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ペットボトルロケット 設計 第一回 

みなさん こんにちは。

代表の今村です。

まずはじめにサークルの近況について報告させていただきます。
現在、covid-19の影響を受けて活動を停止中です。サークル活動は、北大の対面授業の再開に合わせて解禁されるとのことなので、次期執行代の二年生を中心にじっと力をためているといった状況です。

再開後はぜひ応援の程、よろしくお願いします。

さて、ここからはペットボトルロケットを学部一年生レベルの知識を使って、設計しようというものです。
ペットボトルロケットの製作自体は、とても簡単でネット検索をすればすぐに見つかると思うので、割愛させていただきます。
※また、本ブログは"試しに設計をしてみよう"というコンセプトで書いたブログであり、物理的な正しさを保証するものではありません。

 


1.ペットボトルロケットはどうやって遠くに飛ぶのか

ペットボトルロケットは、ペットボトル中に、液体と加圧した気体を封入し、それを大気中に開放することで推力を得ている。もう少しかみ砕いて説明すると、高い圧力の気体によって、液体を勢いよく噴射し、その反動(作用反作用の法則)によって、空中に飛び立っている。※散水用のホースで水をジェット噴射したときに感じる反動で飛ぶイメージ?

ここで、このロケットをより遠くにとばすことを考えたい。まず、液体は重い方がいいのだろうか。液体が重ければ、噴射によってロケットの得る反動が大きくなる一方、自重も増大し、重力の影響を強く受けるだろう。また、液体を搭載する量を増やしたらどうだろうか。あるいは、噴射口を大きくしたらどうなるだか。

これらの解を、物理学を用いて得ようというのが、これからの流れである。



1.ペットボトルロケットの物理現象① 運動量保存則

では、ペットボトルの推力はどのように記述されるだろうか。

ロケットの構造物の重量をM、液体燃料の搭載重量をm(t)、液体燃料の噴出口の面積をA、噴射口における平均の流速をu j(t)(ベクトル量)、重力加速度をg、ロケットの速度分布をV(t)(ベクトル量)とする。

Mとgは定数

※ここで、平均の流速u j(t)について、以下のように定義する。
 u j(t)=∫u (t)dA

液体燃料の搭載質量の変化量と放出量の和が保存されるので、
m(t)+∫u j(t)Adt=m0  (m0は搭載しておいた燃料の質量で定数)
m(t)=m0-u j(t)Adt

また、ロケットと、燃料の運動量の変化量は力積になるので、
(M+m)V+(u j(t)+V)ρA|u j(t)|dt=-(M+m)gΔt
Δtを微小時間で考えて、
∂/∂t{(M+m)V+(u j(t)+V)ρA|u j(t)|dt}=-(M+m)g

ここで、u j(t)は、ロケットから見た噴流の相対速度。(u j(t)+V)は絶対速度。

計算すると、
M∂/∂tV +m(t)∂/∂t+V∂/∂t m(t) +(u j(t)+V)ρA|u j(t)|=-(M+m)g

m(t)=m0-u j(t)Adt より

(M+m)∂/∂tV= u j(t)ρA|u j(t)|(M+m(t))g

ここで、
∂/∂tV ロケットの加速度を表す。

さらに二つのベクトル量、V u jの方向は同じであるといえる。

以上より、|u j(t)|を求めれば、ロケットの加速度と速度が導出できることが分かる。





本日は、長くなったので、ここまでにします。肝心の|u j(t)|の導出は、来週以降に行う予定です。
最後まで見ていただき、ありがとうございます。

質問やその他があれば、twitterにDMください。


以下設計図下↓↓

ペットボトルロケット概略図




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近況報告

こんにちは、無事に4月から2年になった翼班の牛丸です。

最近は某コロナウイルスの影響で、授業の開始が延期になったり、北大祭の6月の開催が自粛されたりと、とても大変な時期です。
新歓がどうなるか分からないので、新入部員が入ってきてくれるかが一番の不安です。今年の新歓担当は本当にかわいそうです(ひとごと)

翼班は現在、自粛するべきなのか作業するべきなのかという葛藤に苦しんでいます。
翼班はいろんな意味で緊急事態宣言を出すべきだと思います。

最後に、皆さんはウイルスにかからないように手洗いうがいをしっかりしましょう。
P.S.新歓Twitterみてね

新歓担当の悲しい話

こんにちは、フレーム班1年の佐々木です。今年の新歓担当でもあります。

早速ですがコロナのせいで授業開始が伸び、予定していた新歓の日程が狂いました。これで二回目です。
また俺は予約していたお店にキャンセルの電話をし、日程を組みなおし、再度予約の電話を入れないといけません。
一番腹立つのは、新歓用のビラを発注した後に授業開始の延期が決まったことです。
別にそのビラ使えばいいじゃんと思うでしょう。違うんですよ、ビラの裏に新歓の日程書いてたんですよ。つまり、日程が狂った今はもうそのビラ使えないんです。腹立つっしょ?

