一种用于水火箭的并联式模块化柔性动力装置

1.本发明涉及模型水火箭技术领域，尤其涉及一种用于水火箭的并联式模块化柔性动力装置。


背景技术：

2.水火箭制作主要分为箭体、头锥、尾翼三个部分。箭体为水火箭主体部分，多为碳酸饮料瓶制成。维持水火箭基本外形，并内部连通形成空腔，存储适量水和高压气体作为飞行动力。头锥位于箭体前部充当整流罩，多为圆锥形橡胶部件，以维持水火箭良好的气动外形。尾翼位于箭体尾部，多为硬纸板或薄木板剪裁而成，维持整体平衡和稳定姿态。
3.水火箭的工作原理为：箭体空腔形成一个密闭的空间，灌入约三分之一容积的水，将高压气体打入密闭的容器内，使内部气压增大。水火箭释放后，箭体空腔内气压高于外界大气，箭体内的水在高压气体的作用下向后喷射而出。根据力的相互作用，箭体受到反作用力加速上升，然后在空中惯性滑翔飞行，最后形成一个飞行轨迹，到达一定高度。
4.水火箭惯性飞行时间和飞行高度，与喷射水的质量流率有关。箭体空腔和外界大气的压差，影响喷水速度；箭体空腔容积、喷嘴面积，影响喷水质量。
5.水火箭的动力装置是整体结构中最重要的组成部分。动力装置存储水和高压气体，对耐压性、气密性、稳定性均有较高要求。经调研，目前水火箭制作中，均采用碳酸饮料瓶串联连接，内部连通形成空腔的方案。这要求箭体同时起到维持外形的结构支撑、充当动力装置两方面作用，对箭体制作的精细化要求甚高，容错度低。若箭体弯曲，则发射过程中难以竖直上升，造成轨迹偏斜、飞行高度低的问题；若箭体有缝隙、气密性较差，则水流出或高压气体泄露，造成动力不足，飞行高度低、飞行时间短；若箭体表面不光滑平整，则难以将头锥和尾翼固定在其表面，造成整体结构不协调，失稳失控。且这种方式制作的水火箭，适应性差、应用场景和用途单一，需将同一结构、类型的水火箭，重复制作多种规格以满足不同需求。且目前连接贯通碳酸饮料瓶制作的箭体，易受损，重复使用次数低，大大增加了水火箭模型的手工制作的时间和人力成本。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于水火箭的并联式模块化柔性动力装置。
7.为实现上述发明目的，本发明提供一种用于水火箭的并联式模块化柔性动力装置，包括:头锥部，级间部、尾翼部和动力部；
8.所述头锥部，级间部、尾翼部依次同轴且可拆卸地连接；
9.所述动力部与所述尾翼部可拆卸地连接；
10.所述级间部至少设置有一个；
11.所述头锥部内设置有降落伞装置；
12.所述动力部设置有一个或者多个并联。
13.根据本发明的一个方面，若所述动力部设置为一个，则所述动力部包括：储仓，储
仓连接座和喷嘴；
14.所述储仓为一端具有开口结构的中空筒状体；
15.所述储仓连接座套设在所述储仓设置所述开口结构的开口端；
16.所述喷嘴可拆卸的与所述储仓连接座相连接；
17.沿远离所述储仓的方向，所述喷嘴中用于介质喷出的喷射通道的口径是由大变小的。
18.根据本发明的一个方面，所述储仓为柔性可伸缩的中空容器。
19.根据本发明的一个方面，所述储仓连接座为两端开口的中空筒状体；
20.所述储仓连接座包括：连接支承结构和与所述连接支承结构同轴设置的储仓开口连接结构；
21.所述连接支承结构与所述储仓的开口端形状相配合的设置，且相互固定连接；
22.所述储仓开口连接结构与所述储仓的开口结构同轴设置，且相互固定连接；
23.所述连接支承结构远离所述喷嘴的一端与所述尾翼部螺纹连接；
24.所述喷嘴套设在所述储仓开口连接结构上，且采用螺纹连接。
25.根据本发明的一个方面，若所述动力部设置为多个并联，则所述动力部包括：储仓，储仓连接座和并联连接座；
26.所述储仓为一端具有开口结构的中空筒状体；
27.所述储仓连接座套设在所述储仓设置所述开口结构的开口端；
28.所述并联连接座阵列设置有多个贯穿其本体的安装位；
29.所述储仓连接座可拆卸地安装在所述安装位中；
30.所述并联连接座的外侧面与所述尾翼部螺纹连接。
31.根据本发明的一个方面，还包括：喷嘴；
32.所述喷嘴在所述储仓连接座远离所述储仓的一侧可拆卸地连接；或者，所述储仓连接座通过所述喷嘴与所述并联连接座可拆卸地连接；
33.沿远离所述储仓的方向，所述喷嘴中用于介质喷出的喷射通道的口径是由大变小的。
34.根据本发明的一个方面，所述储仓为柔性可伸缩的中空容器。
