< 연구 결과요약서 >
소속 학교 경상고등학교 책임 지도교사 박○태
참여 학생 정○훈, 권○빈, 권○식, 김○환, 최○현, 최○현, 최○혁
과 제 명 역학실험을 위한 수평방향으로 발사하는 다단분리형 로켓 제작 및 발사
연구목표
○ 로켓에 실을 연료를 제작한다.
○ 연료 산화물을 빠른 속력으로 분출하게 할 노즐을 제작한다.
○ 수평방향으로 로켓을 운반할 차량과, 차량의 방향을 일정하게 해줄 레일을 제작한다.
○ 로켓의 고도 측정을 위한 고도 센서를 제작한다.
○ 고도 센서에서 얻은 데이터를 분석하기 위해 저항력을 고려한 포물선 운동의 궤적을 분석한다.
○ 연직방향으로 로켓이 잘 발사되는지, 수평방향으로 로켓을 실은 차량이 잘 진행하는 지 점검한다.
○ 위 두 목표 결과를 조합하여 로켓을 수평방향으로 가속하다가 진행방향을 바꾸어 연직방향으 로 발사한다.
연구개요 및 내용
□ 이론적 배경 및 선행연구
○ 연료-KNSB 고체추진제에 관한 연구
‘최다운, 박정호, 홍정구. 다중 분할 KNSB 고체추진제의 추력 변화 특성의 실험적 연구’에서 기존 고체연료를 분할하여 초기연소면적의 변화에 따라 고체연료의 추력을 비교하였다. 이 연구에 따르면 일체형보다 4등분의 고체연료에서 높은 추력을 얻을 수 있고 소형로켓에 적합한 추력 곡선을 얻을 수 있었다고 한다.
○ 노즐에서의 속도 변화와 치올롭스키 로켓 방정식
베르누이 법칙에 의하여 B(노즐 목) 으로 수축되면서 배기가스의 속도가 증가하게 된다. 어느 순간 배기가스의 속도가 음속에 이르게 될시 더 이상 B의 단면적을 아무리 줄여도 음속을 증가 하지 않게 된다. 하지만 C(확장 부)에서는 단면적이 늘어남에도 불구하고 배기가스의 속도가 음 속을 돌파하여 증가하게 된다. 이는 공기가 순간적으로 팽창하여 가속하기 때문이다.
외력을 받지 않는 로켓이 속도
로 운동하고 있고, 운동방향과 반대방향으로 ′
의 속력으로
의 질량을 방출했다. 운동량 보존의 법칙에서 다음을 유도할 수 있다. ′ ln
′ ln
따라서, 분출물의 속도가 클수록 로켓의 속도가 더 커짐을 알 수 있다.
□ 연구 주제 선정(목적 및 필요성)
○ 역학실험 : 저항력을 고려한 포물선 운동
유체 속에서 운동할 때 물체는 저항력을 받게 되는데, 속도에 비례한다. 이 같은 현상으로 자유낙하 운동에서 일정 속도부터 속도가 증가하지 않는 종단속도에 이르게 된다. 이 연구는 물체를 높은 고도로 쏘아 올려 종단속도를 보기 위함이다.
○ 수평방향으로 가속, 다단분리
로켓 발사의 목표는 로켓을 최대한 높이 올리는 곳이다. 같은 에너지로 운동을 하더라도, 수평방향으 로 가속 후에 연직방향으로 운동하면 중력에 일을 덜해도 되므로 연직방향으로 더 많은 변위를 이동할 수 있다. 또 수평방향으로 가속할 때 사용한 연료를 연료통과 함께 분리해내면 운동량은 일정하나 질량이 줄어들었으므로 더 높은 속도를 얻을 수 있다.
□ 연구 방법
○ 연료
질산칼륨과 설탕(나중에 솔비톨로 대체하였음)의 적절한 비율을 연소실험을 통해 찾아낸다. 이때 힘 플랫폼을 활용하여 추진력과 연소시간, 충격량 등을 구하여 비교할 것이다.
○ 노즐
시멘트, 벤토나이트를 활용하여 연료통과 같은 소재인 PVC 파이프 안에 제작할 것이다. 연료가 산화될 때의 높은 온도에 견딜 수 있고, 좁은 틈을 유지하여 연료 산화물 분출 시 높은 속도를 유 지해야 한다. 무엇보다도 로켓 발사 시 blow-up(노즐 부분이 한꺼번에 튕겨져 날아가는 것)이 일 어나지 않는 구조를 연구한다. 노즐의 단면적에서의 각도는 책 로켓과학에서의 값을 참고한다.