まあ、どんだけ愚痴言ったって仕方ないんでね、引き続き新歓作業頑張ります…
皆さんコロナに気を付けていきましょうね

荷重試験

こんにちは、1年電装班員の伴野です。

2月10日と11日に荷重試験を実施しました。
1年生は初めての荷重試験の参加でした。機体に慎重に荷重をかけていき、静かな空間で桁の音を聞くという作業がとても繊細で大切な試験であることを感じました。

今は春休み期間中です。今日の会議に出席した人は少なかったですが、4月からサークルの全員が健康に学校に来れると良いと思います!

韓国人から

こんにちは
去年の10月から入ったジャンです。
今は予備課程で来年北大に入学することになりますけど、
一応入部しました。

電装班の新入部員として色々習ってますけど
まだ何がどうやっているのかよくわかりません。
ただ来週の荷重試験上手くできたらいいな、と祈るばかりです。

最近雪がいっぱい降っています。
やっと北海道みたいな感じになりました。
寒いところ帰り道お気を付けください。

来年度パイロットより

こんにちは、来年度のパイロットを務めることになりました、1年の上野です。

僕は身長が鳥人間のパイロットとしては高い方なので、現在はトレーニングをしながら減量も頑張っています。栄養学やトレーニングに関する本も読んでいるのですが、面白くてついつい時間を忘れて読みふけってしまってます。いまテスト期間中なのですが、、、、

自分たちで作った飛行機に自分が乗るという夢のような体験をさせてもらえるので、悔いが残らないよう日々トレーニングを頑張ります! 

勉強も頑張ります!

本当にあった怖い話

フレーム班の平部員です。

この間、リアスパの焼きをやりました。

ところが、配線して、コンセントをつないだ瞬間、

スライダックから火花が散りました。

このブログでは、私たちの計4回にわたるスライダックとの闘いについて語りたいと思います。


(第一回戦)
コンセントをつないだ瞬間、青白い光が!
原因はわからず・・・

(第二回戦)
原因がわからなかったので、とりあえず再び同じことをすると、同じことが起こりました。
(当たり前)

(第三回戦)
別の人にバトンタッチをしたところ、今度はオレンジの光が放たれました。

(第四回戦)
またまた別の人にバトンタッチをして、原因を解明中、、
コンセントを差し込んだ瞬間、部室はこれまでにないほど大きな白い光に包まれました。

これらは、インプットに接続しているワニぐちクリップ同士が接触していたことによる
ショートが原因でした。

(完)


皆さんも焼くときはこういうことが起こらぬよう細心の注意を払った方がいいかもしれません

2020年を迎えて

明けましておめでとうございます。
翼班の板倉です。
気が付けば2020年になってしまいましたね。
リブも積みあがる今日この頃…
各班気持ちも新たに作業が進んでいます!
すぐ近くに成人式を迎えたのち、荷重試験まであっという間です。
その間には期末試験も…
でもみんなで協力すれば乗り越えられるはず、頑張っていきましょう!

20代機体完成予想図

空力設計の大森です。
機械システムコースの熱力学Ⅰの中間テストが終わって安心(?)していましたが、もう年末ですね。
空力設計としては三面図を書き始める時期ですが、機体のモデリングが楽しくなってしまいそちらに気を取られています。
↓機体完成予想図
Assembly_pera.jpg


荷重試験はおおよそ1か月半後の2/10,11に行われます。CADだと一瞬で機体が作れて素晴らしいと思います。

あと11日

おはこんばんちは。翼班1年、来期から広報を担当する室井と申します。
早いもので2019年、令和元年もあと残り11日です。今年はフライトこそ叶いませんでしたが、鳥人間コンテストに出場することができました。また2020年度の機体の製作も少しずつですが進んでいます。
私個人としては念願かなって北大へ進学し、勉学にも鳥人間にも充実した日々を過ごしています(なお恋愛)。

2020年、オリンピックイヤー。マラソンが札幌にやってきますね。北大がコースになるという話もありますね。本音を申し上げますとどういったコースになるのか、北大に影響はあるのか、少し心配です。
鳥人間の僕としては、今年飛べなかった分、来年こそは機体を飛ばしたいという思いをもって頑張りたいと思います。

これからよろしくお願いいたします。

一年生の近況報告

こんにちは、一年生で次期代表の鈴木です。
今年の一年生は14人で活動しています。そのうち、二人は留学生で、秋から新しく入部しました。
二人を合わせて、翼班4人、フレーム班4人、プロペラ班3人、電装班3人となりました。
ちなみに僕はプロペラ班です!
最近寒くなってきましたね。僕は道内出身ではないので、最初の時期は寒さに慣れず、学校に行くことも大変に感じていました。ですが、いまではもう気温0度を下回らなければ、「あたたかい」と感じるほど寒さに慣れることが出来ました。
寒さに負けず作業頑張りたいですね!