35.根据本发明的一个方面，所述储仓连接座为两端开口的中空筒状体；
36.所述储仓连接座包括：连接支承结构和与所述连接支承结构同轴设置的储仓开口连接结构；
37.所述连接支承结构与所述储仓的开口端形状相配合的设置，且相互固定连接；
38.所述储仓开口连接结构与所述储仓的开口结构同轴设置，且相互固定连接。
39.根据本发明的一个方面，所述并联连接座包括：座体和设置在所述座体一侧的凸台；
40.所述安装位设置在所述座体上，其包括：限位安装部和通道连接部；
41.所述凸台与所述安装位一一对应的设置，且所述通道连接部贯穿所述凸台；
42.所述限位安装部和所述通道连接部相互同轴的设置；
43.所述限位安装部与所述连接支承结构形状相配合的设置；
44.所述通道连接部与所述储仓开口连接结构螺纹连接，所述喷嘴与所述凸台螺纹连
接；或者，所述储仓连接座通过所述喷嘴与所述通道连接部螺纹连接。
45.根据本发明的一个方面，所述储仓为tpu薄膜容器，其器壁厚度为1～5mm；
46.所述头锥部，所述级间部和所述尾翼部分别采用pvc塑料制成。
47.根据本发明的一种方案，本发明的水火箭将各部分模块化的可拆卸设置，可以使水火箭的各部分制作为标准件，根据需要进行组装即可，大大降低手工制作模型的难度。
48.根据本发明的一种方案，本发明的装置重量轻、动力充足，结构简单、装卸方便，可靠性高。
49.根据本发明的一种方案，本发明可实现动力部的模块化设置，可根据需要将动力部设置为单独结构，也可设置为并联结构，极大的提高了本方案在动力输出上的灵活配置。
50.根据本发明的一种方案，本发明的储仓采用可伸缩的形式设置，可以在充满介质后对介质提供进一步的压力，进而使得本发明的动力更为充沛，同时，通过可伸缩的形式，还可使得储仓的容积实现进一步扩展，对保证本发明的动力更为有益。
51.根据本发明的一种方案，本发明的储仓采用tpu薄膜容器，其气密性好、耐压值高，变形恢复时可以压制介质快速均匀喷出，提供稳定动力。而且其成本低，制作方便。另外，其还是一种环保材料，有效消除了其废弃后对环境的污染。
52.根据本发明的一种方案，可以依据不同动力大小的需求，改变箭体长度，选用不同长度的动力装置，实现纵向的可变动力。
53.根据本发明的一种方案，可以依据不同动力大小的需求，并联多个动力储仓，提供多种规格的动力大小。实现横向的可变动力。
54.根据本发明的一种方案，可以通过安装喷嘴，扩张或缩小水火箭介质喷出面积，从而改变水的质量流率，由此满足不同应用场景的动力需求，方便快捷实现变动力。
55.根据本发明的一种方案，动力部具有模块化、轻量化，动力充足、结构简单、装卸方便，可靠性高等的优点。无需连接多节碳酸饮料瓶来扩充动力空间，无需粘贴尾翼、头锥等零部件，只需要将模块成品零部件组装起来，即可形成一个完整且可靠的模型水火箭，最大限度地减轻制作模型的手工、材料、时间成本。
56.根据本发明的一种方案，本发明在教育教学创新领域和航空航天知识普及方面具有很好的应用前景。随着民众对于航空航天领域也越来越感兴趣，学生们对航模制作热情不减，水火箭作为一种简易模型是初学者了解、接触和入门的不错选择。本发明装卸快捷，组装方便，避免复杂的手工制作，可以快速了解模型水火箭组成部分和功能实现等知识。提供一种结构简单、操作容易的模块化零件，降低制作门槛，是顺应发展需求的必要举措。
57.根据本发明的一种方案，本发明的各部分方便更换，整体能够连续多次、无损耗、快速地用于模型发射，起到保护箭体、节省实验成本、缩短间隔时间的作用。因此创造了良好的实验条件和平台，适合有一定基础，需要以模型水火箭为平台，进一步开展科学研究的高水平使用者。研究人员可以用水火箭搭载其他各类载体进行专业领域的实验验证，满足低成本、多次重复、控制变量等实验要求。
附图说明
58.图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的并联式模块化柔性动力装置的主视图；
59.图2是示意性表示图1的爆炸图；
60.图3是示意性表示根据本发明的一种实施方式的内部结构图；
61.图4是示意性表示根据本发明的一种实施方式的储仓的结构图；
62.图5是示意性表示根据本发明的一种实施方式的储仓连接座的结构图；
63.图6是示意性表示根据本发明的一种实施方式的喷嘴的结构图；
