用输液器设计制作的水火箭二级分离器
摘要：用医用输液器滴斗做成一个塞子，打气可以使塞子膨胀，泄压后塞子收缩。将此气囊塞子塞进压力槽的瓶口。给气囊打气加压，让气囊塞头膨胀而牢牢地堵住瓶口。继续加压到一定压力时，气囊塞头里的单向压力阀开启，使压力槽增压达到足够的压力。若使气囊塞头泄压，那么膨胀的气囊将收缩而塞不住瓶口，这样压力槽内的强大压力将冲开塞头，使塞头与箭体脱离。本分离器也可以控制多级水火箭的级间分离，还可用来控制打开降落伞。
关键词：医用输液器，水火箭， 二级水火箭分离器 ，泄压气囊
一、设计背景
水火箭是利用常见的塑料瓶(如可乐瓶)为材料，以牛顿第三定律(作用力与反作用力)为原理，以空气压力和水作为动力的环保火箭模拟飞行器。水火箭发射是一种模拟火箭发射过程的课外科技活动，其活动过程刺激但也很安全，是寓教于乐、科技含量高、深受广大青少年喜爱的综合实践性较高的科普活动。现市场有简单橡皮塞气压型、一级水气压力释放型和外力控制触发分离型三种二级水火箭发射分离器，前二种水火箭分离器在安全性和可控性上面有明显缺陷，且对一级箭体的动力利用不够充分，从而影响发射高度。第三种巧妙地利用了第一级水火箭加速上升过程中作用在分离控制翼上的空气阻力来控制分离，充分利用了一级箭体的推力，且两级箭体间气压差很小。且安全环保，性能稳定，但是在制作材料上受限，成本较高。 所以我们在水火箭的设计制作时，对水火箭发射的控制方式在不断地进行改进。一直在寻求一种简便的、取材容易的、工作可靠的分离器。 经过多次试验，我们研制了用输液器滴斗设计制作了泄压气囊塞头二级水火箭分离器。
二、方案制定
用医用输液器滴斗做成一个塞子，打气可以使塞子膨胀，泄压后塞子收缩。将此气囊塞子塞进压力槽的瓶口。给气囊打气加压，让气囊塞头膨胀而牢牢地堵住瓶口。继续加压到一定压力时，气囊塞头里的单向压力阀开启，使压力槽增压达到足够的压力。若使气囊塞头泄压，那么膨胀的气囊将收缩而塞不住瓶口，这样压力槽内的强大压力将冲开塞头，使塞头与箭体脱离。本分离器也可以控制多级水火箭的级间分离，还可用来控制打开降落伞。如图1所示
图1泄压气囊塞头水火箭分离器。
三、工作原理
气囊的进气端有一个泄压阀，气囊的外径与水火箭压力槽瓶口内径相同，出气端有一个单向压力阀。将气囊塞入水火箭压力槽的瓶口，关闭泄压阀，从进气针给气囊加气，气囊膨胀，牢牢地堵住瓶口，继续加压时，单向压力阀被打开，给压力槽充气，一直加到所需压力，水火箭充气完毕。这时若打开泄压阀，气囊泄压，不能堵住瓶口，瓶内的压力将气囊塞子冲开。达到塞子与瓶体分离的目的。
四、制作过程
1,材料选择：一次性输液器、（剪下瓶塞穿刺器和滴斗）、牙签、气门芯橡皮管、502胶水。如图2所示
图2制作材料
2.制作过程：（1）单向压力阀制作：① 剥去滴斗上端的胶管，将牙签插入滴斗上端的出口，插入2毫米深，堵住出口，用502胶水封固。切掉多余的牙签。如图3所示
图3单向压力阀示意图
② 用注射针头在出口端的管子上垂直地扎一个通孔。套上一段气门芯橡皮管，用线扎牢橡皮管。如图4所示
（2）加装进气气针制作：用砂布将瓶塞穿刺器打毛，将瓶塞穿刺器插进滴斗的另一端，滴一点502胶，迅速将瓶塞穿刺器完全插入。完成后的分离器可与打气筒的夹子直接对接。如图5所示
图5加装进气气针制作图
五、测试
1.加压试验：用自行车打气筒连接分离器的进气气针，按住泄压阀气塞，给分离器打气。打2-3下，气囊膨胀，单向压力阀开启。继续打气，气从单向压力阀放出。若接入压力表，加压到1公斤/平方厘米时，单向压力阀应该开启。如果压力阀开启压力过小（小于1公斤/平方厘米）会导致密闭不紧。从而不能给压力槽储存更大的压力。解决方法是用较厚的气门芯橡皮管。如图6所示
图6气囊加压试验 图7分离试验
2.分离试验：将分离器塞入一个完好的可乐瓶瓶口。如果气囊外径不够粗，加压后不能堵住瓶口，就要将气囊浸入开水中几秒钟，再塞入瓶口，按住泄压阀气塞打气，这样就能堵住瓶口的。开始充气加压，气囊开始膨胀并封住瓶口，压力表达到1公斤/平方厘米时开始给瓶内充气，试验数据表明气压可加到7公斤/平方厘米以上，气囊能牢牢地堵住瓶口。分离器不会自行脱开。当松开泄压阀塞子时，可乐瓶与分离器瞬间分离。如图7所示
六、实例应用
图8所示实践应用
图8实践应用
七、创新点
1.“泄压气囊塞分离器”的设计，达到了取材容易、制作简单、工作可靠的目标。
2.通过对泄压气囊分离器的试制，我感受到：只要不断地探索，反复的实践，我们一定能战胜困难，能找到有效的解决方案。然而，研制过程能使我们的动手动脑能力得到培养，分析问题、解决问题的能力得到提高。最重要的是能磨练我们克服困难的意志，使我们有能力面对人生中的各种挑战。
3.我们知道简单的发射方式，是用橡皮塞塞紧可乐瓶瓶口，形成一个密闭的空间．把气体打入密闭的容器内，使得容器内空气的气压增大，当压力超过橡皮塞与瓶口接合的最大摩擦力时，橡皮塞与瓶口自由脱离，箭体内的水向后喷出，火箭获得反向推力射出。然而，由于橡皮塞的松紧程度的差异，火箭会冷不防地冲出，不能保证火箭的发射质量。