部室のwifiがまた…

広報です。
各班ごとに2回ずつ色々書いてもらってそこからブログ2週間放置してました、すみません
部室のwifiがまた逝ってました…orz
電装班員の腕によりこのPCだけですが繋がるようになりました!すごい(小並感)
ルーター関連まで復帰はもうしばらくかかりそうです。

そろそろブログも1年生にも書かせていきたいですね。
今年は留学生も多く入ってくれているのでインターナショナルな記事がでてくるかも?
お楽しみに!

近況報告

はじめまして、パイロットの籾山です。
つい先日パワーメーター(powertap p2)を買っちゃいました。
憧れのzwiftでトレーニングをしようと、うきうきでやってみた結果!
出力が半分しか反映されない!
うーん、くそ!
まぁ、トルク効率とか出るし多少はね?
雪もちらほら積もり始めているし、エルゴとローラーで冬をこえてみせるぜ!

去年電装班長に感謝

2年電装班部員の落合です。
現在僕はESP32内蔵のCANコントローラとCANトランシーバーのMCP2562をつかってCAN通信の実装を試みております。
どうやらESP32でCAN通信を扱うにはarduino IDEに存在するライブラリを使って行うことが出来ないようなので(CAN.hというライブラリはarduino IDEにも存在するが、サンプルコードを使ってもうまく実行できなかった(泣))、開発環境をvscodeにプラグインでPlatformIO+frameworkをESP-IDFで実装しようとしています。
...ですが、正直使ったことのないものを一度に多く使おうとしているため、わからないことが多いですね(特にPlatformIO)
はまっているときに相談できる人がいないのがつらいところですね

ただ去年のコードがコメント付きできれいに残してくれたのもあって、まだ余裕なのでは?って勝手に思ってます笑笑

次ブログ書くときはCAN通信できてたらいいなぁ

北工会展示会

広報です
10/28,29に北工会文化祭がありました。
去年はコクピと翼とペラを別々に展示していたので今年はコクピとペラとK0を組み立てて展示しました。
19代の機体を部分的であっても組み立てるのはこれでおそらく最後と考えると少しもの悲しさもありますね、去年笑顔で翼のリブを手で薙ぎ払って解体した自分が言うのも何ですが…
また、正面玄関ホール2階では邦楽サークルが日本楽器を演奏してました。眠くなりますね。
なにはともあれ無事に終わってよかったです。テストは無事じゃなかったです。応数は概念応数は概念応数は概念…
(写真がうまく反映されてなかったので編集しました(11/7)
IMG_1860.png

ぺら班近況

プロペラ班班長です。

たのしい充填剤製作も終わり、今は外皮張りをやっています!
すこしリブ切りするのがおくれましたが、レーザーカッターのおかげで
け・い・か・く♡どうりに進んでいます。レーザー最高!
テンションアゲアゲでがんばります!

翼班のご挨拶

こんにちは。20代翼班長の玉田です。
今年の翼班のテーマは仲良く余裕をもってです!
ですが、まだあまり作業が進んでいません。やばいです。頑張ります!
P.S. 韓国からの留学生が新しく入ってくれました!やったね!

電装、代替わり

はじめまして。20代電装班長兼PM、本瀬です。

北海道ではもうすぐ冬。進む季節の速さと桁巻きの遅れに驚くばかりです。

明日は総会!気分も爽快!ふと気が付いたらもう今日かい!?(超面白ギャグ)

。。。お手柔らかにお願いします。

それでは。チェケラ。

総会

こんにちは、代表の今村です。

最近は、北海道もずいぶん冷え込んできて、秋の気配を感じます。

さて、こちらも秋の風物詩となっておりますが、
主にOB、OGさん向けに北大鳥人間の総会のご案内をさせていただきます。

場所:北大工学部 B31 
日程:10月11日(金) 18時半から
備考:総会後、飲み会もあります。

外部の方でも、入部希望で、興味のある方はぜひ、気軽に連絡をください。


今回は、総会の連絡となりましたが、来週は再び各班員が担当します。
来週は電装班です。お楽しみに!

組み立て試験にてバードストライク!?

皆さんこんにちは!フレーム班長の中鳥です
昨日28日に19代の機体を使って全組試験を行いました。
一年生への組み立て工程の引き継ぎを主な目的として行ったのですが、、ハプニングが!
なんと・・・
翼フィルムの中に小鳥が‼
11070.jpg

懸命に外に出ようとバタついておりました。。
これは鳥人間らしいバードストライク(?)ですね

試験自体は良好に進み、一年生も組み立ての全貌がよく見えたのではないでしょうか。
それではまた!
プロフィール

北海道大学人力飛行機製作サークルNorthernWings

Author:北海道大学人力飛行機製作サークルNorthernWings
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