JP6298940B1 - Flying object injection energy measuring device and flight characteristic acquisition program - Google Patents

Flying object injection energy measuring device and flight characteristic acquisition program Download PDF

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Abstract

【課題】 飛翔体の飛行距離を簡易な手法で正確に予測するための測定装置及びその出力に基づいて飛行距離を取得するためのプログラムを提供する。【解決手段】 測定装置100は、本体部110の回転軸111に回動自在に支持された回転体120を有する。回転体120の他端にペットボトルロケット(飛翔体)1が取り付けられ、ペットボトルロケット1発射時に回転体120は、当該噴射エネルギーに応じて回転する。回転体の最大回転角θmaxは検出部150にて検知される。コンピュータ200は、ペットボトルロケット1の噴射に係る各種パラメータに基づいて最大回転角θcalを算出する。コンピュータ200は検出値θmaxと算出値θcalに基づいてペットボトルロケット1のポリトロープ指数nを算出する。ポリトロープ指数nはペットボトルロケット1の飛行距離の取得に用いられる。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring device for accurately predicting the flight distance of a flying object by a simple method and a program for acquiring the flight distance based on the output thereof. A measuring apparatus includes a rotating body that is rotatably supported by a rotating shaft of a main body. A plastic bottle rocket (flying body) 1 is attached to the other end of the rotator 120, and the rotator 120 rotates according to the injection energy when the plastic bottle rocket 1 is launched. The detection unit 150 detects the maximum rotation angle θmax of the rotating body. The computer 200 calculates the maximum rotation angle θcal based on various parameters related to the injection of the plastic bottle rocket 1. The computer 200 calculates the polytropic index n of the plastic bottle rocket 1 based on the detected value θmax and the calculated value θcal. The polytropic index n is used for obtaining the flight distance of the plastic bottle rocket 1. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、内部に注入された高圧の液体又は気体を動力源とした飛翔体の噴射エネルギー測定装置および飛行特性取得プログラムに関し、特にペットボトルロケットの噴射エネルギー測定装置および飛行特性取得プログラムに関する。  The present invention relates to an injection energy measuring apparatus and flight characteristic acquisition program for a flying object using a high-pressure liquid or gas injected therein as a power source, and more particularly to an injection energy measuring apparatus and a flight characteristic acquisition program for a PET bottle rocket.

学校の教育活動として、飛翔体であるロケットの原理を学習するため、ペットボトルを用いたロケット(ペットボトルロケット)の実験学習が行われている。
このようなペットボトルロケットの学習は、全国的に行われ、その飛行距離や、着地点の正確さ(飛行方向)を競う大会も催されている。
As an educational activity of schools, experimental learning of rockets using plastic bottles (plastic bottle rockets) is being conducted in order to learn the principles of rockets as flying objects.
Such PET bottle rocket learning is conducted nationwide, and competitions are held to compete for the flight distance and the accuracy of the landing point (flight direction).

ペットボトルロケットを用いた学習では、飛行距離や飛行方向を決定するため、
(1)ペットボトルロケット内の「圧力」
(2)発射前のペットボトルロケット内の「水容積」「空気容積」
(3)ノズルの断面積、
(4)ペットボトルロケットの本体外周に設けられた「スカートの形状」等の各種パラメータを適宜決定し、これらによって実際に発射されたペットボトルロケットが、どのように飛行するか、その飛行距離、飛行方向を測定するといった学習が行われている。
In learning with a plastic bottle rocket, in order to determine the flight distance and flight direction,
(1) “Pressure” in a plastic bottle rocket
(2) “Water volume” and “Air volume” in the PET bottle rocket before launch
(3) the cross-sectional area of the nozzle,
(4) Various parameters such as “skirt shape” provided on the outer periphery of the main body of the PET bottle rocket are appropriately determined, and how the PET bottle rocket actually fired by these will fly, its flight distance, Learning such as measuring the direction of flight is conducted.

実際の学習現場では、学生たちは、実験前に決定したペットボトルロケットの各種パラメータと、ペットボトルロケットを発射させたときに実際に得られた飛行距離や飛行方向を比較して、次に作製する際のペットボトルロケットの各種パラメータを決定していた。
しかしながら、上記した実験結果を、次のペットボトルロケットの作製の際に反映させる方法では、所望の「飛行特性(例えば、飛行距離)」のペットボトルロケットを得るために、ペットボトルロケットの作製、発射実験(飛行距離/飛行方向の測定)、実験結果に基づいたペットボトルロケットのパラメータの決定、次の発射実験という過程を何度も繰り返す必要があった。
At the actual learning site, students compare the various parameters of the PET bottle rocket determined before the experiment with the actual flight distance and flight direction obtained when the PET bottle rocket was launched. Various parameters of the PET bottle rocket were decided when doing.
However, in the method of reflecting the above experimental results in the next production of the plastic bottle rocket, in order to obtain the plastic bottle rocket having the desired “flight characteristics (for example, flight distance)”, the production of the plastic bottle rocket, It was necessary to repeat the process of launch experiment (measurement of flight distance / direction of flight), determination of PET bottle rocket parameters based on the experiment results, and the next launch experiment.

ここで、飛行方向に関しては、ペットボトルロケットの外周部に取り付けられたスカートの形状を決定すればよく、飛行方向の調整は、比較的容易である。一方、飛行距離が所望の距離となるよう正確に予測するのは困難であった。
そこで本願の発明者は、ペットボトルロケットの飛行距離を、ペットボトルロケットの「空気抵抗」、ペットボトルロケットの噴射ノズルからの流体の「流量係数(噴射ノズルの実効開口面積に対応)」等で予測することができないかを検討した。
この検討の結果、ペットボトルロケットについて、圧力と体積との関係により定まる「ポリトロープ指数」を知ることができれば、上記の「空気抵抗」、「流量係数」とに基づいて飛行距離を正確に予測できるはずであるとの考えに至った。
Here, regarding the flight direction, the shape of the skirt attached to the outer periphery of the PET bottle rocket may be determined, and the adjustment of the flight direction is relatively easy. On the other hand, it has been difficult to accurately predict the flight distance to be a desired distance.
Therefore, the inventor of the present application determines the flight distance of the PET bottle rocket by “air resistance” of the PET bottle rocket, “flow coefficient (corresponding to the effective opening area of the injection nozzle)” of the fluid from the injection nozzle of the PET bottle rocket, etc. We examined whether it could be predicted.
As a result of this study, if the “polytropic index” determined by the relationship between pressure and volume can be known for PET bottle rockets, the flight distance can be accurately predicted based on the above “air resistance” and “flow coefficient”. It came to the idea that it should be.

しかしながら、個々のペットボトルロケットに固有のポリトロープ指数(以下、「n」と表記する。)を正確に取得する方法がみつからず、正確な予測が達成できずにいた。
ここで、ポリトロープ指数「n」自体は、自動車用エンジンのような内燃機関におけるエンジンシリンダの内部容積と内部圧力を測定する際にも用いられる指数であり、当該技術分野では、ポリトロープ指数「n」を取得する手法として、次に示すような先行技術が多数存在する。
However, a method for accurately obtaining a polytropic index (hereinafter referred to as “n”) unique to each plastic bottle rocket was not found, and accurate prediction could not be achieved.
Here, the polytropic index “n” itself is an index that is also used when measuring the internal volume and internal pressure of an engine cylinder in an internal combustion engine such as an automobile engine. In this technical field, the polytropic index “n” is used. There are a number of prior art techniques for acquiring the following.

特開2015−169149号(特願2014−259795号)公報 この特許公開公報は、断熱変化における「圧力」と「体積」との関係よりポリトロープ指数「n」を取得するものであるところ、この特許公開公報による取得の手法を、本願に係るペットボトルロケットに応用する場合、以下のような問題が生ずる。
すなわち、ペットボトルロケットでは、その内部に空気と水が高圧状態のままで封入され、発射時に、この高圧の水と空気を噴出させることにより推進力(噴射エネルギー)を得られることから、理論的には、理想気体の方程式を用いて飛行特性を得ることができる。
しかし、理想気体の方程式をペットボトルロケットの飛行特性(飛行距離)の予測に用いる場合、ペットボトルロケット内の圧力(P)、気体体積(V)、内部の温度との関係を解析する必要があるが、これらの値は、時間経過と共に複雑に変化するため、実験装置を用いて直接これらの値を測定するのは現実的でない。
Japanese Patent Laying-Open No. 2015-169149 (Japanese Patent Application No. 2014-259795) In this patent publication, the polytropic index “n” is obtained from the relationship between “pressure” and “volume” in the adiabatic change, and the acquisition method according to this patent publication is applied to the plastic bottle rocket according to the present application. When applied, the following problems arise.
In other words, in a plastic bottle rocket, air and water are sealed in a high pressure state inside, and a propulsive force (injection energy) can be obtained by ejecting the high pressure water and air at the time of launch. The flight characteristics can be obtained using the ideal gas equation.
However, when the ideal gas equation is used to predict the flight characteristics (flight distance) of a PET bottle rocket, it is necessary to analyze the relationship among the pressure (P), gas volume (V), and internal temperature in the PET bottle rocket. However, since these values change in a complicated manner with time, it is not practical to directly measure these values using an experimental apparatus.

