述第二电磁阀与所述返支管连通。

所述传感器包括气压传感器和水流传感器；所述气压传感器和水流传感器分别安装在所述气支管和水支管上。

一种教具，包括天线和上述方案中任一项水火箭发射装置，所述天线安装于所述气液系统上，因而具有上述任一技术方案所具有的一切有益效果，在此不再赘述。

其中，天线安装于所述主板上。

所述天线被配置为与上位机进行远程通信和数据传输。

在该技术方案中，通过天线和上位机的数据传输，使得本装置与远程操作端的连接更加紧密，实现了水火箭的全自动远程控制发射，降低了操作风险。

所述上位机可以为计算机和/智能手机。

在该技术方案中，上位机可以为计算机和/或智能手机，使得操作设备更加普通和方便，同时为多人操作多个或者单个本装置，为达成多人协作提供了条件。

本发明公开了以下技术效果：本方案在技术上实现了远程全自动控制的模式，实现精确定量加压加水，且设置了安全限值和安全模式，大大降低水火箭安全风险；在教学应用上，学生可以避免在水火箭前完成加水和加气的操作，同时可以避免发射时溅水，或者气压过高引起的爆炸危险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明气液系统连通结构示意图；

图3为本发明整体结构俯视图；

图4为本发明释放组件放大示意图；

其中，1，活动机架；2，装夹件；3，释放组件；4，管路；5，导向板；6，气泵；7，天线；8，主控箱；9，水泵；11，底架；12，活动顶架；13，固定件；31，旋转件；32，执行件；41，主管路；42，气支管；43，水支管；44，返支管；45，单向阀；46，第一电磁阀；47，第二电磁阀；48，气压传感器；49，水流传感器；51，调节支架；52，通槽；53，调节螺栓；81，电源；82，主板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种水火箭发射装置，用于水火箭发射教学，包括活动机架1；活动机架1顶面安装有调节机构；调节机构用于调试安装水火箭；

发射机构；发射机构固定安装于活动机架1顶面；且限定于调节机构的区域内；

发射机构包括装夹件2和释放组件3；装夹件2安装于水火箭底部开口；释放组件3用于控制装夹件2与水火箭的安装发射；

气液系统；气液系统固定安装于活动机架1内腔；气液系统通过管路4与装夹件2连通；气液系统与释放组件3信号交互。

根据本方案提供的一种水火箭发射装置，技术上水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的玩具，同时是物理教学中经常用到的典型的案例之一。水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭，是用废弃的饮料瓶制作而成的一种玩具。它分为动力舱、箭体、箭头、尾翼、降落伞等部分。水火箭科技含量高，寓教于乐，深受广大青少年喜爱，可以让他们直观地了解导弹、运载火箭的发射升空和回收过程，理解导弹与飞机飞行的原理及其不同点。但水火箭在教学发射过程中，由于水火箭多为简易自制，在加水加压的操作过程中，容易产生发射时水喷溅或气压过高导致在加压过程中水火箭解体等危险；故首先通过调节组件固定水火箭，再通过发射组件将水火箭通过与装夹件安装发射；最后通过气液系统通过管路远程自动控制加水加压；防止在教学过程中产生危险。

活动机架1为立方体结构；活动机架1包括底架11和活动顶架12；活动顶架12安装于底架11顶部。

在本发明的一个实施例中，活动顶架12活动安装在底架11顶部；底架11顶部两相对侧开设有活动槽，活动顶架12可在活动槽内活动设置，以其中心的装夹件2为准调节水火箭的发射角度，在力学教学实验中，可以达到教学由角度引起的水火箭发射轨迹变换不同。

进一步的，还可在dijia底架11顶部开设有环形的活动槽，在活动槽内通过四根水平设置的立柱支撑活动顶架12，也可起到准调节水火箭的发射角度的作用，在力学教学实验中，可以达到教学由角度引起的水火箭发射轨迹变换不同。

进一步的，活动槽开设有多层，每层对应与水平面1°的夹角变换；便于具体化实验教学流程。

且更具体的，可设置有5层活动槽。

活动顶架12中心开设有贯穿通孔；贯穿通孔侧壁向内延伸开设有安装槽；装夹件2底部固定安装在通孔内，且与管路4连通；释放组件3固定安装在安装槽内。

释放组件3包括旋转件31和执行件32；执行件32固定安装在安装槽内；旋转件31一端与执行件32固定连接；

安装槽顶部槽壁向上延伸贯穿活动顶架12顶部；旋转件31另一端套设于装夹件2顶部；执行件32与释放组件3信号交互。

执行件32采用舵机。

在本发明的一个实施例中，装夹件2为活动接头；活动接头包括顶部活动组件和底部活动组件；两活动组件可通孔卡块或滚珠转动实现卡滞效果；底部活动组件用于实现固定；将装夹件2固定在活动顶架12上，不会再水火箭发射时将装夹件2一起发射出去，形成过大冲击力对教具产生破坏；使得固定松动，不利于教具的长期多次使用。

