TWI558449B - Water rocket with automatic filling system and wind direction detection device - Google Patents

Description

具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭

本發明係與具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭轉動機構之技術領域有關，特別是指一種成本低廉、攜帶方便，並且可以對水火箭進行自動轉向以調整順風發射方向之具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭。

一般而言，水火箭係由保特瓶為主體，以容納液體(水)及氣體(空氣)，而水火箭之所以能發射，其大致可分為加水、加壓(打氣)、發射以及飛行等四個程序。

在加水程序中，係利用動量守恆之原理，動量為物體質量和其運動速度的乘積，動量守恆為系統之總動量等於此系統中各物體之動量和，因為水火箭(保特瓶)內所充填的是被壓縮的空氣和水，在噴氣嘴打開的瞬間，壓縮空氣會連同水衝出來，產生反作用力，而推動水火箭向上升空；在加壓(打氣)程序中，利用水火箭內、外空氣壓力差，產生作用力；在發射過程中，根據牛頓第三運動定律(作用力與反作用力)，利用噴出的液體(水)和氣體，產生反作用力而推動水火箭；在飛行程序中，最初係因地球引力作用，使水火箭產生彈道飛行，之後由於空氣阻力的作用，使水火箭減速，直至停止。

請參考圖1，係表示習知以手動加壓充填水火箭之示意圖； 水火箭之發射前置作業的準備流程中，尤以加壓程序之動作最為重要，其係先將水火箭容積約1/4~1/3的水液注入水火箭8中，再利用打氣筒91將空氣加壓經由充填接頭92灌至水火箭8中，而後由打氣筒91上的壓力錶911判讀水火箭8內部達預定壓力後即完成充填。

前述的充填動作都必需以手動方式來操作，對一般的水火箭愛好者而言，逐次進行充填、發射，因此可能不覺得辛苦，但若要進行連續性的發射操作時，則手動充填方式將變得十分艱辛(費力)且耗時。因此，自動化的給水充填以及氣體加壓，即顯得格外重要。

所以，如何設計一種成本低廉且攜帶方便，而能對水火箭追蹤風向而達到水火箭可以順風發射以增加發射射程，是一個刻不容緩的課題。

有鑑於此，本發明係提供一種具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭，包含一風向偵測單元，其可轉動使水火箭發射方向朝向順風向發射，使得水火箭達到更遠的射程。

為達上述目的，本發明之具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭，係包括：一具有自動充填系統之水火箭；一發射座，用以承載該水火箭及；一轉向台，結合於該發射座並控制該發射座旋轉；一風向偵測單元，固設結合於該發射座，該風向偵測單元具有一入風側及一阻風面，該入風側風阻係小於該阻風面，當一風向吹向該阻風面時，該風向偵測單元會轉動直到該入風側面對該風向，其中該水火箭之發射方向與該入風側 呈相反方向。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖示，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

1‧‧‧自動充填系統

2‧‧‧充填接頭

3‧‧‧加水裝置

4‧‧‧壓力源

5‧‧‧壓力感測裝置

7‧‧‧控制電路

10‧‧‧箱體

11‧‧‧電池

21‧‧‧軟管

51‧‧‧感測單元

52‧‧‧電路單元

61‧‧‧三通管

62‧‧‧三通管

63‧‧‧單向閥

64‧‧‧單向閥

71‧‧‧計時電驛(計量器)

72‧‧‧開關控制單元

73‧‧‧控制器

611‧‧‧第一管口

612‧‧‧第二管口

613‧‧‧第三管口

621‧‧‧第一管口

622‧‧‧第二管口

623‧‧‧第三管口

8‧‧‧水火箭

81‧‧‧發射座

82‧‧‧轉向台

821‧‧‧基座

822‧‧‧可轉動軸

83‧‧‧風向偵測單元

831‧‧‧入風側

832‧‧‧阻風面

圖1 係表示習知以手動加壓充填水火箭之示意圖；圖2 係表示本發明的示意圖；圖3 係表示本發明的原理圖；圖4 係表示本發明的發射座、轉向台及風向偵測單元示意圖以及圖5(a)及5(b) 係表示本發明的風向偵測單元操作示意圖。

茲配合圖式將本發明較佳實施例詳細說明如下。

請同時參考圖2及圖3，係分別表示本發明的示意圖及原理圖。本發明的水火箭自動充填系統1包括一充填接頭2、一加水裝置3、一壓力源4、一壓力感測裝置5、兩三通管61、62、二單向閥63、64及一控制電路7。其中該加水裝置3、壓力源4、壓力感測裝置5、三通管61、62、單向閥63、64及控制電路7均被設置於一箱體10內部，而該充填接頭2則藉由一軟管21延伸至水火箭發射架。

三通管61具有一第一管口611、一第二管口612以及一第三管口613，加水裝置5係可為一抽水幫浦與一儲水桶之結合，但不以此為限。而加水裝置5係與三通管61的第二管口612連接，以將水液經第三管口613輸入軟管21中而充填至水火箭8中。

三通管62的結構與三通管61相同，亦具有一第一管口621、一第二管口622以及一第三管口623。

壓力源4係可為一打氣幫浦，但不以此為限。壓力源4與三通管62的第一管口621連接，壓力源4係可將氣體加壓進入三通管62的第一管口621，被加壓的氣體即分別通往三通管62的第二管口622及第三管口623，且該第三管口623與三通管61之第一管口611之間設有另一個單向閥64，以防止加壓氣體與加水裝置之水液回流。