○ 고도 센서
로켓의 고도를 일정한 시간 간격으로 측정하기 위한 장비로, 아두이노 예제를 통해 학습한 후 센서를 제작한다. 로켓이 높게 발사될 것이므로, 고도센서의 메모리에 그 값을 저장한 후, 나중에 확인 할 수 있도록 한다. 이후 간단한 역학 실험(도르래 실험)을 통해 고도센서의 성능을 점검한다.
○ 이론 – 저항력을 고려한 포물선 운동의 궤적
합력에 대한 미분방정식을 품으로써, x, y축의 속도를 구할 수 있다.(z축은 x축과 같은 형태를 띄므로 생략) 이를 적분하여 변위에 대한 식을 얻을 수 있고, 2개의 식에서 t를 소거하여 연립 하면 포물선 운동의 변위를 구할 수 있다.
○ 로켓/차량 설계
여기서 차량은 로켓을 실고 레일을 따라 운동방향을 바꿔줄 장치를 말한다. 둘 모두 최대한 가볍게 설계할 것이다. 이때 로켓은 날개를 붙여 로켓이 무게 중심을 쉽게 잃지 않도록 하는 역 할이 있으며, 낙하산 사출장치를 포함할 수 있다.
○ 레일
레일은 차량이 일정한 경로를 따라 운동할 수 있도록 보조한다. 로켓의 방향을 바꿔줄 곡선 구간을 설계하고 차량과 로켓의 무게를 버텨낼 수 있도록 설계한다.
※ 제한점 : 수평방향으로 발사하여 방향을 바꾸어 연직방향으로 발사하는 것이 미래의 발사 방식이라고 생각한다. 이 발사방식이 미래에 실현된다면, 기차 위에 로켓을 실고, 전자기력을 구 심력으로 하여 방향을 바꿀 것이다. 하지만, 소형로켓을 사용한 이 연구에서 전자기력을 활용할 수 없고, 다른 방식으로도 제어할 수 없었기에, 레일을 활용하여 실제 재현과는 거리가 생겼다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 연료
-화학 I을 배우고 화학실험식에서 질량비를 구할 수 있었다.
-연료를 연소시키며 추진력을 측정하던 중, Force platform이 파손되어 장기간 추진력 측정이 어려웠으 나, 육안으로 그 차이를 알기 쉬워, 연료를 개선 할 수 있었다.
-설탕-질산칼륨 연료의 결점인 많은 분출물을 해결하기 위해 설탕의 대체제로 솔비톨을 도입했다.
-솔비톨을 사용하여 로켓 연료를 제작했다.
○ 노즐
-시멘트로 제작하였고, 데라발 구조로 만들기 위해 3D 프린터를 활용해 틀을 제작했다.
-연소실험과 시행착오를 통해 노즐을 개선시켰다.
노즐 제작 로켓 설계 그림
연구성과 □ 연구 결과
○ 연료
질산칼륨과 설탕(나중에 솔비톨로 대체하였음)의 적절한 비율을 연소 화학 반응식으로부터 찾아내었음. 이때 질산칼륨의 양을 조절하여 연료의 추진력을 높이거나(질산칼륨의 비율을 높이는 경우), 반응 온도를 낮추고, 연소속도를 낮출 수 있음을(질산칼륨의 비율을 낮추는 경우) 연소실험을 통해 알아냄. 설탕-질산칼륨 연료는 짧은 시간에 큰 힘을 내는 데에 적합하며, 건조는 하루 안에 충분히 이루어졌다. 하지만, 흡습성이 강하여 보관이 어려웠다. 솔비톨-질산칼 륨 연료는 비교적 긴 시간동안 지속적으로 추진력을 낼 수 있고, 건조는 2~3일 동안 해야 한다.
○ 노즐
시멘트를 활용해 제작했고, 3D 프린터를 활용하여 틀을 만들어 원하는 각도를 쉽게 만들 수 있었다. 로켓 시험발사를 통해 분출물에 의해 시멘트가 마모될 수 있음을 알고 단면적이 가장 좁은 곳에 와셔를 넣어 마모를 최소화 하였다. PVC파이프 옆에 구멍을 뚫고 시멘트를 채워 넣어 노즐과 함께 굳힘으로써 blow-up을 예방했다.