ここで、断熱変化における気体の圧力/気体の体積の状態変化では、圧力(P)と体積(V)との関係は次式(1)となることが知られている。
PVγ=一定 …(1)
式(1)中γは比熱比
また、等温変化の状態変化では、気体の圧力(P)と気体の体積(V)との関係が次式(2)で表されることが知られている。
PV=一定 …(2)
Here, it is known that the relationship between the pressure (P) and the volume (V) is expressed by the following equation (1) in the state change of gas pressure / gas volume in the adiabatic change.
PVγ = constant (1)
In formula (1), γ is a specific heat ratio. It is also known that the relationship between gas pressure (P) and gas volume (V) is expressed by the following formula (2) in the state change of isothermal change. .
PV = constant (2)

ここで、これらの気体の圧力(P)と体積(V)との関係を踏まえて、ペットボトルロケットの実験におけるロケット内の気体の圧力と体積との関係を考える。
ペットボトルロケットの場合には、圧力(P)と体積(V)の関係は、上記断熱変化(式(1))でも、上記等温変化(式(2))でもない、いわゆる「準断熱変化」であるからこれを近似するためには、ポリトロープ指数「n」を求めることが望ましい。
すなわち、ペットボトルロケットにおける内部の圧力(P)と体積(V)との関係は、熱力学で用いられるポリトロープ指数「n」を用いた次式(3)が当てはまる(ポリトロープ変化)。
PV= 一定 …(3)
このポリトロープ指数「n」は、次式(4)を満たす。
1<n<γ …(4)
ここで、γは、定圧モル比熱と定積モル比熱の比熱比である。
また、ポリトロープ指数「n」は、絶対温度Tと気体の容積Vの間に次式(5)が成り立つ場合の指数「n」である。
T=K×V(1−n) …(5)
ここで、Kは比例定数
Here, based on the relationship between the pressure (P) and volume (V) of these gases, the relationship between the pressure and volume of the gas in the rocket in the PET bottle rocket experiment will be considered.
In the case of a plastic bottle rocket, the relationship between pressure (P) and volume (V) is neither the above-mentioned adiabatic change (formula (1)) nor the above-mentioned isothermal change (formula (2)), so-called “quasi-adiabatic change”. Therefore, in order to approximate this, it is desirable to obtain the polytropic index “n”.
That is, the relationship between the internal pressure (P) and the volume (V) in the PET bottle rocket is the following equation (3) using the polytropic index “n” used in thermodynamics (polytropic change).
PV n = constant (3)
The polytropic index “n” satisfies the following expression (4).
1 <n <γ (4)
Here, γ is a specific heat ratio of constant pressure molar specific heat and constant volume molar specific heat.
The polytropic index “n” is an index “n” when the following equation (5) is established between the absolute temperature T and the gas volume V.
T = K × V (1-n) (5)
Where K is a proportional constant

実際に発射されるペットボトルロケットの飛行特性(飛行距離)を予測する場合、上述のポリトロープ指数「n」を予め取得できれば、ペットボトルロケットの内部に加える圧力、噴射ノズルの実効開口面積を適宜、決定することで、噴射エネルギーを調整できるので、目的に応じた所望の飛行特性(飛行距離)を得ることが可能となる。
しかして、上記したように、ペットボトルロケットのような、断熱変化でも等温変化でもない変化状態におけるポリトロープ指数「n」を得る方法については、公知の技術文献等が見当たらず、実現できなかった。
When predicting the flight characteristics (flight distance) of the actually launched PET bottle rocket, if the above-mentioned polytropic index “n” can be obtained in advance, the pressure applied to the inside of the PET bottle rocket, the effective opening area of the injection nozzle, By determining, the injection energy can be adjusted, so that desired flight characteristics (flight distance) according to the purpose can be obtained.
Thus, as described above, a method for obtaining the polytropic index “n” in a change state that is neither an adiabatic change nor an isothermal change, such as a PET bottle rocket, could not be realized because there is no known technical literature.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、内部に封入された液体又は気体を高圧にし、その噴射によって得られるエネルギーにて発射される飛翔体について、その噴射エネルギーを測定可能な測定装置を提供すること、さらには、この測定装置によって測定された値に基づいてポリトロープ指数を取得し、この取得したポリトロープ指数に基づいて当該飛翔体の飛行特性、特に飛行距離を予測する手順を提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of such circumstances, and a measuring device capable of measuring the injection energy of a flying object that is launched with the energy obtained by the injection of the liquid or gas sealed inside, at a high pressure. And a procedure for obtaining a polytropic index based on a value measured by the measuring device and predicting a flight characteristic of the flying object, particularly a flight distance, based on the obtained polytropic index. For the purpose.

上記課題を解決するため、本願の第1の発明は、噴射エネルギーによって飛翔する飛翔体の噴射エネルギー測定装置であって、該装置を、回転軸が設けられた本体部と、一端が前記回転軸に回動自在に支持され、他端に前記飛翔体が取り付けられる取付部が設けられた回転体と、前記飛翔体の発射時に当該噴射エネルギーに応じて回転する前記回転体の最大回転角を検知する検出部とを具えるようにした。
また、本願の第2の発明は、前記検出部を、前記検知した回転体の最大回転角を電気信号として出力するようにしたものである。
また、本願の第3の発明は、前記取り付けられる飛翔体が、噴射ノズルを有するもので、該飛翔体の内部には所定の圧力に加圧された気体と液体が封入され、前記噴射ノズルが開口されたとき当該気体又は液体が飛翔体の外部に噴射されて推進力が得られるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a first invention of the present application is an apparatus for measuring an injection energy of a flying object that flies by injection energy, the apparatus including a main body provided with a rotation shaft and one end of the rotation shaft. A rotating body that is rotatably supported by the other end and provided with an attachment portion to which the flying object is attached to the other end, and detects the maximum rotation angle of the rotating body that rotates according to the jet energy when the flying object is launched. And a detection unit to be provided.
According to a second aspect of the present invention, the detection unit outputs the detected maximum rotation angle of the rotating body as an electrical signal.
According to a third aspect of the present invention, the flying object to be attached has an injection nozzle, and a gas and a liquid pressurized to a predetermined pressure are sealed inside the flying object. When the opening is made, the gas or liquid is jetted to the outside of the flying object to obtain a propulsive force.

また、本願の第4の発明は、前記飛翔体をペットボトルロケットとし、前記液体として水、前記気体として空気を用いたものである。
また、本願の第5の発明は、飛翔体の飛行距離を取得するためのプログラムであって、上記した検出部からの信号に基づいて前記回転体の最犬回転角を認識するステップと、前記回転体の最大回転角を、飛翔体内部の液体及び気体の流出状態、回転体の回転状態、並びに、飛翔体の内部の液体及び気体の変化状態に基づいて算出するステップと、前記認識した最大回転角と前記算出した最大回転角とに基づいて前記飛翔体のポリトロープ指数を求めるステップと、前記ポリトロープ指数に基づいて当該飛翔体の飛行距離の予測値を取得するステップとからなるものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the flying object is a plastic bottle rocket, water is used as the liquid, and air is used as the gas.
Further, a fifth invention of the present application is a program for acquiring a flight distance of a flying object, the step of recognizing the maximum dog rotation angle of the rotating object based on a signal from the detection unit described above, Calculating the maximum rotation angle of the rotating body based on the outflow state of the liquid and gas inside the flying body, the rotating state of the rotating body, and the change state of the liquid and gas inside the flying body, and the recognized maximum The method includes a step of obtaining a polytropic index of the flying object based on a rotation angle and the calculated maximum rotation angle, and a step of acquiring a predicted value of a flying distance of the flying object based on the polytropic index.

また、本願の第6の発明は、飛翔体の飛行距離を取得するためのプログラムであって、上記した検出部からの信号に基づいて回転体の最大回転角を認識するステップと、前記飛翔体の空気抵抗を認識するステップと、前記飛翔体の噴射ノズルの実効開口面積を認識するステップと、少なくとも前記飛翔体の内部に封入される液体の質量と内部に加えられる圧力と前記飛翔体の発射角とを認識するステップと、前記回転体の最大回転角を、飛翔体内部の液体及び気体の流出状態、回転体の回転状態、並びに、飛翔体内部の液体及び気体の変化状態に基づいて算出するステップと、前記認識した最大回転角と前記算出した最大回転角とに基づいて前記飛翔体のポリトロープ指数を求めるステップと、前記ポリトロープ指数と、前記認識した空気抵抗と、前記認識した噴射ノズルの実効開口面積とに基づいて当該飛翔体の飛行距離を算出するステップとからなるものである。  Further, a sixth invention of the present application is a program for acquiring the flying distance of a flying object, the step of recognizing the maximum rotation angle of the rotating body based on a signal from the detection unit described above, and the flying object Recognizing the air resistance of the flying object, recognizing the effective opening area of the jet nozzle of the flying object, at least the mass of the liquid enclosed in the flying object, the pressure applied to the inside, and the launch of the flying object Recognizing the angle, and calculating the maximum rotation angle of the rotating body based on the outflow state of the liquid and gas inside the flying body, the rotating state of the rotating body, and the change state of the liquid and gas inside the flying body A step of determining a polytropic index of the flying object based on the recognized maximum rotation angle and the calculated maximum rotation angle, the polytropic index, and the recognized air resistance. When, is made of a step of calculating the flight distance of the projectile on the basis of the effective opening area of the injection nozzle described above recognition.