壓力感測裝置5係設置在第二管口622，以感測壓力源3所輸出之加壓氣體的壓力。而壓力感測裝置5係包含一感測單元51及一電路單元52，感測單元51的預定充填壓力臨界值除了可透過控制電路7自動控制之外，亦可以透過手動微調，而本實施例中充填壓力基本值係設定在90psi(即6.32kg/cm2)，實務上充填壓力臨界值大概介於80psi~100psi之間。而電路單元52係當充填到達預定的充填壓力時即觸動電路單元作動，如傳回訊息給控制電路7，以使壓力源4停止加壓動作。

而控制電路7係具有一計量器71、一開關控制單元72以及一控制器73。

於本實施例中該計量器係以一計時電驛71為例說明，該計時電譯71係可設定時間來以控制該加水裝置3之作動時間，進而達成控制該加水裝置3之輸出總量的計量目的，並於該加水裝置3作動達設定之時間後停止該加水裝置3，並啟動該壓力源4。

而該開關控制單元72係與壓力感測裝置5電性連接，當壓力感測裝置5感測到預定的充填壓力時，開關控制單元72(如：繼電器)即切斷 壓力源4的電源而停止加壓動作。

另外，該加水裝置3、壓力源4、壓力感測裝置5及控制電路7所需之電力，可以使用設置在箱體10內的電池11，或者是使用外接電源(圖中未示)。

進行自動充填時，係先啟動該加水裝置3對水火箭充填水液，待該加水裝置3的作動時間達到該計時電驛71所設定之時間後，即停止加水裝置並啟動該壓力源4，該壓力源4啟動後會對水火箭充填壓縮空氣，當壓力感測裝置5之感測單元51感測到充填壓力達到設定值時，即會停止該壓力源4而完成水火箭之自動充填。

本發明為了克服並簡化水火箭給水及加壓程序，充填用之管路係採「三通接管」之方式，以整合加水裝置3及壓力源4，並藉由設置單向閥63、64以避免液體(水)及氣體的逆流現象，而所述的「三通接管」係以兩個三通管61、62來實施。

因此，本發明藉由上述的結構，各裝置之間的緊密配合，以避免液體(水)及氣體的逆流，而且結構輕巧、簡單，易於攜帶且成本低廉；另外，不但可以手動微調預設的充填壓力，更可利用控制電路對水火箭作自動化的充填控制，以達到省時、省力的功效。

請同時參考圖4，更進一步的說明，為了讓具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭達到更遠的射程，本發明更包含一發射座81、一轉向台82及一風向偵測單元83。一發射座81用以承載該水火箭8；一轉向台82結合於該發射座81並控制該發射座81旋轉，其中，該轉向台82另包含一基座821及一可轉動軸822，其中該可轉動軸822可相對該基座821轉動， 該發射座81固定結合於該可轉動軸822，以便該可轉動軸822可帶動該發射座81旋轉。其中該可轉動軸822係包括一軸承(bearing)單元(未繪示)，軸承單元的轉動原理為一般習知技藝於此不多贅述。其中，該轉向台82的尺寸係大於等於發射座81的尺寸，以便該發射座81相對該轉向台82旋轉時可增加整體機構穩定性，而不會發生傾倒的問題，以本發明圖4而言，該轉向台82的尺寸係等於發射座81的尺寸，亦可達到上述效果，又，該轉向台82的尺寸係大於發射座81的尺寸雖未有繪示，但亦在本發明的保護範圍。在另一選擇的方式中，也可以將該轉向台82的重量設計為大於等於發射座81的重量，以達到增加整體機構穩定性的效果。

請同時參考圖4、圖5(a)及圖5(b)，圖5(a)及圖5(b)為圖4中風向偵測單元83的上視圖。如圖4所示，該風向偵測單元83固設結合於該發射座81。再請參考圖5(a)，該風向偵測單元83具有一入風側831，且該風向偵測單元83具有一阻風面832，若一風向由東北方向吹入該風向偵測單元83時，由於該入風側831風阻係小於該阻風面832，此時，該風向偵測單元83順風向轉動，使入風側831面向該風向，亦即，如圖5(b)所示，當一風向吹向該阻風面832時，該風向偵測單元83會轉動直到入風側831面對該風向，如此，以便該風向偵測單元可帶動該發射座轉向，其中該水火箭之發射方向該入風側831呈相反方向。舉例而言，在圖5(a)及5(b)中，若風向由東北方吹向西南方，該阻風面832受風力使該風向偵測單元轉動，直到該入風側831朝向該東北方向而面對該風向，此時，由於水火箭發射方向與該入風側831呈相反方向，因此水火箭發射方向被調整為面對西南方，故水火箭發射方向可朝向順風向發射使得水火箭達到更遠的射程。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

8‧‧‧水火箭

81‧‧‧發射座

82‧‧‧轉向台

821‧‧‧基座

822‧‧‧可轉動軸

83‧‧‧風向偵測單元

831‧‧‧入風側

832‧‧‧阻風面

Claims (5)

1. 一種具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭，係包括：一具有自動充填系統之水火箭；一發射座，用以承載該水火箭及；一轉向台，結合於該發射座並控制該發射座旋轉；一風向偵測單元，固設結合於該發射座，該風向偵測單元具有一入風側及一阻風面，該入風側風阻係小於該阻風面，當一風向吹向該阻風面時，該風向偵測單元會轉動直到該入風側面對該風向，其中該水火箭之發射方向與該入風側呈相反方向。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭，其中，該轉向台另包含一基座及一可轉動軸，其中該可轉動軸相對該基座轉動，該發射座固定結合於該可轉動軸。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭，其中，該可轉動軸係包括一軸承(bearing)單元。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭，其中，該轉向台的尺寸係大於等於發射座的尺寸。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之具有自動充填系統及風向偵測裝置之水火箭，其中，該轉向台的重量係大於等於發射座的重量。