64.图7是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的并联式模块化柔性动力装置的内部结构图；
65.图8是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的并联连接座的结构图；
66.图9是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的并联连接座的俯视图。
具体实施方式
67.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
68.在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
69.下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
70.结合图1、图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种用于水火箭的并联式模块化柔性动力装置，包括:头锥部1，级间部2、尾翼部3和动力部4。在本实施方式中，头锥部1，级间部2、尾翼部3依次同轴且可拆卸地连接。在本实施方式中，头锥部1整体呈锥状的中空结构，在其大直径端设置有内螺纹，以实现与级间部2的可拆卸连接。在本实施方式中，级间部2呈两端开口的中空圆筒。其中，级间部2一端设置有外螺纹与头锥部1的内螺纹相连接，另一端也设置有内螺纹以实现与其他结构的连接。在本实施方式中，级间部2可设置为一个，也可设置为多个，用于实现水火箭长度的灵活调整。当级间部2设置有多个时，其同样采用螺纹连接的方式依次实现固定。而最后一个级间部2的内螺纹则用于与尾翼部3可拆卸地连接。在本实施方式中，尾翼部3包括：连接支撑筒和多个尾翼舵面。其中，连接支撑筒呈两端开口的中空圆筒，尾翼舵面等间隔的在连接支撑筒的外侧面上设置。在本实施方式中，连接支撑筒一端设置有外螺纹以实现与最后一个级间部2内螺纹的连接，另一端设置有内螺纹以用于与动力部4可拆卸地连接。
71.在本实施方式中，头锥部1，级间部2、尾翼部3相互连接构成水火箭的外壳体，其内部为中空结构以用于容纳其他结构组件。在本实施方式中，头锥部1内设置有降落伞装置11；该降落伞装置11包括降落伞和用于收纳降落伞的伞仓。通过降落伞装置11对降落伞的释放以实现水火箭整体的可靠回收，保证整个水火箭的结构安全和重复使用次数。
72.在本实施方式中，动力部4设置有一个或者多个并联。通过设置动力部4的数量，以
实现水火箭飞行距离的控制。
73.根据本发明的一种实施方式，头锥部1，级间部2、尾翼部3均采用pvc塑料制成，且均采用模具塑成型的方式制成。
74.通过上述设置，本发明的头锥部1，级间部2、尾翼部3所采用的材质坚固，塑形持久，具备良好的气动外形和可靠的防护能力。
75.结合图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，若动力部4设置为一个，则动力部4包括：储仓41，储仓连接座42和喷嘴43。在本实施方式中，储仓41为一端具有开口结构的中空筒状体；储仓连接座42套设在储仓41设置开口结构的开口端；喷嘴43可拆卸的与储仓连接座42相连接。在本实施方式中，沿远离储仓41的方向，喷嘴43中用于介质喷出的喷射通道的口径是由大变小的。
76.通过上述设置，将喷嘴43中的喷射通道设置为截面面积可变的，实现了动力的控制，对保证水火箭的飞行速度、高度等实现了稳定可控。
77.结合图3和图4所示，根据本发明的一种实施方式，储仓41为柔性可伸缩的中空容器。在本实施方式中，储仓41为具有高弹性和高模量的柔性tpu薄膜容器。在本实施方式中，储仓41采用模具灌塑成型的方式制成，其侧壁厚度为1～5mm，可根据充入介质的压力进行相应的选择。在本实施方式中，储仓41设置有开口结构的开口端呈漏斗状结构，其余部分呈圆柱状结构。在本实施方式中，储仓41在未注入介质的情况下其底端呈平底状，当充满介质(如气体和液体)后，储仓41可沿轴向伸长变形，底端可变为球面底，以实现最大限度的储存动力。在本实施方式中，为保证储仓41变形的控制和结构强度，可选择性的对底端和/或侧壁进行加厚处理，以实现储仓41各部分厚度是一致的或者是不同的，以实现储仓的稳定储能效果。在本实施方式中，储仓41在释放内部介质时，其形状可实现相应的变化直至压着内部介质喷射完后恢复至初始形状。