○ 고도센서
0.005초 간격으로 해발고도를 측정할 수 있다.
○ 이론
ln
ln
ln
○ 레일
-처음 철사 2겹을 활용하여 제작할 계획이었으나, 로켓의 무게를 견디기 어렵다고 판단하였고, 실제 실현될 모델과 가깝게 제작하기 위해, 차량을 도입했다. 이에 따 라 철사 대신 지관통을 4등분하여 레일로 활용하려 한다.
□ 결과 해석 및 논의
○ 수직방향 로켓 발사 실험 : 실패
-원인 분석 1 : 연료의 추진력에 비해 로켓의 무게가 너무 크다.
-원인 분석 2 : 노즐의 구멍이 너무 커서 공기가 새어나가는 것과 같다.
-원인 분석 3 : 발사대가 너무 빡빡하게 제작되어 로켓이 발사대에 끼여서 발사되지 못했다.
○ 수평방향 차량 실험 : 아직 실행되지 못함.
-실험의 어려움 : 로켓과 차량의 무게를 고려하여 2개 이상의 엔진이 필요한데, 이를 동시에 점화시키기 어려움
□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)
○ 향후 수평방향 차량을 시험 운행하고, 이를 수직방향 로켓과 합하여 연직방향으로 발사할 것 곡선구간
주요어 로켓, 수평방향, 노즐, 설탕-질산칼륨 연료, 솔비톨-질산칼륨 연료, 치올롭스키 로켓방정식, 저항 력을 고려한 포물선 운동 궤적
< 연구 결과보고서 >
1. 개요
□ 연구목적
만들어낸 고체 연료 로켓을 100~200m이상 올리는 것이 목표이다. 이 목표를 수행하기 위해 1.
고체연료의 질산 칼륨 : 설탕 조성비를 찾는 것 2. 로켓 발사 방식 등을 고안하고 실현 3. 로켓의 속도, 변위 방정식을 얻고 실제와 비교하는 것 4. 낙하하기 시작할 때, 낙하산을 펼치도록 하는 것이 목표를 수행하기 위해 할 일들이다. 그리고 로켓을 활용하여 저항력을 고려한 포물선 운동 방정식을 검증할 수 있도록, 로켓에서 구체를 분리해내는 것도 목표이다.
-
□ 연구범위
○
연구 분야 및 범위, 진행 단계에 대해 간략히 기술○ 이론값 작성
로켓 발사 이후 분리된 물체의 궤적을 분석하기 위해 이론값을 구하는 과정이다. 로켓의 추진력을 알아낸다면 로켓의 궤적도 구할 것이다.
의 방정식을 풀어내어 축의 속도를 구할 수 있고, 적분하여 변위를, 매개변위 를 소거하여 최종적 으로 궤적을 얻을 수 있다.
○ 로켓 연료 제작
처음 연료의 비율을 찾아가는 것이 목표였으나, 이후 화학 I을 배우면서 반응식으로부터 완전히 연소될 때의 질량비를 구하였다. 이후 적절한 보관환경에 두어 연료가 소형로켓에 적합한 연소곡선을 만들며 연소될 수 있도록 연료제작과 보관을 반복하였다.
○ 로켓 본체 제작 및 노즐 제작
무게를 최소화 하고 연료통을 적절히 포함할 수 있는 재료를 선정하여 로켓 본체를 제작한다. 연료가 연소할 때의 압력과 온도를 견딜 수 있는 연료통의 소재를 선정한다. 연료의 연소 이후 산화물이 고압에서 분출될 수 있도록 한다.
○ 고도센서 제작
로켓의 변위를 측정해줄 고도센서를 아두이노를 활용하여 제작한다.
○ 레일 제작
1) 로켓의 추진력을 고려하여 발사 가능한 속도를 얻기 위한 레일의 길이를 설정 2) 레일의 세부적 설계
3) 레일의 전체적 설계
4) 레일의 곡선구간 제작을 위한 그래프 계산 5) 직선구간 제작
6) 곡선구간 제작 7) 지지대 제작
8) 조립
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○
노즐은 드 라발 구조의 노즐을 사용한다. 드 라발 구조의 노즐은 베르누이의 법칙에 의해 B(노즐 목)으로 수축되면서 배기가스의 속도가 증가하게 된다. 그 후 C(확장 부)에서는 단면적이 늘어남에도 불구하고 배기가 스의 속도가 음속을 돌파하여 증가 한다. 이는 공기가 순간적으로 팽창하여 가속한다고 설명할 수 있다.①동체(Body tube): 로켓외부의 대부분을 구성하는 요소로, 종이나 플라스틱이 사용될 수 있다.
