某科學的水力火箭

小時候，每次看到火箭發射都幻想自己置身其中傲游太空的，有木有?

買個二踢腳想過過癮，TMD威力比炸彈還猛，被父母追得滿屋跑的，有木有?

長大后，想DIY個模型發現火藥成違禁物了，有木有?

去玩具店買支吧，得從生活費中摳一年才夠數，物價還在嗖嗖漲啊，有木有?

想當Geek的孩紙，你們桑不起啊啊!孩紙們，Geek面前沒有困難，《Geek》今天就帶給大家一枚環保、簡易，只需30分鐘就能搞定的水力火箭!火箭全部由垃圾材料制成，“燃料”是水，加注工具是打氣筒，噴出效果比某些島國動作片更壯觀，此外，還附送骨灰級Geek遙測方案一套。

材料及工具準備

1 容量為2L的塑料可樂瓶兩只，可口可樂、百事可樂、非常可樂、雪碧……品牌不限，當然要求最好具備流線型的外觀。也可以選其他容量的，這只和發射高度及威力大小有關，2L是比較適合的尺寸。

2 打包膠帶一卷，各文具店有售。

3 熱膠槍一把，膠條若干，Geek必備。

4 硬挺的紙板，常見的瓦楞紙箱即可。

5 剪刀一把。

開工嘍

Step 1制作火箭尾翼

在大氣中飛行的飛行器都少不了尾翼，要不，方向木法控制滴，你不希望這顆發射速度相當于土制小炮的火箭奔你面門而來吧?本例火箭中使用的為固定尾翼，采用最簡單的3片式。用剪刀從紙板上裁剪三片尺寸、外形一樣的直角梯形或三角形紙片搞定。尾翼的尺寸很靈活，自己看著適中就行，過大增加重量和阻力，過小則可能不起作用。

Step 2預處理瓶身

這一步主要是標出粘接尾翼的位置。由于我們使用了粘接性很強的熱熔膠，為了防止粘接錯位和便于修改，尾翼不是直接粘在瓶身上的，而是在打包膠帶上，一旦出錯，可輕易撕下。在瓶身靠近瓶口的一端沿水平面畫出一圓周，刻出圓周的三均分點，在均分點位置分別貼上一塊打包膠帶。

Step 3固定尾翼

預熱熱膠槍，將熱熔膠涂抹在尾翼的長邊上，保持尾翼面與瓶身軸線處在同一平面，將尾翼固定在打包膠帶上。如果出錯，可以撕下膠帶，重新粘接。確認各尾翼的尺寸、重量基本一致，并均勻分布在瓶身的圓周上。

Step4制作火箭頭部

粘有尾翼的可樂瓶瓶口是充當噴口的，底部才是“火箭”的頭部，為了減少空氣阻力，得給它安一個流線型的“鼻子”。方法是剪下另外一只可樂瓶的瓶口部分，用膠將其粘在帶尾翼瓶的底部，這樣一支兩頭均為流線造型的“火箭”就完成嘍。

這……就完工了?是滴，它已經是屬于你的火箭了，雖然樣子簡陋了點，但確實能飛哦!當然需要加注“燃料”和置于發射架上才可以。《Geek》友情提示：如果覺得一個可樂瓶裝的燃料太少，可以將幾個同樣大小的可樂瓶兩端剪開、用膠帶“串聯”起來，如題圖所示。

它是怎樣工作滴?

跟以前的手工品相比，這“火箭”現在還真看不出怎么飛。以下咱們就說說它是怎么工作滴。首先你得給火箭加注燃料一水和壓縮空氣。在瓶內注入大致1／4容量的水，用帶有充氣針的塞子塞住瓶口(充氣針就是給籃球、足球充氣的那種)。噴口朝下，將火箭至于發射架(如豎直的PVC管)上，然后用充氣筒向瓶身充氣，充氣壓力視瓶口的密封塞而定，自己把握嘍(一般而言，瓶身不會爆掉的，不過這也要看人品，注意安全)。當感覺氣壓差不多的時候，用拉線或者其他工具拔出塞子(或者繼續打氣，讓瓶內的壓縮空氣自己沖開塞子)。滋～～～～“水箭”就起飛了!《Geek》與神棍最大的差別是咱不僅能做出充滿魔力的道具，還能用科學來加以闡釋和推理。這枚水力火箭在工作原理上與真正的火箭沒什么差別，都是遵從牛頓第三運動定律，利用壓縮空氣高速噴出水的反作用力獲得動力。影響動力性能的因素主要包括氣壓、噴口大小和火箭自重。由于本例中噴口固定，你可以通過改變裝水容量(自重)和氣壓的方式來優化配置，令火箭飛得更高、更遠。這種優化需要獲得火箭的飛行速度和高度參數，Geek從來不想當然，以下我們為諸位提供一份海外朋友的解決方案，屬于番外篇。