本願の第1の発明によれば、飛翔体の噴射エネルギーを簡易な測定装置によって検知できる。
また、本願の第2の発明によれば、飛翔体の噴射エネルギーに応じて変化する回転体の最大回転角を示す測定装置からの信号に基づいて、コンピュータ等が飛翔体の飛行特性(例えば、飛行距離)を予測することができる。
また、本願の第3の発明によれば、噴射ノズルを有する飛翔体の飛行特性を簡易に予測するための噴射エネルギーを検出することができる。
また、本願の第4の発明によれば、学習の現場で用いられるペットボトルロケットの飛行特性を簡易にかつ精度良く予測するための噴射エネルギーを検出することができる。
また、本願の第5の発明又は第6の発明によれば、飛翔体の飛行特性(例えば、飛行距離)をコンピュータにより簡易にかつ精度良く予測することができる。
According to the first invention of the present application, the jet energy of the flying object can be detected by a simple measuring device.
Further, according to the second invention of the present application, based on a signal from the measuring device indicating the maximum rotation angle of the rotating body that changes according to the jetting energy of the flying object, the computer or the like can determine the flight characteristics of the flying object (for example, Flight distance) can be predicted.
Further, according to the third invention of the present application, it is possible to detect the injection energy for easily predicting the flight characteristics of the flying object having the injection nozzle.
Further, according to the fourth invention of the present application, it is possible to detect the injection energy for easily and accurately predicting the flight characteristics of the PET bottle rocket used at the learning site.
Further, according to the fifth or sixth invention of the present application, the flight characteristics (for example, flight distance) of the flying object can be predicted easily and accurately by a computer.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
まずは、本発明に係る測定装置100について、図1から図4を用いて説明する。
測定装置100は、内部に水(液体)が注入されたペットボトルロケット(飛翔体)1の噴射エネルギーを示す物理量(回転バー120の最大回転角θmax)を測定する装置であり、ペットボトルロケット1の噴射時、回転バー(回転体)120がその噴射エネルギーの大きさに応じた回転角(最大回転角θmax)まで回転するように構成され、この最大回転角θmaxをペットボトルロケット1の発射エネルギーを示すパラメータとして簡易に測定できるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below.
First, a measuring apparatus 100 according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The measuring device 100 is a device that measures a physical quantity (maximum rotation angle θmax of the rotating bar 120) indicating the injection energy of a plastic bottle rocket (flying object) 1 into which water (liquid) is injected. , The rotating bar (rotating body) 120 is configured to rotate to a rotation angle (maximum rotation angle θmax) corresponding to the magnitude of the injection energy, and this maximum rotation angle θmax is used as the emission energy of the PET bottle rocket 1. It can be easily measured as a parameter indicating.

具体的には、測定装置100は、図1に示すように本体部110と、回転バー(回転体)120と、取付部130、調整部140及び回転角検出装置150からなる。
本体部110は、回転バー支持部110Aと、回転バー受け部110Bと、これらが固定される底板部110Cとからなる。底板部110Cは、噴射実験時、地面等に固定されてペットボトルロケット1が噴射された場合でも、回転バー支持部110Aが動くことのないようになっている。
前記回転バー120は、一端121が回転バー支持部110Aの回転軸111に回転自在に取り付けられ、他端122には、ペットボトルロケット1を装着するための取付部130が設けらている。また、回転バー120は、ペットボトルロケット1の噴射前や噴射後に回転バー受け部110Bによって準備状態に保持される。
Specifically, as shown in FIG. 1, the measuring device 100 includes a main body 110, a rotating bar (rotating body) 120, a mounting portion 130, an adjusting portion 140, and a rotation angle detecting device 150.
The main body 110 includes a rotary bar support 110A, a rotary bar receiver 110B, and a bottom plate 110C to which these are fixed. 110 C of bottom plate parts are fixed to the ground etc. at the time of an injection experiment, and even if the plastic bottle rocket 1 is injected, 110 A of rotation bar support parts do not move.
One end 121 of the rotating bar 120 is rotatably attached to the rotating shaft 111 of the rotating bar support 110A, and the other end 122 is provided with an attaching part 130 for attaching the plastic bottle rocket 1. Further, the rotating bar 120 is held in a ready state by the rotating bar receiving portion 110B before and after the injection of the plastic bottle rocket 1.

取付部130は、図2に示すように、回転バー120の他端122にボルト/ナットで固定された支持板131と、ペットボトルロケット1本体と噴射ノズル1Aとの間の「くびれ部分」を挟み込んで固定する固定板132とからなる。
固定板132は、ペットボトルロケット1の「くびれ部分」を挟み込んだ状態で、支持板131にボルト・ナットで固定される。
これにより、噴射実験時、ペットボトルロケット1を噴射させた場合でも、ペットボトルロケット1が、回転バー110から離脱することがないようになっている。
As shown in FIG. 2, the mounting portion 130 has a support plate 131 fixed to the other end 122 of the rotating bar 120 with a bolt / nut, and a “necked portion” between the PET bottle rocket 1 body and the injection nozzle 1A. The fixing plate 132 is sandwiched and fixed.
The fixing plate 132 is fixed to the support plate 131 with bolts and nuts in a state where the “necked portion” of the plastic bottle rocket 1 is sandwiched.
Thereby, even when the plastic bottle rocket 1 is ejected at the time of the injection experiment, the plastic bottle rocket 1 is not separated from the rotating bar 110.

図1の説明に戻り、前記回転バー120には、その回転モーメントを調整するための調整部140が設けられている。この調整部140は、重り141、回転バー120に設けられたレール142(図中、破線で示す)とからなり、重り141がレール142上を回転バー120の軸心方向(図1中、水平方向)に滑動可能になっている。
重り141とレール142の間には固定部材(図示省略)が設けられ、重り141がレール142上の任意の位置(図示例では、Lwの位置)で固定できるようになっている。
たとえば、回転軸111からペットボトルロケット1の取付部130の中心までの距離(Lr)を935mm、重り141が3.51kgの測定装置100を用いて、容量が1.5Lのペットボトルロケット1の噴射実験を行うのであれば、ペットボトルロケット1に充填する水の量を0.5L、加圧後の水の圧力を3気圧とする場合、重り141のスライド位置は回転軸111から275mm(Lw)にすればよい。
なお、測定装置100は、ペットボトルロケット1内の水の圧力を3気圧〜7気圧(ゲージ圧)まで加圧した場合でも、当該噴射エネルギーに応じた最大回転角θmaxを測定できるように設計されている。
Returning to the description of FIG. 1, the rotating bar 120 is provided with an adjusting unit 140 for adjusting the rotating moment. The adjustment unit 140 includes a weight 141 and a rail 142 (indicated by a broken line in the drawing) provided on the rotating bar 120. The weight 141 moves on the rail 142 in the axial direction of the rotating bar 120 (horizontal in FIG. 1). Direction).
A fixing member (not shown) is provided between the weight 141 and the rail 142 so that the weight 141 can be fixed at an arbitrary position (Lw position in the illustrated example) on the rail 142.
For example, using the measuring apparatus 100 having a distance (Lr) from the rotation shaft 111 to the center of the mounting portion 130 of the PET bottle rocket 1 of 935 mm and a weight 141 of 3.51 kg, the PET bottle rocket 1 having a capacity of 1.5 L If an injection experiment is performed, when the amount of water to be filled in the PET bottle rocket 1 is 0.5 L and the pressure of the water after pressurization is 3 atm, the slide position of the weight 141 is 275 mm (Lw from the rotation shaft 111). ).
Note that the measuring apparatus 100 is designed to measure the maximum rotation angle θmax according to the injection energy even when the water pressure in the PET bottle rocket 1 is increased to 3 to 7 atmospheres (gauge pressure). ing.

ペットボトルロケット1の噴射実験に先立ち、重り141の位置を、回転軸111から任意の距離(Lr)に調整することで、ペットボトルロケット1の瞬間的な推進力が最大となっても、回転バー110の噴射時の最大回転角θmaxを、所望の範囲(たとえば、70度<θ<90度)に調整できる(図3)。
このように調整部140の重り141の質量とスライド位置を調整し、噴射実験時に回転バー120の最大回転角θmaxを70度から90度の間に調整することで、回転バー120が実際に回転する角度を大きくでき、測定誤差の影響を最小にし、最大回転角θmaxの計測精度を高めることができる。
ペットボトルロケット1の噴射エネルギーが予想を超えた値になる場合に備え、前記回転バー支持部110Aには、回転バー120が90度以上回転できないようストッパ113(安全装置)が設けられている。
Prior to the PET bottle rocket 1 injection experiment, the position of the weight 141 is adjusted to an arbitrary distance (Lr) from the rotating shaft 111 so that even if the instantaneous propulsive force of the PET bottle rocket 1 is maximized, the rotation is possible. The maximum rotation angle θmax at the time of injection of the bar 110 can be adjusted to a desired range (for example, 70 degrees <θ <90 degrees) (FIG. 3).
In this way, by adjusting the mass of the weight 141 and the slide position of the adjusting unit 140 and adjusting the maximum rotation angle θmax of the rotating bar 120 between 70 degrees and 90 degrees during the injection experiment, the rotating bar 120 actually rotates. The angle to be measured can be increased, the influence of measurement errors can be minimized, and the measurement accuracy of the maximum rotation angle θmax can be increased.
In preparation for the case where the injection energy of the PET bottle rocket 1 becomes an unexpected value, a stopper 113 (safety device) is provided on the rotating bar support 110A so that the rotating bar 120 cannot rotate more than 90 degrees.

回転角検出装置150は、ペットボトルロケット1の噴射時に前記回転バー120の実際の最大回転角θmaxを検知するためもので、ペットボトルロケット1内部の水と空気が噴射されている間の、回転バー120の最大回転角(θmax)を示す値が電気信号に変換され、コンピュータ200側にケーブル(信号線)160を介して送られるようになっている(図4)。
なお、図1中、符号10は、ペットボトルロケット1の内部を加圧するためのポンプであり、符号20は、ペットボトルロケット1内の圧力(ゲージ圧)を精度良く調整するための圧力計である。また、符号30は、加圧時にペットボトルロケット1の噴射ノズル1Aに取り付けられる加圧弁である。
The rotation angle detection device 150 is for detecting the actual maximum rotation angle θmax of the rotating bar 120 when the PET bottle rocket 1 is jetted, and rotates while water and air inside the PET bottle rocket 1 are being jetted. A value indicating the maximum rotation angle (θmax) of the bar 120 is converted into an electric signal and sent to the computer 200 via a cable (signal line) 160 (FIG. 4).
In FIG. 1, reference numeral 10 is a pump for pressurizing the inside of the plastic bottle rocket 1, and reference numeral 20 is a pressure gauge for accurately adjusting the pressure (gauge pressure) in the plastic bottle rocket 1. is there. Reference numeral 30 denotes a pressurizing valve attached to the injection nozzle 1A of the plastic bottle rocket 1 during pressurization.