②발사러그(Launch lug): 발사초기 안정된 수직비행이 이루어질 수 있도록 직경 이 작은 종이관이나 플라스 틱으로 구성된다.
③ 핀(Fin): 발사 후 외부방향으로 인해 동체의 방향이 바뀔 수 있는 것을 방지하여 반듯한 비행을 유지시켜준다. 주로 동체하단부에 3~4개를 달고 발사(Balsa wood)나 플라스틱으로 제 작한다.
④엔진 마운트(Engine holder): 엔진을 동체에 고정시키고 고온이나 진동으로부터 동체를 보 호한다. 이는 마분지나 플라스틱으로 제작할 수 있다.
A- 수축부(convergent section), B- 노즐 목(throat), C- 확장부(divergent section) 이라 한다.
⑥노즈(Nose): 동체의 상단부분으로 공기저항을 줄이기 위해 원뿔형으로 제작된다. 발사 (Balsa wood)나 스티로폼, 혹은 플라스틱을 사용한다.
⑦회수장치(Recovery device): 로켓이 지면에 안전하게 착지하기 위함으로, 주로 낙하산을 사용한다. 낙하산은 종이, 천, 플라스틱을 사용하며, 이는 동체내부에 동체와 완충연결선으로 연결시키고 엔진에 부착된 사출제로 최고고도에서 폭발시켜 그 압력으로 분리시킨다.
⑧발사 시스템(Launch system): 로켓점화 시 필요한 장치로, 발사대와 엔진점화 시스템으로 구성되어있다.
○ 저항력
저항력은 물체와 주변 입자와의 충돌에 의해서 운동량 보존법칙을 만족하는 속도로 감소하는 것을 말한다. 이때 저항력은 물체의 유효단면적, 항력계수, 공기의 밀도에 비례한다. 저항력에 대한 식 은 다음처럼 작성할 수 있다.
이때 낮은 속도에서는
이 되고, 빠른 속도에서는
가 된다. 비치발리볼의 경우에는
이 되어 절대 건물 3층 이상으로 던질 수 없다는 교수님의 말씀도 있었다. 자유 낙하 운동의 경우 저항력과 중력이 평형을 이루는 지점이 있는데, 이를 종단속도라고 한다.○ 베르누이 원리와 로켓의 추진력
베르누이 원리는 고등학교 과정 내에서는 여러 근사가 있긴 하지만, 다음과 같이 적어도 무리 는 없을 것이다. 여기서 기본이 되는 가정은 공기는 유체이고 같은 시간에 같은 부피를 지나야 한다.
처음에 지나는 관의 단면적을
, 나중에 지나는 단면적을
라고 한다면,
가 된다.로켓의 추력은 배기가스의 속도, 배기가스의 질량유량(단위 단면적 당 단위 시간에 흐르는 질 량), 노즐 출구의 압력에 의해 결정된다. 방정식을 다음과 같이 작성할 수 있다.
은 질량유량,
는배기속도,
는 출구면정압,
는 대기압,
는 출구면 단면적이다.
일반적으로 로켓노즐은 수축-확장형(cnovergent-divergent)노즐을 사용한다. 드 라발 노즐이 라고도 한다.
A- 수축부(convergent section), B- 노즐 목(throat), C- 확장부(divergent section) 이라 한다.
베르누이 법칙에 의하여 B(노즐 목)으로 수축되면서 배기가스의 속도가 증가하게 된다. 어느 순간 배기가스의 속도가 음속에 이르게 될시 더 이상 B의 단면적을 아무리 줄여도 음속을 증가하지 않게 된다.하지만 C(확장 부)에서는 단면적이 늘어남에도 불구하고 배기가스의 속도가 음속을 돌파하 여 증가하게 된다. 이는 공기가 순간적으로 팽창하여 가속하기 때문이다.
○ 가속도, 속도, 변위
가속도란 단위 시간당 속도의 변화량을 의미한다. 수식으로는
∆
∆
로 나타낸다.이를 시간에 대한 그래프로 확장해보면 아래 그림과 같은 관계가 성립한다. 오른쪽으로 가는 과정 은 면적을 구하는 연산이고 정적분이라고 부른다. 기울기로 가는 연산은 순간 변화량을 구하는 것 이고 미분을 의미한다. 이런 성질을 활용하여, 가속도나 속도, 변위에 관한 식을 하나만 알아내도 세 가지에 관한 식을 모두 얻을 수 있다. 즉, 세 가지 식 중 하나를 미분이나 적분하여 다른 식을 얻어 낼 수 있다.