进一步的，顶部活动组件与水火箭底部开口适配，为螺纹状结构或其他与水火箭底部适配的结构；通过旋转件31的环形套套设在顶部活动组件上；执行件32接受主板82的指令控制顶部活动组件与水火箭的连接于分离，实现水火箭的制作加水加压或分离发射。

在本发明的一个实施例中，执行件32为舵机；安装槽为具有两相邻侧开口槽体；舵机内设置有传动组件，传动组件与旋转件31固定连接从而控制旋转件31实现转动，从而控制水火箭的对接安装或分离发射。

通孔内还设置有固定件13；固定件13顶部与装夹件2底部固定连接；固定件13底部与管道4一端固定连接；固定件13与通孔内壁抵接。

在本发明的一个实施例中，固定件13用于固定主管道41；防止其活动度太大连接结构不稳定；当主管路41连接不稳定时，易发生在加压过程中泄露导致的教具破坏，危险性极大。

进一步的，本发射装置作为一个教具，底部还设置有可以固定滑动的万向轮；由于水火箭的不同尺寸，需要切换教学场地，当可以使用的水火箭较大时，其所需的加水加压量大，实验时产生的冲击力也不同，本发射装置方便移动，教学场地可随时更换，使用方便；且活动机架1无需拿取，推拉方便。

调节机构包括导向板5和调节支架51；导向板5设置有若干个，且绕装夹件2周向设置；导向板5底部安装在调节支架51上；调节支架51固定安装于活动顶架12上。

调节支架51顶面向下开设有贯穿其两侧壁的通槽52；调节支架51一侧壁还开设有调节孔；调节孔内安装有调节螺栓53；导向板5滑动设置于通槽52内；调节螺栓53与导向板5抵接。

导向板5截面为三角形结构；导向板5倾斜边朝远离装夹件2的方向设置。

在本发明的一个实施例中，导向板5设置为三角形结构，其倾斜边设置于远离水火箭的位置；在操作时，先将调节螺栓53拆下，在通槽52内活动导向板，设置倾斜边便于用力；通过拉开多个导向板5预留出安装空间，将水火箭置于多个导向板5中央后，向内推至于水火箭实现固定；再勇敢调节螺栓53抵接固定。

进一步的，由于在通过导向板5向水火箭积压的过程中，水火箭与装夹件2还没有装配，故通过调节螺栓53抵接，在固定的同时方便拆卸，步骤简单不烦琐。

具体的，导向板5设置有4个。

气液系统包括气泵6，主控箱8，传感器和水泵9；主控箱8包括电源81和与电源81电性连接的主板82；传感器设置有若干个且均安装于管路4上；气泵6和水泵9分别通过传感器与管路4连通；水泵9还连通有水箱；

主板82与传感器，释放组件3，气泵6和水泵9分别进行信息交互。

管路4包括主管路41，气支管42，水支管43和返支管44；主支管41一端与装夹件2底部连通，另一端通过三通阀分别与气支管42，水支管43和返支管44连通；气支管42上安装有单向阀45，气泵6通过单向阀45与气支管42连通；水支管43上安装有第一电磁阀46，水泵9通过第一电磁阀46与水支管43连通；返支管44上安装有第二电磁阀47，水箱通过第二电磁阀47与返支管44连通。

传感器包括气压传感器48和水流传感器49；气压传感器48和水流传感器49分别安装在气支管42和水支管43上。

一种教具，包括天线和上述方案中任一项水火箭发射装置，天线安装于气液系统上，因而具有上述任一技术方案所具有的一切有益效果，在此不再赘述。

其中，天线安装于所述主板上。

所述天线被配置为与上位机进行远程通信和数据传输。

在该技术方案中，通过天线和上位机的数据传输，使得本装置与远程操作端的连接更加紧密，实现了水火箭的全自动远程控制发射，降低了操作风险。

所述上位机可以为计算机和/智能手机。

在本发明的一个实施例中，本发明包括如下操作流程：

首先，选用上位机，上位机上安装有与发射装置内元件进行信息交互汇总的程序，插上无线接收器，开启执行件32的电源和主板82的电源81，进行串口匹配；

水火箭安装：通过上位机控制执行件32旋转，执行件32通过旋转件31打开装夹件2顶部活动组件，将水火箭与快速接头对接，对接后关闭执行件32；将发射装置的4个导向板5调节至与水火箭直径相当的位置，固定好水火箭；

水火箭加注：通过上位机设置给水火箭加注的水量和气压，设置完成后点击执行程序，第一电磁阀46打开，水泵9启动，开始加注水，当水流量传感器49达到预设的水量后，第一电磁阀关闭，水泵9关闭，气泵6启动，开始加压，当气压传感器48达到预设的气压后，气泵6关闭，加注完成；

水火箭发射：通过上位机控制执行件32旋转，执行件32通过旋转件31打开装夹件2顶部活动组件，水火箭在压差的作用下，内部高压的气和水向下喷射，提供给水火箭起飞的动力，水火箭发射；