78.在本实施方式中，开口端的截面呈锥面或球面，可根据需要进行设置。
79.在本实施方式中，开口结构呈直圆管状，方便内部介质的流场输出。
80.结合图3和图5所示，，根据本发明的一种实施方式，储仓连接座42为两端开口的中空筒状体。在本实施方式中，储仓连接座42包括：连接支承结构421和与连接支承结构421同轴设置的储仓开口连接结构422；在本实施方式中，连接支承结构421与储仓41的开口端形状相配合的设置，且相互固定连接；储仓开口连接结构422与储仓41的开口结构同轴设置，且相互固定连接；在本实施方式中，连接支承结构421远离喷嘴43的一端与尾翼部3螺纹连接。
81.在本实施方式中，储仓连接座42采用pvc塑料制成，且可采用模具灌塑成型。通过上述设置，通过采用pvc塑料并结合模具灌塑成型的储仓连接座42，具备优良的结构支撑能力和紧密的连接固定作用，有效保证了储仓连接座42的结构稳定性和对储仓41开口端的稳定支撑，保证了储仓41的使用稳定性。
82.在本实施方式中，储仓41与储仓连接座42相互粘合的设置，具体的，可采用热覆合方式将储仓41与储仓连接座42压紧粘合，不仅保证了连接强度，还有效的降低了结构复杂性，使得其结构简单牢固。具体的，储仓41的开口端与储仓连接座42的连接支承结构421相互固定，储仓41的开口结构与储仓开口连接结构422相互固定。
83.结合图3和图6所示，在本实施方式中，喷嘴43套设在储仓开口连接结构422上，且
采用螺纹连接。在本实施方式中，喷嘴43的安装用于减小水火箭喷出介质的出口面积，其可根据需要进行更换成不同开口大小的，以实现水火箭飞行的灵活调整。
84.结合图3和图6所示，在本实施方式中，喷嘴43采用pvc塑料制成，并采用模具灌塑成型。在本实施方式中，喷嘴43包括：同轴设置的第一柱体部分和第二柱体部分。其中，第一柱体部分的直径要大于第二柱体部分的直径。在本实施方式中，喷射通道贯穿第一柱体部分和第二柱体部分设置，且在第一柱体部分中的喷射通道设置有内螺纹，以实现与储仓连接座42的储仓开口连接结构422的外螺纹相互旋合。而喷射通道在第二柱体部分的直径要小于其在第一柱体部分的直径，进而实现通道截面积的缩小变化。在本实施方式中，喷射通道在第二柱体部分中的直径是恒定的，也可以是沿远离第一柱体风向逐渐减小的，其设置方式可根据需要进行相应的设置，以能够实现喷出介质达到相应的要求即可。
85.结合图7、图8和图9所示，根据本发明的另一种实施方式，若动力部4设置为多个并联，则动力部4包括：储仓41，储仓连接座42和并联连接座44。在本实施方式中，储仓41为一端具有开口结构的中空筒状体；储仓连接座42套设在储仓41设置开口结构的开口端。在本实施方式中，并联连接座44阵列设置有多个贯穿其本体的安装位441；储仓连接座42可拆卸地安装在安装位441中。在本实施方式中，并联连接座44的外侧面与尾翼部3螺纹连接。
86.结合图7和图4所示，根据本发明的另一种实施方式，储仓41为柔性可伸缩的中空容器。在本实施方式中，储仓41为具有高弹性和高模量的柔性tpu薄膜容器。在本实施方式中，储仓41采用模具灌塑成型的方式制成，其侧壁厚度为1～5mm，可根据充入介质的压力进行相应的选择。在本实施方式中，储仓41设置有开口结构的开口端呈漏斗状结构，其余部分呈圆柱状结构。在本实施方式中，储仓41在未注入介质的情况下其底端呈平底状，当充满介质(如气体和液体)后，储仓41可沿轴向伸长变形，底端可变为球面底，以实现最大限度的储存动力。在本实施方式中，为保证储仓41变形的控制和结构强度，可选择性的对底端和/或侧壁进行加厚处理，以实现储仓41各部分厚度是一致的或者是不同的，以实现储仓的稳定储能效果。在本实施方式中，储仓41在释放内部介质时，其形状可实现相应的变化直至压着内部介质喷射完后恢复至初始形状。
87.在本实施方式中，开口端的截面呈锥面或球面，可根据需要进行设置。
88.在本实施方式中，开口结构呈直圆管状，方便内部介质的流场输出。
