독특한 물로켓에 숨어있는 단순한 원리



제가 아는 물 로켓은 페트병에 물을 추진체로 사용한 단순한 과학 실험 정도였습니다. 그런데 이거 은근 매니아가 많더군요. 2단, 물로켓도 모자라 부스터까지 장착하는 양덕들이 있었습니다. 



물의 밀로들 더 높게 하기 위해 소금을 넣기도 하고, 추력을 늘리기 위해 비누도 넣고 한답니다. 기체 뿐만 아니라 연료까지 튜닝하는 양덕의 위엄 두둥. 영상을 먼저 한번 보세요.






물 로켓의 원리는 단순합니다. 물을 넣은 페트병에 압축공기를 주입합니다. 페트병 안은 고압의 공기와 물이 가득 차게 되지요. 막혔던 노즐을 열어줍니다. 고압의 공기가 물을 밀어 냅니다. 좁은 구멍으로 몰린 물이 분출되면서 로켓을 밀어 올리지요.


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페트병 내의 공기가 대기압과 같아지면 더 이상 물은 분사되지 않습니다. 정점을 찍고 로켓은 다시 하강합니다. 노즈의 낙하산에 의해 회수되거나 기타 충격 흡수 장치를 장착하여 지상에서 회수합니다.






물을 절반 정도 넣고, 100psi의 압력으로 공기를 주입하는 게 핵심입니다. 환산하면 6기압 정도인데, 시판되는 페트병이 견딜 수 있는 최대 9기압 정도이고, 100psi는 안전율을 고려한 압력이라는군요. 



참고로 타이어의 공기압이 약 30psi 전후 정도 됩니다. 나머지는 안정성을 위해 날개를 달고, 노즈를 달면 될 뿐입니다.



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1단이야 그렇다 치고 2단, 3단 이상의 다단 로켓은 어떤 원리로 작동하는 걸까요? 단 분리는 어떻게 이루어 지는 걸까요? 



찾아보니 원웨이 밸브를 사용하고 있었습니다. 튜브에 달려 있는 호스의 일종인데, 바람이 한쪽 방향으로만 들어가게 하는 역할을 담당합니다. 






1단에서 2단으로 공기 주입이 가능하지만, 2단에서 1단으로 공기가 넘어가진 않죠. 밸브 덕분에 1단의 공기가 다 소진되고 나면 분리되고 2단의 공기를 사용하게 됩니다. 



1단과 2단 사이는 실리콘 호스가 달려 있는데, 1단에 공기가 차있을 때는 부풀어 올라 2단과 연결되지만, 공기가 모두 소진되면 쪼글어 들어 2단에서 저절로 빠지는 구조를 가지고 있습니다. 밸브는 주로 자전거 휠에 주로 달려 있는 녀석을 사용한다고 합니다. 






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부스터의 경우는 조금 더 단순합니다. 공기 저항을 이용해서 분리되는 방식을 사용합니다. 



메인 로켓은 노즈를 달아 공기저항을 덜 받지만 부스터는 공기저항을 많이 받도록 셋팅합니다. 이륙후 압축공기가 소진되면 저항에 의해 저절로 떨어져 나가는 구조이지요. 부스터의 용량을 각각 다르게 하면 순차적으로 분리되게 할 수도 있습니다.



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단이 분리되고 부스터가 분리되면 로켓 자체의 무게가 줄어듭니다. 공기저항도 줄어들지요. 같은 공기를 주입해도 훨씬 높이 올라갈 수 있게 됩니다. 



위키피디아에 따르면 최대 600m 까지 상승한 기록도 있다고 하네요. 



이 정도면 도쿄의 스카이트리 높이와 맞먹는 높이인데요. 단순한 과학 실험으로 치부하기에는 나름 정교한 과학과 계산이 숨어있지 않나 합니다.



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물 로켓의 다단과 부스터의 원리에 대해 살펴보았습니다. 



이 두 가지를 응용하여 다양한 형태의 물로켓을 만들 수 있는데요. 만들기도 그다지 어렵지 않아 보이는데, 주말에 아이와 시간을 내어 한번 만들어 보면 어떨까 싶습니다. ^^



Posted by 위저드아이언 wizard_IRON