一种水平飞行水火箭、发射系统及发射方法

摘要

本发明属于教学演示用品领域，具体是涉及到一种水平飞行水火箭、发射系统及发射方法，其中水平飞行水火箭包括箭体和弯管；所述箭体内部中空设置有腔体，箭体上还设置有连通腔体的充气嘴Ⅱ和喷嘴；所述弯管设置在腔体内，弯管一端与所述喷嘴连通，另一端弯曲后贴合腔体的腔内侧壁设置，本发明通过设置弯管，可以实现水火箭的小倾角或者水平发射和飞行，提供区别于常规的水火箭发射和飞行方式。

说明书

技术领域

本发明属于教学演示用品领域，具体是涉及到一种水平飞行水火箭、发射系统及发射方法。

背景技术

水火箭作为一种科学研究的教学用具，因水火箭成本低廉，能激发学生创造性，趣味性强，水和空气易获取并使用相对较为安全，在初高中和一些高校里面经常举行水火箭设计比赛。

目前所见的水火箭由于水的自重而导致的只能垂直或者大角度倾斜发射，无法实现水平或者小倾角发射，另外，目前水火箭的压力通常较低，动力系统不强且自身重量大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现可水平发射和飞行的水平飞行水火箭、发射系统及发射方法。

本发明提供一种水平飞行水火箭，包括箭体和弯管；

所述箭体内部中空设置有腔体，箭体上还设置有连通腔体的充气嘴Ⅱ和喷嘴；

所述弯管设置在腔体内，弯管一端与所述喷嘴连通，另一端弯曲后贴合腔体的腔内侧壁设置。

更进一步地，本发明还包括活塞，所述活塞密封滑动设置在所述腔体内，并将所述腔体分隔为副腔和主腔；

所述充气嘴Ⅱ和喷嘴连通所述主腔，所述箭体上设置有连通副腔的充气嘴Ⅰ；

所述弯管设置在主腔内，弯管一端与所述喷嘴连通，另一端弯曲后贴合主腔的腔内侧壁设置。

更进一步地，本发明还包括设置在副腔内与所述充气嘴Ⅰ连通的气囊。

更进一步地，所述弯管包括依次连接的入液部、弯曲连接部和出液部，所述入液部和出液部平行设置，所述入液部的入口方向平行于箭体的轴线。

更进一步地，所述喷嘴设置在所述箭体的中轴线上。

更进一步地，所述喷嘴包括设置在箭体上的通孔Ⅰ和设置在通孔Ⅰ上的堵头。

更进一步地，本发明还包括控制所述堵头堵塞或打开通孔Ⅰ的喷嘴控制机构。

本发明还提供一种发射系统，包括水平飞行水火箭和发射平台，所述水平飞行水火箭和发射平台通过导轨滑块连接。

更进一步地，所述发射平台架设在无人机上。

本发明还提供一种水平飞行水火箭发射方法，使用水平飞行水火箭，包括如下步骤：

通过喷嘴向主腔内注入设定容量的液体，注入完毕后关闭喷嘴；

通过充气嘴Ⅱ将主腔内加压至设定压力，并通过充气嘴Ⅰ将副腔内加压至设定压力；

打开喷嘴，喷嘴喷出水气形成反作用力推动箭体向前运动。

本发明的有益效果是，本发明通过设置弯管，可以实现水火箭的小倾角或者水平发射和飞行，提供区别于常规的水火箭发射和飞行方式。

附图说明

附图1为本发明中水火箭的结构示意图；

附图2为本发明中水火箭的正剖视图；

附图3为图2中A处的局部放大图；

附图4为图2中B处的局部放大图；

附图5为本发明中发射平台的结构示意图；

附图6为本发明中发射平台的主视图；

附图7为本发明中发射平台的侧剖视图；

附图8为本发明中水火箭安装至发射平台状态时的正剖视图；

附图9为图8中尾部的局部放大图；

附图10为本发明中对水火箭中气囊加压后的正剖视图；

附图11为本发明中水火箭起飞时的正剖视图；

附图12为图11中尾部的局部放大图；

附图13为本发明中水火箭脱离发射平台过程中的正剖视图；

附图14为图13中尾部的局部放大图；

附图15为本发明中机载水火箭的结构示意图。

在图中，1-箭体；11-副腔；12-主腔；13-头锥；14-尾翼；2-活塞；21-密封圈；3-充气嘴Ⅰ；4-充气嘴Ⅱ；5-喷嘴；51-通孔Ⅰ；52-堵头；6-弯管；61-入液部；62-弯曲连接部；63-出液部；7-发射平台；71-导轨板；72-安装板；721-通孔Ⅱ；722-充气通孔；8-无人机；9-喷嘴控制机构；91-环形电磁铁；92-电控盒；10-液体；101-高压气体；102-导轨；103-滑块；104-气囊。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如附图1-15所示，本发明提供一种水平飞行水火箭，包括箭体1和弯管6；