○ 힘
다음 두 가지 작용 중 하나 이상을 해냈을 때 힘이 작용했다고 정의한다.
1. 물체의 모양을 변형 시켰을 때 2. 물체의 운동 상태를 변화 시켰을 때
일반적으로 1, 2중 하나만 나타나거나 1이 일어나고 이에 대한 반발력으로 2가 발생한다. 힘을 구별하는 데에는 힘의 작용점, 힘의 방향, 힘의 크기 세 가지 요소가 있다. 이를 보통 직교 좌표계 에서 벡터로 표현한다. 힘의 크기는 주로 힘의 정의 2에 기인한다. 즉, 운동 상태를 얼마나 많이 변화 시켰는지가 힘의 크기가 된다. 운동 상태를 표현하는 것은 운동량(p)로 수식으로는
로 표현한다. 이에 따라 힘의 크기(F)는
∆
∆ ∆
∆
로 표현한다. 단위시간을 짧게 하여
로 표현하기도 한다.이때, 로켓의 경우 질량 자체가 변하는 운동을 한다. 여기서는 로켓의 질량이 선형으로 변한다고 가정하며,
를 활용하여 로켓의 속도 방정식을 얻고자 한다.○ 고체연료 제작
인터넷 검색으로 대략적인 연료의 비율을 알아낸 결과, 질산 칼륨 : 설탕를을 대략 4:6 비율로
고, 만드는 과정 중 연료 재료를 녹이는 시간을 조절하여 최적의 연료를 제작 할 것이다.
○ 로켓 연료의 분류
KNSU, KNSB 등의 연료 종류가 있다. 이때 앞쪽에 있는KN은 산화제 역할을 하고, 뒤쪽의SU나SB는 연료 역할을 한다. 산화제의 여러 종류중 하나인 KN은 질산칼륨을 칭하고, SU, SB는 각각 설탕과 솔비톨을 칭한다. 이 외에도 여러 가지 연료의 종류가 있지만 이 연구에서는 이 두가지 연료를 다룬다. 통상적으로 아마추어 고체연료를 제작할 때에는 제조가 쉬운 KNSU 및 KNSB연료를 사용한다. 이때 위의 연료가 제조하 기 쉬운 이유는 연료와 산화제의 결합제인 바인더가 필요 없기 때문이다.
○ 점화장치의 발열부
점화장치의 발열부에는 니크롬선을 사용하는데, 니크롬선은 니켈과 크로뮴을 기초로 한 전기저항이 큰 합금 저항선으로 가장 일반적인 전기저항선이다. 전열기 또는 폭죽 점화의 퓨즈로 사용되며, 이 연구에서는 로켓 점화장치의 발열부로 사용한다. 전류를 흘려주면 높은 저항에 의해 발열이 되는 원리이다.
□ 연구주제의 선정
○
연구주제를 탐색하고 선정하는 과정에서 학생의 주도적 노력과 협업, 전문가 자문 등 구체적 활동이 나타날 것-
○ 로켓 연료의 재료 선정
재료는 대부분 우리가 쉽게 구할 수 있는 재료로 만들 수 있고, 바인더가 필요없는 KNSU연료를 사용했다. 하지만 연료 제작 과정 중 설탕이 빨리 타버리는 등 연료 제작에 어려움을 겪었으므로 설탕(SU)을 솔비톨(SB)로 대체하여 사용하였다.
○ 로켓 연료의 최적의 비율 찾기
로켓 연료의 최적의 비율은 화학1에서 배운 화학 반응식을통해 찾아낸다.