故障模式：当装夹件2加注的气压或水量超过安全范围时，上位机控制第二电磁阀47打开，给水火箭泄压，水和气返回水箱，保障系统在安全范围内工作。

进一步的，在气泵6前端设置单向阀45防止加注的气压通过气支管42返回到气泵6中产生危险。

在该技术方案中，上位机可以为计算机和/或智能手机，使得操作设备更加普通和方便，同时为多人操作多个或者单个本装置，为达成多人协作提供了条件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水火箭发射装置，用于水火箭发射教学，其特征在于，包括：

活动机架(1)；所述活动机架(1)顶面安装有调节机构；所述调节机构用于调试安装所述水火箭；

发射机构；所述发射机构固定安装于所述活动机架(1)顶面；且限定于所述调节机构的区域内；

所述发射机构包括装夹件(2)和释放组件(3)；所述装夹件(2)安装于所述水火箭底部开口；所述释放组件(3)用于控制所述装夹件(2)与所述水火箭的安装发射；

气液系统；所述气液系统固定安装于所述活动机架(1)内腔；所述气液系统通过管路(4)与所述装夹件(2)连通；所述气液系统与所述释放组件(3)信号交互；

所述活动机架(1)为立方体结构；所述活动机架(1)包括底架(11)和活动顶架(12)；所述活动顶架(12)安装于所述底架(11)顶部；所述底架(11)顶部两相对侧开设有活动槽，活动顶架(12)在活动槽内活动设置；

所述活动顶架(12)中心开设有贯穿通孔；所述贯穿通孔侧壁向内延伸开设有安装槽；所述装夹件(2)底部固定安装在所述贯穿通孔内，且与所述管路(4)连通；所述释放组件(3)固定安装在所述安装槽内；

所述释放组件(3)包括旋转件(31)和执行件(32)；所述执行件(32)固定安装在所述安装槽内；所述旋转件(31)一端与所述执行件(32)固定连接；

所述安装槽顶部槽壁向上延伸贯穿所述活动顶架(12)顶部；所述旋转件(31)另一端套设于所述装夹件(2)顶部；所述执行件(32)与所述释放组件(3)信号交互；

所述气液系统包括气泵(6)，主控箱(8)，传感器和水泵(9)；所述主控箱(8)包括电源(81)和与所述电源(81)电性连接的主板(82)；所述传感器设置有若干个且均安装于所述管路(4)上；所述气泵(6)和水泵(9)分别通过所述传感器与所述管路(4)连通；所述水泵(9)还连通有水箱；所述主板(82)与所述传感器，释放组件(3)，气泵(6)和水泵(9)分别进行信息交互；

所述管路(4)包括主管路(41)，气支管(42)，水支管(43)和返支管(44)；所述主管路(41)一端与所述装夹件(2)底部连通，另一端通过三通阀分别与所述气支管(42)，水支管(43)和返支管(44)连通；所述气支管(42)上安装有单向阀(45)，所述气泵(6)通过所述单向阀(45)与所述气支管(42)连通；所述水支管(43)上安装有第一电磁阀(46)，所述水泵(9)通过所述第一电磁阀(46)与所述水支管(43)连通；所述返支管(44)上安装有第二电磁阀(47)，所述水箱通过所述第二电磁

阀(47)与所述返支管(44)连通。

2.根据权利要求1所述的一种水火箭发射装置，其特征在于：所述执行件(32)采用舵机。

3.根据权利要求1所述的一种水火箭发射装置，其特征在于：所述贯穿通孔内还设置有固定件(13)；所述固定件(13)顶部与所述装夹件(2)底部固定连接；所述固定件(13)底部与管路(4)一端固定连接；所述固定件(13)与所述贯穿通孔内壁抵接。

4.根据权利要求1所述的一种水火箭发射装置，其特征在于：所述调节机构包括导向板(5)和调节支架(51)；所述导向板(5)设置有若干个，且绕所述装夹件(2)周向设置；所述导向板(5)底部安装在所述调节支架(51)上；所述调节支架(51)固定安装于所述活动顶架(12)上。

5.根据权利要求4所述的一种水火箭发射装置，其特征在于：所述调节支架(51)顶面向下开设有贯穿其两侧壁的通槽(52)；所述调节支架(51)一侧壁还开设有调节孔；所述调节孔内安装有调节螺栓(53)；所述导向板(5)滑动设置于所述通槽(52)内；所述调节螺栓(53)与所述导向板(5)抵接。

6.根据权利要求4所述的一种水火箭发射装置，其特征在于：所述导向板(5)截面为三角形结构；所述导向板(5)倾斜边朝远离所述装夹件(2)的方向设置。

7.根据权利要求1所述的一种水火箭发射装置，其特征在于：所述传感器包括气压传感器(48)和水流传感器(49)；所述气压传感器(48)和水流传感器(49)分别安装在所述气支管(42)和水支管(43)上。

8.一种教具，其特征在于，包括：

天线(7)和如权利要求1至7中任一项所述的一种水火箭发射装置，所述天线(7)安装于所述气液系统上。

9.根据权利要求8所述的一种教具，其特征在于，所述天线(7)被配置为与上位机进行远程通信和数据传输。

10.根据权利要求9所述的一种教具，其特征在于，所述上位机为计算机和/智能手机。

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