所述箭体1内部中空设置有腔体，箭体1上还设置有连通腔体的充气嘴Ⅱ4和喷嘴5，其中，充气嘴Ⅱ4用于给腔体加压，优选采用单向充气阀，喷嘴5优选设置在箭体1的一端，用于给腔体注水和在飞行时用于喷射水气，提供飞行动力；

所述弯管6设置在腔体内，弯管6一端与所述喷嘴5连通，另一端弯曲后贴合腔体的腔内侧壁设置。

本发明通过设置弯管6，可以实现水火箭的小倾角或者水平发射和飞行，提供区别于常规的水火箭发射和飞行方式。

在其中一个实施例中，本发明还包括活塞2，所述活塞2密封滑动设置在所述腔体内，并将所述腔体分隔为副腔11和主腔12；

所述充气嘴Ⅱ4和喷嘴5连通所述主腔12，所述箭体1上设置有连通副腔11的充气嘴Ⅰ3；

所述弯管6设置在主腔12内，弯管6一端与所述喷嘴5连通，另一端弯曲后贴合主腔12的腔内侧壁设置。

本实施例中，通过在腔体内密封滑动设置活塞2，将腔体分隔为相互隔绝的副腔11和主腔12，在飞行前，首先通过喷嘴5向主腔12内注入设定容量的液体10，注入完毕后关闭喷嘴，再通过充气嘴Ⅱ4将主腔12内剩余空间加压，在加压到位后，再通过充气嘴Ⅰ3将副腔11进行加压，此时，根据副腔11和主腔12内的压强变化，活塞2会沿腔体轴线进行移动并保证副腔11和主腔12的压力平衡，即可以通过对副腔11进行加压，实现对主腔12进行压强调节，同时，可以通过控制对副腔11加压的压强，控制活塞2的初始位置，当然也可以先对副腔11进行加压，再对主腔12进行加压，以调节活塞2的初始位置，具体地，活塞2的初始位置通常位于腔体长度的1/3-1/2位置，避免过多占用主腔12的容积，提高水容量；

在飞行时，主腔12内注入的液体10和高压气体101在飞行过程中通过喷嘴5喷出并形成对箭体1的飞行推力，此时，由于主腔12内的水通过弯管6连接喷嘴5，可以实现水火箭的小倾角或者水平发射和飞行，在飞行过程中，随着主腔12的压力逐渐降低，此时副腔11的压强高于主腔12的压强而推动活塞2向主腔12移动，可以维持主腔12的压强平衡，使飞行过程中的推力平稳，并部分补充主腔12的压强损失，保证主腔12所提供的推力，进一步提高水火箭的动能和速度，与此同时，主腔12的容积逐渐变小，可以避免主腔12内剩余的液体10的水位下降过快和过低，在一定条件下，可以使水平飞行时主腔12内的水位积聚升高，保证水位始终高于弯管6的入液部61的直径，使整个喷射过程中水能够从弯管6顺利喷出，维持水火箭的动能和速度。常规的火箭喷射是从地面发射垂直向上飞行，一来内部的压力降低质量较大，而且向上飞行既要克服飞行阻力而且还要克服重力作用，使得飞行高速和速度急剧下降，飞行时间很短而且速度小问题，在本实施例中可以很好克服上述问题。

另外，在同样的飞行距离和速度下，本发明中的液体10容量可以少于常规水火箭所需的液体10容量，进而减轻水火箭的自身重力，进一步提高飞行距离和飞行速度。

在其中一个实施例中，所述弯管6包括依次连接的入液部61、弯曲连接部62和出液部63，所述入液部61和出液部63平行设置，所述入液部61的入口方向平行于箭体1的轴线。此时，箭体1水平放置，液体10位于主腔12的下部，高压气体101则位于主腔12的上部，高压气体101会推动液体10依次进入入液部61和弯曲连接部62，最后在出液部63喷出形成水火箭推力，本实施例中，通过弯曲连接部62连接两个相互平行的入液部61和出液部63，可以避免沿途的压力损失，降低动能损失，同时，入液部61的入口方向平行于箭体1的轴线可以便于液体10的流入。