○ 발사방식 개량 기도와 다단분리 기능
SPACE X를 보고, 고체연료 로켓을 만들어보자고 한 후에 많은 대학동아리, 개인의 고체연료 로켓 발사 장면을 보았다. 공통적으로 모두 연직방향으로 연소를 시작하여 운동을 시작했다. 하지만, 같은 에너지로 운동을 하더라도, 수평방향으로 가속 후에 연직방향으로 운동하면 중력에 일을 덜해도 되므로 더 많은 변위를 이동할 수 있다. 또 수평방향으로 가속할 때 사용한 연료를 연료통과 함께 분 리해내면 운동량은 일정하나 질량이 줄어들었으므로 더 높은 속도를 얻을 수 있다. 가령, 수평방향으 로 가속 후 연직 방향으로 운동하기 시작했을 때, 다단분리를 위해서는 연직방향으로 운동방향이 바 뀌었음을 알고, 연료통을 분리 후 2번째 연료통에 점화를 해줄 수 있어야한다. 이는 아두이노와 C언 어를 활용하여 프로그래밍 가능하고, 미리 물리학적 지식을 바탕으로 운동시작 후 t초 후 분리와 같은 명령어를 입력할 수 있다. 이때 다단분리는 일반적인 본로켓과 보조로켓을 분리시키는 것이 아니라, 수평방향으로의 가속을 도와주는 차량과의 분리를 말한다.
○ 고체연료의 일정한 연소
글자 수 제한 때문에 주제에 포함되지는 않았지만, 고체연료의 일정한 연소는 매우 중요하다.
이론 방정식에서도 연소로 방출되는 산화물의 속도는 일정하다고 전제하에 계산하기에 이론상 예측을 바탕으로 아두이노 제작과 프로그래밍을 한다면, 고체연료의 일정한 연소가 필연적이다. 또 Al이나 S 와 같은 촉매제를 활용하여 적절한 시기(다단분리가 일어날 때)에 반응을 더 강하게 할 필요성도 있
다.
역학 실험기구로서의 수평방향으로 가속되어 연직방향으로 운동하는 로켓을 만들기 위해서는 물리학적 지식뿐만 아니라 물리학적 지식을 기술할 수학적 지식, 로켓이 필요한 기능을 수행하게 할 수 있는 프로그래밍 능력, 고체연료 제작을 위한 화학적 지식이 모두 필요하다.
○ 레일의 제작
차량이 본래의 경로를 이탈하지 않도록 하기 위해 레일을 제작해야한다. 재정상 철로, 플라스틱 을 활용한 레일을 만들기 어렵고, 또한 그에 맞는 차량의 바퀴를 구현하기 어렵다. 이에 차량을 과학 상자를 활용해 만들 계획을 설정했고, 레일은 지관통을 세로로 4등분한 부분을 활용하여 레일을 제작 하고자 한다.
○ 차량의 제작
차량은 위에서 언급했듯 과학상자로 만들 계획이며, 그 동력은 로켓과 동일하게 고체연료를 활 용할 것이다. 이때 차량의 방향이 완전하게 바뀌었을 때, 로켓과 정상적으로 분리되어야하며, 로켓의 방향에 영향을 주어서는 안 된다.
팀원 중 2명이 작년 경상고 과학 자율연구 동아리 “Top Of Physics”에서 속력에 비례하는 저 항력을 고려한 포물선 운동 방정식에 대한 연구를 수행했다. 연구에서 실험을 수행할 때, 실험시간은 길어야 3초정도였다. 하지만 계산에 의하면 무게가 0.68kg인 농구공의 경우 40초 운동해야 겨우 종단 속도에 이르고 있음을 볼 수 있었다. 이에 저항력을 확인할 수 있는 대표적인 현상인 종단속력을 보 고 싶어 로켓이나 드론과 같은 비행체를 이용하면 종단속도를 확인할 수 있을 것이라고 생각했다.
□ 연구 방법
○
문제 해결을 위한 실험, 기법, 전문가 자문 등에 대해 기술○
○ 로켓 연료의 재료 선정
재료는 대부분 우리가 쉽게 구할 수 있는 재료로 만들 수 있고, 바인더가 필요없는 KNSU연료를 사용했다.
하지만 연료 제작 과정 중 설탕이 빨리 타버리는 등 연료 제작에 어려움을 겪었으므로 설탕(SU)을 솔비톨(SB)로 대체하여 사용하였다.
○ 로켓 연료의 최적의 비율 찾기
로켓 연료의 최적의 비율은 화학1에서 배운 화학 반응식을통해 찾아낸다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 점화장치 제작
-준비물 : 니크롬선, 9V 배터리, 스위치, 전선
-장치 설명 : 이 점화장치는 안전을 위해 로켓 점화를 멀리서 할 수 있게 해주는 장치이다. 점화장치의 원리는 발열량을 이용한 것인데, 발열량은 전압 전류 시간의 곱에 비례하여[Q ∝ V·I·t] 발생하므로, 배 터리로 전류와 전압을 걸어주면 니크롬선에서 열이 발생한다. 이때 이 열을 이용해 로켓연료를 점화 시 킨다. 또한, 스위치를 달아 ON/OFF를 조절할 수 있게 했다.