以上のように構成された測定装置100は、図3に示すように、ペットボトルロケット1が噴射されたとき、その噴射エネルギーによって回転バー120が、回転軸111を中心に図中、時計回り方向に回転する(回転角θmax)。
このときの回転角θmaxは、前述したように、回転角検出装置150によって検出され、その検出結果(θmax)を表す信号がコンピュータ200に出力されるようになっている。
As shown in FIG. 3, the measuring apparatus 100 configured as described above is configured such that when the PET bottle rocket 1 is injected, the rotating bar 120 is rotated clockwise in the drawing around the rotating shaft 111 by the injection energy. (Rotation angle θmax).
The rotation angle θmax at this time is detected by the rotation angle detector 150 as described above, and a signal representing the detection result (θmax) is output to the computer 200.

次に、前記測定装置100の回転角検出装置150から送られてきた最大回転角(θmax)の測定結果に基づいて、ペットボトルロケット(飛翔体)1の飛行距離(飛行特性)を予測する手順について説明する。なお、この実施の形態では、飛行距離の予測は、コンピュータ200によって行われる。
図5は、コンピュータ200によって実行される飛行距離予測プログラムの概略を示すフローチャートである。
この飛行距離予測プログラムが開始されると、ステップ1では、回転角検出装置150からの信号に基づいて、測定装置100によって得られた噴射実験による最大回転角θmax(実測値)を認識する。
ステップS2では、各種パラメータに基づいて最大回転角の理論値(算出値θcal)が算出され、この算出値θcalと、ステップS1で認識した最大回転角の実測値θmaxとに基づいてポリトロープ指数「n」が決定される。
次のステップS3では、このポリトロール指数「n」を用いて、ペットボトルロケット1を実際に発射させたときに到達するであろう飛行距離(予測値)が求められる。
Next, a procedure for predicting the flight distance (flight characteristics) of the plastic bottle rocket (flying object) 1 based on the measurement result of the maximum rotation angle (θmax) sent from the rotation angle detection device 150 of the measurement device 100. Will be described. In this embodiment, the flight distance is predicted by the computer 200.
FIG. 5 is a flowchart showing an outline of a flight distance prediction program executed by the computer 200.
When this flight distance prediction program is started, in step 1, the maximum rotation angle θmax (actual value) obtained by the injection experiment obtained by the measurement apparatus 100 is recognized based on the signal from the rotation angle detection device 150.
In step S2, a theoretical value (calculated value θcal) of the maximum rotation angle is calculated based on various parameters, and the polytropic index “n” is calculated based on the calculated value θcal and the actual measured value θmax of the maximum rotation angle recognized in step S1. Is determined.
In the next step S3, a flight distance (predicted value) that will be reached when the plastic bottle rocket 1 is actually fired is obtained using this polytrol index “n”.

次に上述した飛行距離予測プログラム(図5)のステップS2で行われる「回転角(θcal)の算出処理/これを用いたポリトロープ指数「n」の取得処理について、図6のプログラムフローチャートに従って説明する。
このプログラムが開始されると、まず、ステップS201で予めコンピュータ200に入力された各種パラメータの初期値の読込が行われる。
このステップS201では、例えば、
(1)ペットボトルロケット1の内部の圧力P(ゲージ圧)の初期値
(2)ペットボトルロケット1に注入される水の容積Vwの初期値
(3)ペットボトルロケット1の内部の空気容積Vaの初期値
が設定される。
さらに、
(4)噴射ノズル1Aの開口面積Sに基づいた実効開口面積Seの決定
(5)ペットボトルロケット1の内部の空気密度ρtの算出が行われる。
この空気密度ρの算出は、次の算出式(1)によって行われる。
ρt=ρ0×(P0+Pa)/Pa …(1)
ここで、Paは大気圧、P0は、ペットボトルロケット1の内部に加える設定圧(ゲージ圧)、ρ0は、大気圧(Pa)における空気密度である。
Next, “rotation angle (θcal) calculation processing / polytropic index“ n ”acquisition processing using the rotation angle (θcal)” performed in step S2 of the above-described flight distance prediction program (FIG. 5) will be described with reference to the program flowchart of FIG. .
When this program is started, first, initial values of various parameters input to the computer 200 in advance are read in step S201.
In this step S201, for example,
(1) Initial value of pressure P (gauge pressure) inside the PET bottle rocket 1 (2) Initial value of volume Vw of water injected into the PET bottle rocket 1 (3) Air volume Va inside the PET bottle rocket 1 The initial value of is set.
further,
(4) Determination of the effective opening area Se based on the opening area S of the injection nozzle 1A (5) The air density ρt inside the PET bottle rocket 1 is calculated.
The calculation of the air density ρ is performed by the following calculation formula (1).
ρt = ρ0 × (P0 + Pa) / Pa (1)
Here, Pa is atmospheric pressure, P0 is a set pressure (gauge pressure) applied to the inside of the plastic bottle rocket 1, and ρ0 is an air density at atmospheric pressure (Pa).

図6の説明に戻り、ステップS202では、この時点でのタイマの時刻tを「0」に設定し、回転角θを「0」に設定する(初期設定)。
ステップS203では、加圧弁30が噴射ノズル1Aから外され、ペットボトルロケット1が発射されたときにペットボトルロケット内部の高圧の水がペットボトルロケット本体の外部に流出する際の「水流出速度」と、単位時間当たりの「流出量」のそれぞれの理論値が算出される。この「水流出速度」と「水の流出量」の算出は、後述する図7のプログラムによって行われる。
Returning to the description of FIG. 6, in step S202, the time t of the timer at this time is set to “0”, and the rotation angle θ is set to “0” (initial setting).
In step S203, when the pressurization valve 30 is removed from the injection nozzle 1A and the plastic bottle rocket 1 is launched, the “water outflow speed” when high-pressure water inside the plastic bottle rocket flows out of the plastic bottle rocket body. And each theoretical value of “outflow” per unit time is calculated. The calculation of the “water outflow rate” and the “water outflow amount” is performed by the program shown in FIG.

ステップS204では、ペットボトルロケット1から「水」が噴出している間に回転バー120に生じる「回転トルク」と「慣性モーメント」のそれぞれの理論値が算出される。この「回転トルク」と「慣性モーメント」の算出は、後述する図8のプログラムによって行われる。
ステップS205では、「水」の噴射により回転バー120が回転する際の「角加速度αθ」「角速度ω」「回転角θ」の理論値の算出が行われる。この「角加速度αθ」「角速度ω」「回転角θ」の算出は、後述する図9のプログラムによって行われる。
ステップS206では、ペットボトルロケット1内の「水容積」「空気容積」「空気密度」「空気温度」「空気圧力」の値の更新が行われる。この「水容積」「空気容積」「空気密度」「空気温度」「空気圧力」の値の更新は、後述する図10のプログラムによって行われる。
In step S204, theoretical values of “rotational torque” and “moment of inertia” generated in the rotating bar 120 while “water” is ejected from the plastic bottle rocket 1 are calculated. The calculation of “rotational torque” and “moment of inertia” is performed by the program shown in FIG.
In step S205, theoretical values of “angular acceleration αθ”, “angular velocity ω”, and “rotation angle θ” when the rotating bar 120 rotates by the injection of “water” are calculated. The calculation of the “angular acceleration αθ”, “angular velocity ω”, and “rotation angle θ” is performed by the program shown in FIG.
In step S206, the values of “water volume”, “air volume”, “air density”, “air temperature”, and “air pressure” in the PET bottle rocket 1 are updated. The values of “water volume”, “air volume”, “air density”, “air temperature”, and “air pressure” are updated by a program shown in FIG.

ステップS207では、ステップS202で設定された時刻「t」の更新が行われる。
ステップS208では、ペットボトルロケット1内の水容積の実測値が「0」以上、すなわち、高圧の「水」が未だペットボトルロケット1の内部に残留しているか否かの判別が行われる。
この判別結果が“Yes”すなわち、ペットボトルロケット1の内部に高圧の「水」が残っているうちは、ステップS203に戻り、「水」がなくなるまで、前述のステップS203からステップS207の処理を繰り返す。
In step S207, the time “t” set in step S202 is updated.
In step S208, it is determined whether or not the actual measurement value of the water volume in the plastic bottle rocket 1 is “0” or more, that is, whether high-pressure “water” still remains in the plastic bottle rocket 1 or not.
If the determination result is “Yes”, that is, while high-pressure “water” remains in the PET bottle rocket 1, the process returns to step S203, and the processing from step S203 to step S207 described above is performed until there is no “water”. repeat.

ステップS208の判別結果が“No”に転じると、すなわちペットボトルロケット1内の「水」がなくなり、その後、ペットボトルロケット1内部から高圧の「空気」が噴射されるようになると、ステップS211に進み、当該「空気」の「流出速度」と、単位時間当たりの「空気の流出量」のそれぞれの理論値が算出される。この「空気流出速度」と「空気の流出量」の算出は、後述する図11のプログラムによって行われる。
ステップS212では、ペットボトルロケット1から「空気」が噴出している間に回転バー120に生じる「回転トルク」と「慣性モーメント」のそれぞれの理論値が算出される。この「回転トルク」と「慣性モーメント」の算出は、後述する図12のプログラムによって行われる。
When the determination result in step S208 turns to “No”, that is, when “water” in the plastic bottle rocket 1 disappears, and then high-pressure “air” is injected from the inside of the plastic bottle rocket 1, the process proceeds to step S211. The theoretical values of the “outflow velocity” of the “air” and the “outflow amount of air” per unit time are calculated. The calculation of the “air outflow speed” and the “air outflow amount” is performed by the program shown in FIG.
In step S212, theoretical values of “rotational torque” and “moment of inertia” generated in the rotary bar 120 while “air” is ejected from the plastic bottle rocket 1 are calculated. The calculation of “rotational torque” and “moment of inertia” is performed by the program shown in FIG.