在其中一个实施例中，弯管6整体与箭体1内壁旋转连接，或者弯曲连接部62与出液部63旋转连接，以此在箭体1沿自身轴线进行旋转时，液体10以及弯管6的入液部61都通过重力旋转至主腔12的下部，保证液体10的喷出稳定性，进而实现水火箭的水平自转飞行。

在其中一个实施例中，所述喷嘴5设置在所述箭体1的中轴线上，保证喷射中心位于水火箭的轴线上，以此可保证水火箭的飞行稳定性，保证在推力上驱动水火箭水平直线飞行。

在其中一个实施例中，本发明还包括设置在副腔11内与所述充气嘴Ⅰ3连通的气囊104，本实施例中，利用对气囊104加压取代对副腔11加压，可以降低活塞2的滑动密封配合要求，具体地，气囊104采用弹性塑料材质制成，通过充气嘴Ⅰ3进行充气加压，气囊104膨胀后贴合副腔11的腔壁进行膨胀，在活塞2移动时，副腔11的空间横向变大，气囊104随之进行膨胀，直至气囊104内压强与主腔12内压强相等。

在其中一个实施例中，所述喷嘴5包括设置在箭体1上的通孔Ⅰ51和设置在通孔Ⅰ51上的堵头52，堵头52与通孔Ⅰ51的组合方式，可以保证喷嘴5的结构简单，同时便于控制通孔Ⅰ51的堵塞和开启，具体地，在向主腔12注水之前，打开堵头52通过通孔Ⅰ51往主腔12内注水，在注水之后，通过堵头52将通孔Ⅰ51堵塞，保证主腔12内的密封性，之后再完成副腔11和主腔12的加压后。

在其中一个实施例中，本发明还包括控制所述堵头52堵塞或打开通孔Ⅰ51的喷嘴控制机构9，以控制水火箭开始飞行，在一个具体实施例中，喷嘴控制机构9采用环形电磁铁91加电控盒92的组合，电控盒92用于控制环形电磁铁91通电和断电，此时，堵头52采用铁质材料制成，例如铁，环形电磁铁91设置在水火箭发射平台7上，且位于通孔Ⅰ51位置，在将堵头52插入通孔Ⅰ51后，电控盒92控制环形电磁铁91通电与吸引堵头52以此固定堵头52的位置，保持堵头52堵塞通孔Ⅰ51，在需要控制水火箭开始飞行时，电控盒92控制环形电磁铁91断电，堵头52失去牵制力，此时液体10受高压气体101的推力，从弯管6内喷出，形成推力，实现水火箭的飞行。本实施例中，堵头52与通孔Ⅰ51之间可以通过密封圈保持密封，以此，喷嘴5的开启无需浪费液体10的推力，可以节约小部分推力，提高水火箭的飞行距离，另外，喷嘴5配合喷嘴控制机构9的组合，结构也相当简单方便，只需要一个控制指令既可以简单可靠的释放，水火箭的可重复使用和低成本也得到了沿用。