89.结合图7和图5所示，根据本发明的另一种实施方式，储仓连接座42为两端开口的中空筒状体。在本实施方式中，储仓连接座42包括：连接支承结构421和与连接支承结构421同轴设置的储仓开口连接结构422；在本实施方式中，连接支承结构421与储仓41的开口端形状相配合的设置，且相互固定连接；储仓开口连接结构422与储仓41的开口结构同轴设置，且相互固定连接；在本实施方式中，连接支承结构421远离喷嘴43的一端与尾翼部3螺纹连接。
90.在本实施方式中，储仓连接座42采用pvc塑料制成，且可采用模具灌塑成型。通过上述设置，通过采用pvc塑料并结合模具灌塑成型的储仓连接座42，具备优良的结构支撑能力和紧密的连接固定作用，有效保证了储仓连接座42的结构稳定性和对储仓41开口端的稳定支撑，保证了储仓41的使用稳定性。
91.在本实施方式中，储仓41与储仓连接座42相互粘合的设置，具体的，可采用热覆合方式将储仓41与储仓连接座42压紧粘合，不仅保证了连接强度，还有效的降低了结构复杂
性，使得其结构简单牢固。具体的，储仓41的开口端与储仓连接座42的连接支承结构421相互固定，储仓41的开口结构与储仓开口连接结构422相互固定。
92.根据本发明的另一种实施方式，动力部4还包括：喷嘴。在本实施方式中，喷嘴在储仓连接座42远离储仓41的一侧可拆卸地连接；或者，储仓连接座42通过喷嘴与并联连接座44可拆卸地连接。
93.在本实施方式中，喷嘴采用螺纹连接的方式与相应的结构旋合连接。在本实施方式中，喷嘴的安装用于减小水火箭喷出介质的出口面积，其可根据需要进行更换成不同开口大小的，以实现水火箭飞行的灵活调整。
94.在本实施方式中，喷嘴采用pvc塑料制成，并采用模具灌塑成型。在本实施方式中，喷嘴包括：同轴设置的第一柱体部分和第二柱体部分。其中，第一柱体部分的直径要大于第二柱体部分的直径。在本实施方式中，喷射通道贯穿第一柱体部分和第二柱体部分设置，且在第一柱体部分中的喷射通道设置有内螺纹，以实现与储仓连接座42的储仓开口连接结构422或并联连接座44的旋合连接。
95.在本实施方式中，喷射通道在第二柱体部分的直径要小于其在第一柱体部分的直径，进而实现通道截面积的缩小变化。在本实施方式中，喷射通道在第二柱体部分中的直径是恒定的，也可以是沿远离第一柱体风向逐渐减小的，其设置方式可根据需要进行相应的设置，以能够实现喷出介质达到相应的要求即可。
96.结合图7、图8和图9所示，根据本发明的另一种实施方式，并联连接座44包括：座体44a和设置在座体44a一侧的凸台44b。在本实施方式中，安装位441设置在座体44a上，其包括：限位安装部4411和通道连接部4412；其中，凸台44b与安装位441一一对应的设置，且通道连接部4412贯穿凸台44b。在本实施方式中，限位安装部4411和通道连接部4412相互同轴的设置；限位安装部4411与连接支承结构421形状相配合的设置。
97.在本实施方式中，通道连接部4412与储仓开口连接结构422螺纹连接，喷嘴43与凸台44b螺纹连接；或者，储仓连接座42通过喷嘴43与通道连接部4412螺纹连接。
98.在本实施方式中，座体44a上设置有四个安装位441。进而可通过其安装四个储仓41以构成并联式动力组合体。
99.根据本发明，本发明的方案使得繁杂的水火箭箭体和动力装置制作简化为模块组装，降低制作难度和门槛。
100.根据本发明，本发明的各部分均可以标准化生产，有利于保证其高质量、高使用性能，同时可以大大降低制作难度，吸引更多民众了解、制作水火箭，对于宣传航空航天、普及科学知识、培养创新和实践能力，具有重要意义。
101.根据本发明，使用者可以选择合理数量、类型的模块，通过简单的模块组装，实现快速制作多种规格的水火箭，以满足不同场合的应用需求。例如水火箭表演活动时，为了观赏效果，需要尽可能延长水流喷射时间，则选用小面积的喷嘴。水火箭竞技比赛时，为了飞行高度，需要尽可能提供大动力，则选用大容积动力舱、并联多个动力舱的方案。
102.根据本发明，由于本方案的动力部能够快速方便地更换，降低水火箭损耗程度和速度，增加实验次数、提高模型利用率、降低实验成本。因此可多次重复实验，以水火箭为搭载平台，携带滑翔机等各类载体，实验验证流体力学、空气动力学、航空器航天器总体设计等领域的相关知识。
103.上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
104.以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。