ステップS213では、空気の噴射により回転バー120が回転する際の「角加速度αθ」「角速度ω」「回転角θ」の理論値の算出が行われる。この「角加速度αθ」「角速度ω」「回転角θ」の算出は、後述する図13のプログラムによって行われる。
ステップS214では、ペットボトルロケット1内の「空気容積」「空気密度」「空気温度」「空気圧力」の値の更新が行われる。この「空気容積」「空気密度」「空気温度」「空気圧力」の値の更新は、後述する図14のプログラムによって行われる。
In step S213, theoretical values of “angular acceleration αθ”, “angular velocity ω”, and “rotation angle θ” when the rotating bar 120 rotates by air injection are calculated. The calculation of “angular acceleration αθ”, “angular velocity ω”, and “rotation angle θ” is performed by the program shown in FIG.
In step S214, the values of “air volume”, “air density”, “air temperature”, and “air pressure” in the plastic bottle rocket 1 are updated. The values of “air volume”, “air density”, “air temperature”, and “air pressure” are updated by the program shown in FIG.

ステップS215では、ペットボトルロケット1内の空気圧が大気圧より、依然、大きな値であるか否か、すなわち、高圧の「空気」が未だペットボトルロケット1から噴射されているか否かの判別が行われる。
この判別結果が“Yes”のときは、次のステップS216で時刻「t」の更新が行われ、その後、前述のステップS211に戻る。
In step S215, it is determined whether or not the air pressure in the plastic bottle rocket 1 is still larger than the atmospheric pressure, that is, whether or not high-pressure “air” is still being injected from the plastic bottle rocket 1. Is called.
When the determination result is “Yes”, the time “t” is updated in the next step S216, and then the process returns to the above-described step S211.

ステップS215の判別結果が“Yes”すなわち、ペットボトルロケット1の内部に高圧の「空気」が残っているうちは、ステップS211に戻り、ペットボトルロケット1内部の高圧の「空気」がなくなるまで(大気圧と一致又は小さくなるまで)、ステップS211からステップS216の処理を繰り返す。
ステップS215の判別結果が“No”に転じると、まず、ステップS221で時刻「t」の更新が行われる。
If the determination result in step S215 is “Yes”, that is, while high-pressure “air” remains in the plastic bottle rocket 1, the process returns to step S211 until the high-pressure “air” in the plastic bottle rocket 1 is exhausted ( The process from step S211 to step S216 is repeated until the atmospheric pressure matches or becomes smaller.
When the determination result in step S215 turns to “No”, first, the time “t” is updated in step S221.

ステップS222以降の処理では、ペットボトルロケット1の内部から高圧の「水」「空気」がともになくなった後、回転バー120が慣性力により回転する場合の回転角の算出が行われる。
まず、ステップS222では、慣性力により回転バー120に生じる「回転トルク」と「慣性モーメント」のそれぞれの理論値が算出される。この「回転トルク」と「慣性モーメント」の算出は、ステップS204、ステップS212と同様の手順にて行われるもので、その詳細な説明は省略する。
In the processing after step S222, after both the high-pressure “water” and “air” disappear from the inside of the plastic bottle rocket 1, the rotation angle is calculated when the rotating bar 120 rotates by inertial force.
First, in step S222, theoretical values of “rotational torque” and “moment of inertia” generated in the rotating bar 120 by inertial force are calculated. The calculation of “rotational torque” and “moment of inertia” is performed in the same procedure as in step S204 and step S212, and detailed description thereof is omitted.

ステップS223では、慣性力により回転バー120が回転する際の「角加速度αθ」「角速度ω」「回転角θ」の理論値の算出が行われる。この「角加速度αθ」「角速度ω」「回転角θ」の算出は、ステップS205、ステップS213と同様の手順にて行われるもので、その詳細な説明は省略する。
ステップS224では、ステップS223で算出された角速度「ω」が「0」より大きいか否か、すなわち、慣性力により回転バー120が未だ回転しているか否かの判別が行われる。
In step S223, theoretical values of “angular acceleration αθ”, “angular velocity ω”, and “rotation angle θ” when the rotating bar 120 rotates by inertial force are calculated. The calculation of “angular acceleration αθ”, “angular velocity ω”, and “rotation angle θ” is performed in the same procedure as in steps S205 and S213, and detailed description thereof is omitted.
In step S224, it is determined whether or not the angular velocity “ω” calculated in step S223 is greater than “0”, that is, whether or not the rotating bar 120 is still rotating due to inertial force.

この判別結果が“Yes”のときは、ステップS221に戻り、回転バー120の回転が止まるまで、ステップS221からステップS224の処理を繰り返す。
ステップS224の判別結果が“No”に転じると、ステップS225に進み、この時点の回転角「θ」を最大回転角の算出値(理論値)θcalとする。
When the determination result is “Yes”, the process returns to step S221, and the processes from step S221 to step S224 are repeated until the rotation of the rotation bar 120 stops.
If the determination result of step S224 turns to “No”, the process proceeds to step S225, and the rotation angle “θ” at this time is set as the calculated value (theoretical value) θcal of the maximum rotation angle.

次のステップS226では、この算出値θcalが、測定装置100を用いて測定した実測値θmaxと一致するか否かが判別される。
この判別結果が“No”であるうちは、ステップS227に進み、算出値θcalが、実測値θmaxより小さいか否かが判別される。
算出値θcalが、実測値θmaxより小さいうちは、ステップS228に進み、この時点で設定されているポリトロープ指数の仮の値nをΔn(例えば、0.005)だけ増やして、ステップS203からステップS226までの処理を繰り返す。
In the next step S226, it is determined whether or not the calculated value θcal matches the actual measurement value θmax measured using the measuring apparatus 100.
While the determination result is “No”, the process proceeds to step S227, and it is determined whether or not the calculated value θcal is smaller than the actually measured value θmax.
While the calculated value θcal is smaller than the actually measured value θmax, the process proceeds to step S228, and the provisional value n of the polytropic index set at this time is increased by Δn (for example, 0.005), and from step S203 to step S226. Repeat the process up to.

一方、前記ステップS227の判別結果が“No”のとき、すなわり算出値θcalが、実測値θmaxより大きいときは、ステップS229に進み、この時点で設定されているポリトロープ指数の仮の値nをΔn(例えば、0.005)だけ減らして、ステップS203からステップS226までの処理を繰り返す。  On the other hand, when the determination result in step S227 is “No”, that is, if the calculated value θcal is larger than the actual measurement value θmax, the process proceeds to step S229, and the provisional value n of the polytropic index set at this time point Is reduced by Δn (for example, 0.005), and the processing from step S203 to step S226 is repeated.

そして、前記ステップS226の判別結果が“Yes”に転じたとき、すなわち最大回転角の算出値θcalと、実測値θmaxとが一致すると、この時点で設定されているポリトロープ指数の値を、ペットボトルロケット1の実際のポリトロープ指数「n」と認識して、本プログラムを終了する。  When the determination result in step S226 turns to “Yes”, that is, when the calculated value θcal of the maximum rotation angle and the measured value θmax coincide, the value of the polytropic index set at this time is used as the PET bottle. Recognizing the actual polytropic index “n” of rocket 1, this program is terminated.

次に、上記したステップS203、ステップS204、ステップS205、ステップS206、ステップS211、ステップS212、ステップS213、ステップS214で行われる各種の算出処理について説明する。
図7は、図6のステップ203で行われる「水流出速度」「水流出量」を算出するためのプログラムを示すフローチャートを示す。
Next, various calculation processes performed in step S203, step S204, step S205, step S206, step S211, step S212, step S213, and step S214 described above will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing a program for calculating “water outflow rate” and “water outflow amount” performed in step 203 of FIG.

まず、ステップS2031では、ペットボトルロケット1の噴射時の水の流出速度Uwが、グラハムの公式を使って算出される。
Uw=(2×P/ρw)1/2 …(2)
ここで、圧力Pは、ペットボトルロケット1に加えるゲージ圧、ρwは、ペットボトルロケット1に注入される水の密度である。
ステップS2032では、Δt秒間にペットボトルロケット1から噴射される水の流出量ΔQwが算出され、次のステップS2033では、ニュートンの第2法則を使ってペットボトルロケット1の水の噴射による推進力Fwが次式(3)により算出される。
Fw=Se×Uw×ρw …(3)
ここで、Seは、噴射ノズル1Aの「実効開口面積」である。
First, in step S2031, the water outflow speed Uw at the time of injection of the plastic bottle rocket 1 is calculated using Graham's formula.
Uw = (2 × P / ρw) 1/2 (2)
Here, the pressure P is a gauge pressure applied to the plastic bottle rocket 1, and ρw is the density of water injected into the plastic bottle rocket 1.
In step S2032, the outflow amount ΔQw of water injected from the plastic bottle rocket 1 in Δt seconds is calculated, and in the next step S2033, the propulsive force Fw generated by the injection of water from the plastic bottle rocket 1 using Newton's second law. Is calculated by the following equation (3).
Fw = Se × Uw 2 × ρw (3)
Here, Se is the “effective opening area” of the injection nozzle 1A.

図8は、図6のステップS204で行われる「回転トルク」「慣性モーメント」を算出するためのプログラムを示すフローチャートである。
このプログラムを実行することにより、ペットボトルロケット1の内部から高圧の「水」が噴射されている時の回転バー120の回転角を算出することができる。
慣性力による回転バー120の回転角は、重り141の重量と、ペットボトルロケット1に注入された「水」の質量に応じた値となる。
また、回転軸111を中心とした回転バー120にかかるモーメントは、重力による回転トルクと慣性トルクに基づいて算出可能である。
FIG. 8 is a flowchart showing a program for calculating “rotational torque” and “moment of inertia” performed in step S204 of FIG.
By executing this program, the rotation angle of the rotating bar 120 when high-pressure “water” is being injected from the inside of the plastic bottle rocket 1 can be calculated.
The rotation angle of the rotary bar 120 due to the inertial force is a value corresponding to the weight of the weight 141 and the mass of “water” injected into the plastic bottle rocket 1.
Further, the moment applied to the rotating bar 120 around the rotating shaft 111 can be calculated based on the rotational torque and inertia torque due to gravity.