在其中一个实施例中，所述腔体为圆柱形腔体，便于活塞2的密封滑动配合，且箭体1整体也呈圆筒形，其箭体1前部设置有头锥13，箭体1后部设置有尾翼14，提高飞行效果。

在其中一个实施例中，所述活塞2侧壁设置有密封圈21，所述密封圈21与所述腔体内壁接触，提高活塞2的密封效果。

本发明还提供一种发射系统，包括水平飞行水火箭和发射平台7，所述水平飞行水火箭和发射平台7通过导轨滑块连接，还包括控制所述喷嘴5打开工作的喷嘴控制机构9。

本发射系统可以在水火箭起飞时提供一定直线飞行的导向作用，避免水火箭飞行偏向，另外为喷嘴控制机构9提供安装空间，具体地，发射平台7包括导轨板71和安装板72，安装板72与导轨板71垂直，且安装板72设置在导轨板71的一端，其中，导轨板71靠近安装板72的一侧设置有导轨102，箭体1的上部设置滑块103，滑块103滑动配合在导轨102内。安装板72的中心设置有通孔Ⅱ721，在通孔Ⅱ721的外侧设置有环形电磁铁91，安装板72上还设置有充气通孔722，在箭体1的尾部滑动至安装板72处时，通孔Ⅰ51和通孔Ⅱ721对齐，充气嘴Ⅱ4与充气通孔722对齐，在通过通孔Ⅰ51注水之后，将堵头52从通孔Ⅱ721塞入至通孔Ⅰ51，电控盒92控制环形电磁铁91通电固定堵头52位置。另外，当堵头52和通孔51简单密封配合时，其堵头52和通孔51的径向配合力满足密封要求，而堵头52和通孔51轴向上的配合力较小，当腔体内压力较大的时候，箭体1受到到振动，会出现向前飞行，堵头52滞留原地的情况，因此，可以通过堵头52与通孔Ⅰ51过盈配合，或者在导轨和滑块上设置箭体位置固定机构，避免在副腔11和主腔12加压后，箭体1主动向前飞行。其中箭体位置固定机构可以是设置在导轨板71上的电磁铁，此时滑块103采用铁质材质制成，该电磁铁通过电控盒92控制通断电，以此可以将滑块103的位置固定在导轨102的设定位置，在将水火箭安装至发射平台7时，控制盒92控制电磁铁吸住滑块103限定滑块103位置，并控制环形电磁铁91吸住堵头52，限制堵头52的位置，在水火箭启动时，控制盒92控制该电磁铁和环形电磁铁91同时断电，堵头51脱离的同时，滑块103沿导轨102移动。

在其中一个实施例，所述发射平台7架设在无人机8上，可以实现水火箭的机载水平发射，其中无人机8可以采用旋翼无人机或固定翼无人机，本实施例中，水火箭起飞时可以借助无人机8的动力和势能，使的水火箭飞行的距离更远，速度更快，另外，正因为水火箭可以实现水平发射和水平飞行，因此可以借助无人机8实现发射，因此可以低成本实现高速的飞行来达到相关的科研目的或者娱乐。另外，本实施例中水火箭的飞行驱动力不会对无人机8形成反推作用力，箭体1对无人机8的作用力为滑块103对导轨102的摩擦力，此力可以忽略，因而发射平台7能稳定发射，并且发射瞬间不会对无人机8产生大的作用力，保证了无人机8的安全。

本发明还提供一种水平飞行水火箭发射方法，使用水平飞行水火箭，包括如下步骤：

通过喷嘴5向主腔12内注入设定容量的液体10，注入完毕后关闭喷嘴5；

通过充气嘴Ⅱ4将主腔12内加压至设定压力，并通过充气嘴Ⅰ3将副腔11内加压至设定压力；

打开喷嘴5，喷嘴5喷出水气形成反作用力推动箭体1向前运动。

如图11-图14所示，在水火箭的飞行过程中，副腔11的容积逐渐变大，主腔12的容积逐渐变小，且主腔12内的水位基本保持不变，甚至积聚升高，保证飞行具有持续可靠的动能。

本发明一个具体实施例的具体工作原理：

首先，通过通孔Ⅰ向主腔12内注入所需量度的液体10，然后将箭体1装载在无人机8的发射平台7上，安装到位后，将堵头52插入通孔Ⅰ51并通过环形电磁铁91固定，并同时对箭体1的主腔12进行密封，随后电控盒92控制电磁铁固定滑块103的位置；

然后通过后端的充气嘴Ⅱ4对主腔12进行充气加压(图8状态)；

加压到位后，在通过箭体1前端的充气嘴Ⅰ3给气囊104进行充气加压，此时气囊104膨胀并推动活塞2移动，活塞2移动至一定位置后停下，通常活塞2位于箭体1的1/3-1/2长度处(图10状态)；

在电控盒92控制环形电磁铁91和电磁铁断电，滑块103解除位置锁定，堵头52会在主腔12压力的作用下向后飞出(图11状态)，因此主腔12内的液体10也会在压强作用下从通孔Ⅰ51喷出(图13状态)，形成反推力，水火箭向前飞行，主腔12压力降低，副腔11因此推动活塞2向后运动，维持了主腔12的压强和水位。液体10通过弯管6导入箭体1中心向后喷出，保持飞行推力和速度。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。