ロケットを飛ばす

ロケット

(画像はイメージです)

高校時代に部活でロケットを作って飛ばしてたのでそれに関連する話を.あまり色々書いてしまうとまずい気がするので少しだけです.主に資料として残しておくのをすっかり忘れてたことを,自分も忘れてしまわないうちに書いておこうという備忘録です.

秩父高校化学部のページに(主に私が書いた)資料があります.グラフなどの実験データは全部学校のパソコンに入ってるはずなのですが…….計測用に作ったプログラムとかも持ち出してくればよかったかも.

どんなロケット?

燃料は,過塩素酸アンモニウムと天然ゴムを使ったコンポジット推進剤です.本物のロケットにも使われてる本格的なものです(……きっと.)

ロケット自体は,銀色でフィン(羽)のついたちょっと大き目のロケット花火を思い浮かべてください(多分,そんな感じです).

ロケットの基本構造

基本構造

ロケットの本体はケント紙とアルミホイルを張り合わせて,何重にも巻いたものを使います.これは,万が一(もっと大きい確率ですが)爆発したときに,破片が飛び散って大怪我をしたり,窓ガラスが割れるのを防ぐためです.紙ですが,強度的には問題ありません.基本的には使い捨てです.

これに,羽などをつけて飛ばします.

推進剤

過塩素酸アンモニウム(NH4ClO4)と天然ゴム((C5H8)n)を使ったコンポジット推進剤です.燃焼温度を上げるためアルミニウムや二酸化マンガン等の金属粉を添加しています.過塩素酸アンモニウム以外にも,塩素酸K,過マンガン酸K等も試したりしました.

推進剤

材料を乳鉢で良く混ぜて,溶剤で固さを調節したあと,習字用半紙に推進剤をはさんでシート状にして乾かします.こうすると,薄いので曲げたり切ったり出来ます.これは,「化学と教育(日本化学会)」という本に載っていたものなのですが,なかなか便利です.

半紙は部員で唯一書道を選択しているM君が授業で書いたものが活躍しました.

理論的考察

実は,計算も少しやってたのですが,文化祭などでの発表にも,配布した冊子でも殆ど触れられていません.いつかやろうと思いながらそのままになってました.

一応,紙に残しておいたと思うけど,たぶん,私の文字は読めないでしょう.ある意味,芸術作品のような文字になってます(笑)

反応式

正直言って,過塩素酸アンモニウムがどう分解されるかの時点で分かっていません(汗).多分,塩素と窒素が出ると思うんですが,もしかしたら塩化水素も出るのかもしれません.

 2NH4ClO4 → N2 2HCl 3H2O +2.5(O2) …塩化水素が出る
 2NH4ClO4 → N2 Cl2  4H2O +2(O2)  …塩素が出る

ここから,理想的なロケットの推進力とかも導いた気がしますが,たぶん間違った数値な気がするので省略.

実験1

燃焼時,実際にどれだけの気体が出るのかだけでも測ってみたいですね.というわけで,高校の文化祭に行った時に,こっそり実験室で実験しました.常温で1g当たり,600~700mlくらいありました.水が一部,液体になってしまったりしたのを考えれば妥当なところでしょう.

点火方法

下の図は文化祭で発表したときのものです.

点火機構

色々試してみたのですが,上の図のようなものをノズルから差し込んで点火するのが良い気がしたので(ぇ?)そうしました.

詳しい内容は文化祭で発表しました.

色々

固体燃料ロケットはノウハウのかたまりで,安定して飛ぶものを作るには,かなり試行錯誤が必要です.

しかも,手作りロケットとなると,ちょっとした違いが,結果に大きく影響します.推進剤の成分比率はもちろんですが,ロケットへの詰め方,点火位置,ノズル径など,少しの違いで,上手く飛んだり爆発してしまったりします.

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