図9は、図6のステップS205で行われるプログラムを示すフローチャートである。
まず、ステップS2051では、剛体の回転運動の公式により、回転バー120の角加速度αθが算出される。
ここで、ペットボトルロケット1から水が噴射されたときの噴射エネルギーにより、回転バー120にかかるトルクと、重り141の質量による重力からのトルクTrq2の差が、回転バー120に加えられると仮定する。
この場合、回転バー120の角加速度αθは、次の算出式(4)により得られる。
αθ=(Fw×Lr−Trq2)/J2 …(4)
ここで、Fwは、ペットボトルロケット1の噴射による推進力、Lrは、回転軸111と取付部130の中心との間の距離、J2は「慣性モーメント」である。
FIG. 9 is a flowchart showing the program executed in step S205 of FIG.
First, in step S2051, the angular acceleration αθ of the rotating bar 120 is calculated from the formula for the rotational motion of the rigid body.
Here, it is assumed that the difference between the torque applied to the rotating bar 120 and the torque Trq2 from the gravity due to the mass of the weight 141 is applied to the rotating bar 120 by the injection energy when water is injected from the plastic bottle rocket 1. .
In this case, the angular acceleration αθ of the rotating bar 120 is obtained by the following calculation formula (4).
αθ = (Fw × Lr−Trq2) / J2 (4)
Here, Fw is the propulsive force generated by the injection of the plastic bottle rocket 1, Lr is the distance between the rotating shaft 111 and the center of the mounting portion 130, and J2 is "moment of inertia".

ステップS2052、S2053では、Δt秒経過後の回転バー120の角速度ωと、回転バー120の回転角θとを、次式(5)(6)より各々算出する。
ω=ω+αθ×Δt …(5)
θ=θ+ω×Δt …(6)
図10は、図6のステップS206で行われる「水容積」「空気容積」「空気密度」「空気温度」「空気圧力」の値の更新をするためのプログラムを示すフローチャートである。
初期値の読込後、Δt秒経過した際の「ペットボトルロケット内の水容積」の値は「水の放出量」に基づいて算出され、この算出された値が、更新値に設定される。
また、Δt秒後の「ペットボトルロケット内の圧力」の値は、ポリトロープ変化の状態変化の式を使用することで算出することができ、この値が更新値に設定される。
例えば、「空気圧力」と「空気容積」の更新前の値を(P1,V1)、更新後の値を(P2,V2)とすると、次の関係式(7)に基づいて更新後の圧力P2を得ることができる。ここで用いる圧力は絶対圧で、「n」はポリトロープ指数である。
P2=P1×(V1/V2) …(7)
In steps S2052 and S2053, the angular velocity ω of the rotation bar 120 and the rotation angle θ of the rotation bar 120 after Δt seconds have elapsed are calculated from the following equations (5) and (6), respectively.
ω = ω + αθ × Δt (5)
θ = θ + ω × Δt (6)
FIG. 10 is a flowchart showing a program for updating the values of “water volume”, “air volume”, “air density”, “air temperature”, and “air pressure” performed in step S206 of FIG.
The value of “water volume in the plastic bottle rocket” when Δt seconds elapses after reading of the initial value is calculated based on “amount of water released”, and this calculated value is set as an updated value.
Further, the value of “pressure in the PET bottle rocket” after Δt seconds can be calculated by using an equation of state change of polytropic change, and this value is set as an updated value.
For example, if the pre-update values of “air pressure” and “air volume” are (P1, V1) and the post-update values are (P2, V2), the post-update pressure based on the following relational expression (7) P2 can be obtained. The pressure used here is an absolute pressure, and “n” is a polytropic index.
P2 = P1 × (V1 / V2) n (7)

ここで「n」が“1”ならば、定温変化での関係式となり、膨張時には外部から熱エネルギーが供給され、外部に対して最大の仕事をすると考えられる。
一方、「n」が“γ(比熱比)”ならば、断熱変化での関係式となり、外部からの熱エネルギーの供給がなく、外部に対して最も仕事量が少ないと考えられる。
定温変化でも、断熱変化でもない場合には、「n」の値は、次式(8)を満たす。
1<n<γ …(8)
この場合は、圧力Pと容積Vとの関係を知るには、ポリトロープ指数「n」の値を知る必要がある。
Here, if “n” is “1”, the relational expression is a constant temperature change, and it is considered that thermal energy is supplied from the outside during expansion, and the maximum work is performed on the outside.
On the other hand, if “n” is “γ (specific heat ratio)”, the relational expression in the adiabatic change is obtained, it is considered that there is no supply of heat energy from the outside, and the amount of work is the least for the outside.
When neither a constant temperature change nor an adiabatic change, the value of “n” satisfies the following equation (8).
1 <n <γ (8)
In this case, in order to know the relationship between the pressure P and the volume V, it is necessary to know the value of the polytropic index “n”.

この実施の形態では、このポリトロープ指数「n」は、前述したように、測定装置100で得られた最大回転角の実測値(θmax)と、図6で示したプログラムを実行して得られた最大回転角の算出値(θcal)を用いて簡易に取得できる。
ポリトロープ指数「n」を容易に取得できるので、内燃機関の場合と同様に、圧力P、容積Vの値を、各々、Δt経過毎に(リアルタイムで)容易に取得でき、さらにポリトロープ指数「n」を各種制御に利用することもできる。
In this embodiment, as described above, the polytropic index “n” is obtained by executing the program shown in FIG. 6 and the actually measured value (θmax) of the maximum rotation angle obtained by the measuring apparatus 100. It can be easily obtained using the calculated value (θcal) of the maximum rotation angle.
Since the polytropic index “n” can be easily obtained, the values of the pressure P and the volume V can be easily obtained (at real time) for each Δt as in the case of the internal combustion engine, and the polytropic index “n”. Can also be used for various controls.

図11は、図6のステップS211で行われるプログラムを示すフローチャートである。
まず、ステップS2111では、ペットボトルロケット1内部から外部への空気の流出速度Uaが算出され、次のステップS2112では、空気の流出量ΔQaが算出される。ステップS2113では、ペットボトルロケット1からの空気の噴出による噴射エネルギーFaが算出される。この噴射エネルギーFaの算出方法は、前述の図7のフローチャートを用いて説明した「水」の噴射エネルギーの算出の場合と同じであり、その説明は省略する。
FIG. 11 is a flowchart showing the program executed in step S211 of FIG.
First, in step S2111, the outflow speed Ua of air from the inside of the plastic bottle rocket 1 to the outside is calculated, and in the next step S2112 the outflow amount ΔQa of air is calculated. In step S2113, the injection energy Fa due to the ejection of air from the plastic bottle rocket 1 is calculated. The calculation method of the injection energy Fa is the same as the calculation of the injection energy of “water” described with reference to the flowchart of FIG. 7 described above, and the description thereof is omitted.

図12は、図6のステップS212で行われるプログラムを示すフローチャートである。
まず、ステップS2121では、回転軸111を中心とした慣性モーメントJ2が算出され、次のステップS2122では、重力による回転トルクTrq2が算出される。
FIG. 12 is a flowchart showing the program executed in step S212 of FIG.
First, in step S2121, the moment of inertia J2 about the rotation axis 111 is calculated, and in the next step S2122, the rotational torque Trq2 due to gravity is calculated.

図13は、図6のステップS213で行われるプログラムを示すフローチャートである。
まず、ステップS2131では、角加速度αθが、前述した図9のステップS2051と同様の手順で算出される。
重り141を考慮しない場合の回転バー120の慣性モーメントJ1、回転トルクTrq1に、重り141が設けられた場合の修正値が考慮されている。
発射時のペットボトルロケット1からの「空気」の噴出による回転トルクと重力による回転トルクTrq2の差が、回転バー120に作用すると仮定すると、回転バー120の角加速度αθは、次式(8)により算出される。
αθ=(Fa×Lr−Trq2)/J2 …(8)
ここで、Faは「空気」の噴射により得られる噴射エネルギー(推進力に対応)、Lrは回転軸111からペットボトルロケット1の取付部130の中心までの距離である。
次のステップS2132では、Δt秒後の角速度ωが次式(9)により、ステップS2223では角度θが次式(10)により、それぞれ算出されて、更新した値とされる。
ω=ω+αθ×Δt …(9)
θ=θ+ω×Δt …(10)
Δtは、一定の値であり、この実施の形態では、0.005秒となっている。
FIG. 13 is a flowchart showing the program executed in step S213 of FIG.
First, in step S2131, the angular acceleration αθ is calculated in the same procedure as in step S2051 in FIG.
When the weight 141 is not considered, the correction value when the weight 141 is provided for the moment of inertia J1 and the rotational torque Trq1 of the rotating bar 120 is considered.
Assuming that the difference between the rotational torque due to the ejection of “air” from the PET bottle rocket 1 at the time of launch and the rotational torque Trq2 due to gravity acts on the rotational bar 120, the angular acceleration αθ of the rotational bar 120 is expressed by the following equation (8). Is calculated by
αθ = (Fa × Lr−Trq2) / J2 (8)
Here, Fa is the injection energy (corresponding to the propulsive force) obtained by the injection of “air”, and Lr is the distance from the rotation shaft 111 to the center of the mounting portion 130 of the PET bottle rocket 1.
In the next step S2132, the angular velocity ω after Δt seconds is calculated by the following equation (9), and in step S2223, the angle θ is calculated by the following equation (10), respectively, and is set to the updated value.
ω = ω + αθ × Δt (9)
θ = θ + ω × Δt (10)
Δt is a constant value, and is 0.005 seconds in this embodiment.