鑒于所有不以科學和探索為目的單純模仿都是耍流氓，都無法稱之為真正的Geek行為，下面為大家送來一套無線遙測方案。據此，你可以通過無線測量水力火箭在不同載重和壓力下的飛行參數，獲得最優的火箭配置。

遙測套件清單

1.JeeN0de套件，置于火箭頭部，負責數據的發射，22.5美刀；

2.JeeLink模塊，無線接收器，36.50美刀：

3.JeeLabs壓力和溫度傳感器BoschBMP085，這是一個壓差式海拔儀，用以測量火箭飛行高度，21.95美刀；

4.微型USB接口板套件，14美刀。選購件包括：

JeeLabs三軸重力加速器BMA020，用于測定火箭運行時的加速度，20美73；JeeLabs EEPROM可擦寫存儲器，128KB容量，9.5美刀。

呃……總花費不少，不過這些部件都可以作為儲備，應用到以后的作品中，還是值得。國內的電子市場和淘寶上應該也有類似的套件出售。此外，需要特別說明的是，這些元件都是散裝套件，需要自己焊接，這是技術活，得練!

遙測組件組裝

雖然具體的組裝視所采用的元件，方式不一，但總的組裝流程依然可以基本分為以下幾步：

Sfep 1 焊接套件請參考所購買套件提供的電路圖，倘若對自己手藝不放心，可請求外援。套件共有兩部分：JeeNode無線發射套件和JeeLink接收模塊，基于Arduino開源硬件方案。替代品應該很多，不一定非要選Jee這家。

Step 2 安裝數據收集倉嗯，還記得前面咱給火箭做的“鼻子”么?現在得將它拆下來，做成一個載物艙。將壓力傳感器和加速度傳感器與JeeNode套件板連接，為減少重量，可以使用鋰電或CR2032電池供電。用捆扎線固定好，并將整個組件放置在“鼻子”內。注意，不要把“鼻子”封死，后續還需要打開這個“艙”上載和讀取數據。整個套件完工后的重量約為50g。

Step 3建立數據收集通道其實就是將JeeLinl(模塊與電腦連接，以便可以使用程序讀取和分析JeeLink接收到的數據。使用USB數據線將JeeLink連接到電腦的任意USB口即可。因為是開源硬件，電腦安裝Arduino SDK后會自動識別，沒有尋找驅動程序的煩勞。

Step 4 寫入遙測程序基于Arduino的開源硬件除了可以無縫實現與電腦的連接，還能通過對硬件編程，實現各種功能，所以家里常備一套，對發揮Geek潛力大有裨益。這里需要3個程序：火箭頭部的JeeNode套件收集程序，負責獲取加速度和壓力傳感器的數值，并將其編碼發射出去；JeeLink接收解碼程序，負責數據的接受和解調；電腦端運行圖形記錄和數據分析程序。JeeNode套件收集程序需要借用小USB接口板與JeeNode套件連接，再通過USB板與電腦連接，然后使用電腦上載程序至JeeNode套件的ROM中；JeeLink接收解碼程序可以直接通過電腦寫入JeeLink套件板；數據分析程序則駐留在電腦上，啟動后會監測JeeLink接收到的數據。

調試和控制

整套方案從易于操控人手，只有三枚控制鍵(電腦鍵盤控制)，分別對應傳感器復位和存儲器清零(C鍵)，數據傳輸和記錄(W鍵)以及內置EEPROM存儲數據讀取(R鍵)。

1.首先將水力火箭在發射架上安置好，啟動電腦端控制程序，按下C鍵，此時屏幕上的高度、加速度、溫度等值應顯示為0，0，0，曲線可能會有小幅波動，此屬正常。

2.按下W鍵啟動數據傳輸和記錄，同時開始發射倒計時。火箭發射后，可以在屏幕上實時看到加速度和高度的曲線圖，待火箭落地后，按下W鍵，停止記錄。

3.你必須了解，不是每次的飛行數據都能完好地發送至電腦端，這個無線套件的功率很小，傳輸距離有限，一旦超過接收范圍，數據就會丟失。為了避免這種沮喪，我們可以在JeeNode套件插槽上插入EEPROM存儲器，它會不停記錄從發射開始的所有數據，直至耗盡EEPROM的存儲空間。事后可以使用小USB接口板連接JeeNode套件，通過電腦進行讀取，類似于飛機上的“黑匣子”。

4.使用不同的載重和氣壓值多測試幾組數據，剩下的就是數值分析了。此方案中使用的水力火箭重185g，充氣壓力約為4個大氣壓，測得的瞬間加速度高達8g以上——普通人在3～4g的加速度時已經開始頭暈惡心。所以，安全很重要，別離得太近!