○ 연소실험을 통한 로켓연료의 최적의 비율 찾기&로켓연료 재료의 선정
화 학 I
을 배 운
이후 화학반응식으로부터 질량비를 계산할 수 있게 되었다. 이에 따라 처음 설탕 : 질산칼륨 = 1711.15 : 4851.84 ≒ 26 : 74 (13 : 37)의 비율로 연료를 제작하여 추진력 측정실험을 실시하였다.
연료는 연료 몰드는 알류미늄 캔에 둘러싸여 있고, PCV 파이프로 그 밑과 옆을 감쌌다. 첫 실험 때는 PVC 파이프 안쪽에 넣지 않았다. 점화기로 연료를 가열해 연소를 시
작하여 측정판에서 추진력을 측정하려 했다. 하지만, 처음 생각했던 온도보다 매우 높은 온도에서 연소하였고 알류미늄캔을 녹여버려 실 험기기를 위해 실험을 중단했다. 이후 연료를 PVC 파이프 안쪽에 넣 고 연소시켰다. 하지만, 연소가 시작된 후 20초 정도 지난 후에 PVC 파이프에서 불이 솟아올라 소화를 한 후 실험을 중단했다. 하지만 이 과정에서 연료 산화물이 밖으로 튀어나와 실험 장비의 전선을 훼손시 켰고, 결국 Force Platform을 사용하지 못하게 되었다. 이 실험 이후 알아낸 점은 로켓의 연료통으로써 PVC가 적절한지의 여부와 설탕- 질산칼륨 연료에서 분출물이 많은 점을 어떻게 개선할 것인지의 여부
에 대해 고민했다. 첫째로 크고 작은 회의에서 PVC에 대한 논의를 했다. PVC는 연료가 연소하면서 분출된 연료부산물에 의해 불에 타기 시작했다. PVC를 걷어내거나 입구를 막아 산소를 차단해주면 쉽게 소화할 수 있어, 화재의 위험은 적을 수 있다. 실제 로켓에서는 노즐을 달아두는 데, 이 입구가 매우 좁다. 따라서 자연스레 산소가 차단되어 PVC 파이프가 타지 않을 수 있다. 이와 반대로 알류미 늄의 녹는점(약 800도)를 고려하면, PVC가 그 정도 온도에서 조차 불에 타거나 녹아서 강성이 매우 약해졌다. 노즐을 달았을 때는 내부 압력과 온도가 더욱 높아져서, 그 온도를 감당할 수 없을 수 있 다. 이렇게 된다면 벽면이 녹아서 연료관이 터지는 현상이 나타날 수도 있다. 이런 위험 때문에 PVC 파이프의 대체제를 찾았고 소방용 PVC인 CPVC를 연료관으로 활용하기로 했다.
연료 제작 결과물
파손된 Force Platform
연소실험 반응열에 의해 녹은 알류미늄, 아스 팔트, 탄산칼륨 혼합물
내부가 완전히 녹아버리고 물렁물 렁해진 PVC 파이프
다음으로 분출물에 대해 고민할 필요가 있었다. 이 논의는 분출물에 의한 Force Platform의 훼손으로 하게 되었다. 더 나아가면, 로켓이 연소되면서 분출물이 튀어나와 화재의 위험성이 생길 수 있기 때문 이다. 반드시 필요한 과정은 아니었지만 설탕의 대체제로 솔비톨을 도입했다. 솔비톨을 활용한다면 분 출물을 1몰 당 4.8몰에서 2.6몰로 줄일 수 있었다. 솔비톨을 사용한 후 얻은 이점은 1. 연료를 만들 때, 더 쉽게 액화된다. 2. 설탕보다 흡습성이 작아, 보관이 용이하다. 가 있다. 이외에도 연료실험을 반복하면서, 보관할 때 연료가 습기를 많이 머금지 않을수록 연소가 더 잘됨을 알게 되었다. 연소를 위해 가열하는 시간 역시 습기에 반비례 했다. 이에 제습제를 활용해 연료가 습기를 최대한 머금지 않도록 노력했다.