図14は、図6のステップS214で行われるプログラムを示すフローチャートである。
このプログラムは「空気容積」「空気密度」「空気温度」「空気圧力」の値の更新をするためのものである。
このプログラムによる上記した各種値の更新は、すでに説明した図10のプログラムと同様に行われるため、その詳細な説明は省略する。なお、このプログラムの実行時には、ペットボトルロケット1内には「水」は残っていないため、「空気容量」の最大値は、ペットボトルロケット1の本体内部の容量(例えば1.5L)と一致する値となる。
FIG. 14 is a flowchart showing the program executed in step S214 of FIG.
This program is for updating the values of “air volume”, “air density”, “air temperature”, and “air pressure”.
The update of the various values described above by this program is performed in the same manner as the program of FIG. 10 already described, and therefore detailed description thereof is omitted. When this program is executed, no “water” remains in the plastic bottle rocket 1, so the maximum value of “air capacity” matches the internal capacity of the plastic bottle rocket 1 (for example, 1.5 L). The value to be

次に、飛行距離予測プログラム(図5)のステップS3で実行される飛行距離予測の手順について図15のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS31では、図6に示すプログラムを実行することにより得られたポリトロール指数「n」の値を認識し、次のステップS32では、予めコンピュータ200に入力されているペットボトルロケット1の「空気抵抗」とペットボトルロケット1の噴射ノズル1Aの開口に関して高圧の水(液体)又は空気(気体)が噴射される際に有効となる「実効開口面積」、その他の噴射時の条件(例えば、ペットボトルロケット1内部の圧力、ペットボトルロケット1発射時の総質量、水の質量、発射角度等)を認識し、ステップS33で、これら認識した値と、ステップS31で認識したポリトロープ指数「n」の値に基づいて、ペットボトルロケット1の飛行距離の予測が行われる。
Next, the flight distance prediction procedure executed in step S3 of the flight distance prediction program (FIG. 5) will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S31, the value of the polytrol index “n” obtained by executing the program shown in FIG. 6 is recognized, and in the next step S32, the value of the PET bottle rocket 1 input to the computer 200 in advance is recognized. “Air resistance” and “effective opening area” effective when high-pressure water (liquid) or air (gas) is injected with respect to the opening of the injection nozzle 1A of the PET bottle rocket 1, and other injection conditions (for example, , The pressure inside the PET bottle rocket 1, the total mass when the PET bottle rocket 1 is fired, the mass of water, the launch angle, etc.) are recognized, and in step S33, these recognized values and the polytropic index “n” recognized in step S31 are detected. The flight distance of the plastic bottle rocket 1 is predicted based on the value “”.

ここでペットボトルロケット1の「空気抵抗」は、図16に示す落下装置40を用いて求めることができる。すなわち、ペットボトルロケット1を高さHfから自由落下させ、実際の落下時間を求め、これらの値に基づいて「空気抵抗」を算出することができる。なお、図中41は任意のタイミングでペットボトルロケット1を自由落下させるための落下装置であり、図中42は、ペットボトルロケット1が着地したことを検知するセンサである。落下開始からセンサ42で着地したことを検知するまでの時間が、高さHfをペットボトルロケット1が「空気抵抗」を受けて実際に落下するまでにかかる時間であり、この時間の実測値と重力加速度に基づく理想状態での落下時間の算出値を比較することで当該「空気抵抗」の値を簡易に求めることができる。  Here, the “air resistance” of the plastic bottle rocket 1 can be obtained by using a dropping device 40 shown in FIG. That is, the plastic bottle rocket 1 can be freely dropped from the height Hf, the actual drop time can be obtained, and the “air resistance” can be calculated based on these values. In the figure, 41 is a dropping device for freely dropping the plastic bottle rocket 1 at an arbitrary timing, and 42 in the figure is a sensor for detecting that the plastic bottle rocket 1 has landed. The time from the start of the drop until the sensor 42 detects that it has landed is the time taken for the PET bottle rocket 1 to actually fall after receiving the “air resistance” from the height Hf. By comparing the calculated value of the drop time in the ideal state based on the gravitational acceleration, the value of the “air resistance” can be easily obtained.

飛行距離を求めるに当たって、ペットボトルロケット1内に充填される水の質量、空気の量、内部の圧力等は、時間経過によって変化する値であるため、発射から到達(着弾)までの時間を等分し、単位時間経過毎に、当該単位時間当たりの飛行距離を積算してペットボトルロケット1の飛行距離を算出することで、高い精度の予測が可能となる。
この場合、単位時間が経過する毎に、噴射ノズル1Aの「実効開口面積」を都度算出し、この単位時間経過毎に算出した「実効開口面積」と前記した「空気抵抗」そしてペットボトルロケット1に係る「ポリトロープ指数n」を用いることで高精度に飛行距離(飛行特性)をコンピュータ200で算出することができる。
In determining the flight distance, the mass of water filled in the PET bottle rocket 1, the amount of air, the internal pressure, etc. are values that change over time, so the time from launch to arrival (landing) is the same. By dividing each unit time and calculating the flight distance of the PET bottle rocket 1 by accumulating the flight distance per unit time, it is possible to predict with high accuracy.
In this case, every time the unit time elapses, the “effective opening area” of the injection nozzle 1A is calculated each time. The “effective opening area” calculated every time the unit time elapses, the “air resistance” and the PET bottle rocket 1 are calculated. The flight distance (flight characteristics) can be calculated with high accuracy by the computer 200 by using the “polytropic index n”.

なお、前記噴射ノズル1Aの「実効開口面積」については、飛行時間の間「一定」と仮定して飛行距離を算出し、一方で、実際にペットボトルロケット1を発射させた際の飛行距離のデータを複数求めておき、これら2つの値を比較して「実効開口面積」の平均的な値を求め、この「実効開口面積」の平均的な値で飛行距離を推定することができる。
なお、ポリトロープ指数「n」と「飛行距離」との相関関係を用いて、簡易にペットボトルロケット1の飛行距離を予測するのであれば、例えば、図17のグラフで示すように、予めポリトロープ指数「n」が、例えば「1.2」「1.3」「1.4」となるようなペットボトルロケット1を用意し、これらを同じ条件下で噴射実験し、各々のポリトロープ指数「n」毎の飛行距離(図17の例では、180m,165m,160m)をサンプリングしておくことで、ポリトコープ指数「n」が、これら3つの値の間にある場合の飛行距離を補間計算によって簡易に予測することもできる。
このようにペットボトルロケット1の噴射エネルギーに応じて変化するポリトロープ指数「n」を予め算出しておくことで、ペットボトルロケット1の飛行距離の予測を精度よく、かつ、簡易に求めることが可能となる。
As for the “effective opening area” of the injection nozzle 1A, the flight distance is calculated on the assumption that it is “constant” during the flight time, while the flight distance when the plastic bottle rocket 1 is actually launched is calculated. A plurality of data is obtained, these two values are compared, an average value of the “effective opening area” is obtained, and the flight distance can be estimated with the average value of the “effective opening area”.
If the flight distance of the PET bottle rocket 1 is simply predicted using the correlation between the polytropic index “n” and “flight distance”, for example, as shown in the graph of FIG. For example, PET bottle rockets 1 where “n” is, for example, “1.2”, “1.3”, and “1.4” are prepared, and injection experiments are performed under the same conditions. By sampling each flight distance (180m, 165m, 160m in the example of FIG. 17), the flight distance when the politocorp index “n” is between these three values can be easily calculated by interpolation calculation. It can also be predicted.
Thus, by calculating in advance the polytropic index “n” that changes in accordance with the injection energy of the PET bottle rocket 1, it is possible to accurately and easily obtain the prediction of the flight distance of the PET bottle rocket 1. It becomes.

以上説明したようにこの実施の形態によれば、測定装置100によって得られた回転バー120の最大回転角の実測値θmaxと、コンピュータ200による算出値θcalとに基づいてポリトロープ指数「n」を取得することができるので、このポリトロープ指数「n」の値を用いて、当該ペットボトルロケット1の飛行距離(飛行特性)を簡易にかつ精度良く求めることができる。  As described above, according to this embodiment, the polytropic index “n” is acquired based on the actual measurement value θmax of the maximum rotation angle of the rotary bar 120 obtained by the measuring apparatus 100 and the calculated value θcal by the computer 200. Therefore, using the value of the polytropic index “n”, the flight distance (flight characteristics) of the PET bottle rocket 1 can be obtained easily and accurately.

なお、この実施の形態では、算出値θcalが実測値θmaxと一致するまで、コンピュータ200に処理を繰り返し行わせているが、学習の現場では、この「n」の値の増減を、その都度、人為的に行うようにしてもよい。
また、この実施の形態では、学校教育で用いられる「ペットボトルロケット」について説明したが、内部に液体(この実施の形態では水)を注入し、これを高圧にして内部の気体(この実施の形態では空気)と共に噴射することで発射される飛翔体であれば、同様の手順で、その飛行特性(たとえば飛行距離)を正確に予測することができる。
In this embodiment, the computer 200 is repeatedly processed until the calculated value θcal matches the actual measurement value θmax. However, at the learning site, the value of “n” is increased or decreased each time. It may be performed artificially.
In this embodiment, the “plastic bottle rocket” used in school education has been described. However, a liquid (water in this embodiment) is injected into the interior, and the internal gas (in this embodiment) is set to a high pressure. In the case of a flying object that is launched by being jetted together with air), the flight characteristics (for example, flight distance) can be accurately predicted by the same procedure.

また、この実施の形態では、測定装置100の回転バー120の最大回転角の実測値は、検出部150によって電気的に検出され、その信号が、ケーブル160を介してコンピュータ200に入力されるようになっているが、たとえば、図4に示すように、回転バー120の端部に筆記具(例えば鉛筆)60を挿入したまま固定できるホルダ120Cを設けておき、回転バー120が回転した際に回転バー120のホルダ120C部分が移動する軌跡を筆記具60で描くことによって、その最大回転角θmaxを記録するようにしてもよい。
この場合、実測値θmaxは、実験者が確認し、その値を、人為的に、コンピュータ200に入力すればよい。コンピュータ200は、この入力された最大回転角θmaxと算出値θcalとに基づいてポリトロープ指数nを算出することになる。
In this embodiment, the actual measurement value of the maximum rotation angle of the rotation bar 120 of the measurement apparatus 100 is electrically detected by the detection unit 150 and the signal is input to the computer 200 via the cable 160. For example, as shown in FIG. 4, a holder 120 </ b> C that can be fixed with a writing instrument (for example, a pencil) 60 inserted at the end of the rotating bar 120 is provided and rotated when the rotating bar 120 rotates. The maximum rotation angle θmax may be recorded by drawing a trajectory along which the holder 120 </ b> C portion of the bar 120 moves with the writing instrument 60.
In this case, the measured value θmax may be confirmed by the experimenter, and the value may be input to the computer 200 artificially. The computer 200 calculates the polytropic index n based on the input maximum rotation angle θmax and the calculated value θcal.

また、この実施の形態では、ペットボトルロケット(飛翔体)1の飛行特性として「飛行距離」について説明したが、噴射エネルギーに依存する飛行特性であれば、例えば、ペットボトルロケット(飛翔体)1を目的物に命中させた際の「衝撃力」等も同様に予測することができる。    In this embodiment, the “flight distance” has been described as the flight characteristic of the plastic bottle rocket (flying object) 1. However, if the flight characteristic depends on the injection energy, for example, the plastic bottle rocket (flying object) 1 The “impact force” when hitting the target object can be predicted in the same manner.

本発明は、内部の液体又は気体を高圧のまま封入し、これを噴射させて動力エネルギーを得る他の飛翔体の飛行特性の予測にも使うことができる。  The present invention can also be used for predicting the flight characteristics of other flying bodies that enclose the internal liquid or gas with high pressure and inject the liquid or gas to obtain power energy.

測定装置100の全体構成図である。  1 is an overall configuration diagram of a measuring apparatus 100. FIG. ペットボトルロケット1の発射時の測定装置100の動作を示す図である。  It is a figure which shows operation | movement of the measuring apparatus 100 at the time of discharge of the plastic bottle rocket 1. FIG. 取付部130の構成を示す図である。  It is a figure which shows the structure of the attaching part. 回転角検出装置150お構成を示す図である。  It is a figure which shows the rotation angle detection apparatus 150 structure. 飛行距離を計測するためのプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program for measuring a flight distance. ポリトロープ指数を取得するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which acquires a polytropic index. ペットボトルロケット1内の水の流出速度と流出量を取得するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which acquires the outflow speed and outflow amount of the water in the PET bottle rocket. 水噴射時の回転バーの回転トルクと慣性モーメントを取得するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which acquires the rotational torque and inertia moment of a rotation bar at the time of water injection. 水噴射時の回転バー120の角加速度・角速度・角度を算出するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which calculates the angular acceleration, angular velocity, and angle of the rotation bar 120 at the time of water injection. 水噴射時のペットボトルロケット1内の空気に関連する各種パラメータを取得するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which acquires the various parameters relevant to the air in the PET bottle rocket 1 at the time of water injection. ペットボトルロケット1内の空気の流出速度と流出量を取得するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which acquires the outflow speed and outflow amount of the air in the PET bottle rocket. 空気射時の回転バーの回転トルクと慣性モーメントを取得するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which acquires the rotational torque and inertia moment of a rotation bar at the time of air injection. 空気噴射時の回転バー120の角加速度・角速度・角度を算出するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which calculates the angular acceleration, angular velocity, and angle of the rotation bar 120 at the time of air injection. 空気噴射時のペットボトルロケット1内の空気に関連する各種パラメータを取得するプログラムを示すフローチャート図である。  It is a flowchart figure which shows the program which acquires the various parameters relevant to the air in the PET bottle rocket 1 at the time of air injection. 飛行距離の算出処理を行うプログラムのフローチャートである。  It is a flowchart of the program which performs the calculation process of flight distance. ペットボトルロケット1の空気抵抗を取得するための装置40を示す図である。  It is a figure which shows the apparatus 40 for acquiring the air resistance of the PET bottle rocket. 飛行距離を補間計算により取得するためのグラフである。  It is a graph for acquiring flight distance by interpolation calculation.

1 ペットボトルロケット(飛翔体)
1A 噴射ノズル
100 測定装置
120 回転バー(回転体)
130 取付部
140 調整部
141 重り
150 回転角検出装置
200 コンピュータ
1 PET bottle rocket (aircraft)
1A Injection nozzle 100 Measuring device 120 Rotating bar (Rotating body)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 130 Attachment part 140 Adjustment part 141 Weight 150 Rotation angle detection apparatus 200 Computer

Claims (6)

飛翔体の噴射エネルギー測定装置であって、該装置は、
回転軸が設けられた本体部と、
一端が前記回転軸に回動自在に支持され、他端に前記飛翔体が取り付けられる取付部が設けられた回転体と、
前記飛翔体の発射時に当該噴射エネルギーに応じて前記回転体が回転したときの最大回転角を検知する検出部とを具えていることを特徴とする飛翔体の噴射エネルギー測定装置。
An apparatus for measuring an injection energy of a flying object,
A main body provided with a rotation shaft;
One end is rotatably supported on the rotating shaft, and the other end is provided with a mounting portion to which the flying body is mounted;
An apparatus for measuring an ejection energy of a flying object, comprising: a detection unit that detects a maximum rotation angle when the rotating body rotates according to the ejection energy when the flying object is launched.
前記検出部は、前記検知した回転体の最大回転角を電気信号として出力することを特徴とする請求項1に記載の飛翔体の噴射エネルギー測定装置。  The said detection part outputs the detected maximum rotation angle of the rotary body as an electric signal, The flying body injection energy measuring apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記飛翔体は、噴射ノズルを有し、かつ、該飛翔体の内部には所定の圧力に加圧された気体と液体が封入され、前記噴射ノズルが開口されたとき当該気体又は液体が飛翔体の外部に噴射されて推進力が得られることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の飛翔体の噴射エネルギー測定装置。  The flying object has an injection nozzle, and a gas and a liquid pressurized to a predetermined pressure are enclosed in the flying object, and when the injection nozzle is opened, the gas or liquid is injected into the flying object. The propelling force is obtained by being jetted to the outside of the aircraft, and the flying energy jet energy measuring device according to claim 1 or 2. 前記飛翔体はペットボトルロケットであり、前記液体は水であり、前記気体は空気であることを特徴とする請求項3に記載の飛翔体の噴射エネルギー測定装置。  The said flying body is a plastic bottle rocket, the said liquid is water, and the said gas is air, The injection energy measuring apparatus of the flying body of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 請求項2乃至請求項4に記載の前記検出部からの信号に基づいて前記回転体の最大回転角を認識するステップと、
前記回転体の最大回転角を、飛翔体内部の液体及び気体の流出状態、回転体の回転状態、並びに、飛翔体の内部の液体及び気体の変化状態に基づいて算出するステップと、
前記認識した最大回転角と前記算出した最大回転角とに基づいて前記飛翔体のポリトロープ指数を求めるステップと、
前記ポリトロープ指数に基づいて当該飛翔体の飛行特性の予測値を取得するステップとからなることを特徴とする飛行特性取得プログラム。
Recognizing a maximum rotation angle of the rotating body based on a signal from the detection unit according to claim 2;
Calculating the maximum rotation angle of the rotating body based on the outflow state of the liquid and gas inside the flying body, the rotating state of the rotating body, and the change state of the liquid and gas inside the flying body;
Obtaining a polytropic index of the flying object based on the recognized maximum rotation angle and the calculated maximum rotation angle;
And a step of acquiring a predicted value of the flight characteristic of the flying object based on the polytropic index.
請求項2乃至請求項4に記載の前記検出部からの信号に基づいて回転体の最大回転角を認識するステップと、
前記飛翔体の空気抵抗を認識するステップと、
前記飛翔体の噴射ノズルの実効開口面積を認識するステップと、
少なくとも前記飛翔体の内部に封入される液体の質量と、内部に加えられる圧力と、前記飛翔体の発射角とを認識するステップと、
前記回転体の最大回転角を、飛翔体内部の液体及び気体の流出状態、回転体の回転状態、並びに、飛翔体内部の液体及び気体の変化状態に基づいて算出するステップと、
前記認識した最大回転角と前記算出した最大回転角とに基づいて前記飛翔体のポリトロープ指数を求めるステップと、
前記ポリトロープ指数と、前記認識した空気抵抗と、前記認識した噴射ノズルの実効開口面積とに基づいて当該飛翔体の飛行特性を算出するステップとからなることを特徴とする飛行距離取得プログラム。
Recognizing the maximum rotation angle of the rotating body based on the signal from the detection unit according to claim 2;
Recognizing the air resistance of the flying object;
Recognizing the effective opening area of the jet nozzle of the flying object;
Recognizing at least the mass of liquid sealed inside the projectile, the pressure applied to the interior, and the launch angle of the projectile;
Calculating the maximum rotation angle of the rotating body based on the outflow state of the liquid and gas inside the flying body, the rotating state of the rotating body, and the change state of the liquid and gas inside the flying body;
Obtaining a polytropic index of the flying object based on the recognized maximum rotation angle and the calculated maximum rotation angle;
A flight distance acquisition program comprising: calculating flight characteristics of the flying object based on the polytropic index, the recognized air resistance, and the recognized effective opening area of the injection nozzle.
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