○ 치올롭스키 로켓방정식
외력을 받지 않는 로켓이 속도
로 운동하고 있고, 운동방향과 반대방향으로 ′
의 속력으로
의 질량을 방출했다. 여기서 운동량 보존 법칙을 적용하면
′
′
′ ∵→
′
여기서 양변을 적분해주면
′
′ln
′ ln
′ ln
운동량 보존에 의한 항과 중력, 저항력을 합한 항을 모두 계산해주면 로켓의 속도 를 구할 수 있을 것이다.
○ 저항력을 고려한 포물선 운동 궤적 방정식
x축으로는 저항력만이 작용하므로 다음처럼 운동방정식을 작성할 수 있다.
이를 변수분리법을 취해주면,
일 때
라고 하면
가 된다 .
이를 적분하여 x축의 변위를 알 수 있다. 그 결과값은
ln
ln
ln
이다 .
y축에서는 중력과 저항력이 작용한다. 따라서 다음과 같은 합력 방정 식을 세울 수 있다 .
y축에 관한 운동방정식을 변수분리법으로 풀어주면,
이다 .
양변에 부정적분을 취해주면
가 된다 .
여기서
,
로 치환해주면 ,
가 된다 .
cos
cos cos
sin cos
sin 라고 하면
ln ln
ln ln sin sin
ln sin
sin
ln cos
sin
ln sec tan
이므로 sin
이다 . 따라서
sec
tan
가 되고
ln sec tan
ln
ln
ln
ln
ln
ln
∴
이때 이면
,
이므로
원래 식에 다시 대입하면 ,
○ 고체연료(설탕-질산 칼륨) 제작 질량비 구하기
-고체연료 연소반응식
→
-설탕과 질산칼륨의 질량비
이므로설탕 : 질산칼륨 = 1711.15 : 4851.84 ≒ 26 : 74 (13 : 37)
위의 결과를 바탕으로 고체연료 제작 시 질산칼륨과 설탕의 비를 26 : 74로 한다면 남는 반응 물이 없이 효율적으로 완전히 연소 할 것이다.
○ 노즐 제작 계획 : 일반적 소형로켓= 수축각 30°, 확산각 15°을 가진 콘형 노즐, 벨 노즐(종형 노즐), 플러그 노즐(에어로스파이크 노즐)
1) 전체 직경 약 60~70mm, 내경 직경 약 8mm~10mm 2) 가장 바깥부분 pvc파이프 사용
3) 벤토나이트 사용하여 제작
노즐의 수축부와 확장부 각도를 알게 되었다. 시멘트 혹은 벤토나이트를 노즐의 가장 바깥이 되는 pvc에 담아서, 확산부의 각도와 노즐 목의 단면적을 고려하여 확산부 틀을 만들어 제작할 것임.
노즐 제작 : 벤토나이트로 제작하려 하였으나 연료실내 연소에 의한 압력을 고려하여 시멘트를 사용함. 데 라발 구조로 제작하였으며 이를 위한 틀은 3D프린팅과 종이를 원뿔모양으로 제작하는 방식을 채택함. 또한 데 라발구조에서 노즐 목에 해당하는 부분의 안정성을 높이기 위하여 와셔를 시멘트 속에 삽입하여 제작함.
노즈콘 제작 계획 : 재질은 아이소핑크를 이용하여 제작.
1)지관내경(동체의 내경)5cm에 맞게 자름
2)자른 아이소핑크를 이용하여 높이 20~22cm로 쌓아 층층마다 접착제를 이용해 접착함 3)노즈콘의 모양을 만들기 위해 사포로 갊.
노즈콘 제작 : 가로로 쌓아 올려서 사포로 연마한 것 하나와 세로로 쌓아 올린 것 하나로, 총 2개 제작하였음.
높이는 약 20~22cm로 하였으며 지관내경(5cm)보다 큰 크기로 제작하여 접착제를 사용하지 않고 지관에 끼우는 방식으로 제작하였음. 아이소핑크 사이의 접착은 에폭시로 층마다 접착함.
○
노즈콘 제작아 이 소핑크 사용함.
가로로 쌓 아 올려서 사포로
연마한 것 하나와 세로로 쌓
아 올린 것 하나로, 총 2
개 제작 하였음. 높이는
약 20~22cm로 하였
으며 지관내경(5cm)보다 큰 크기로 제작하여 접착제를 사 용하지 않고 지관에 끼우는 방식으로 제작하였음. 아이소핑크 사이의 접착은 에폭시로 층마다 접착 함.
노즈콘은 아이소핑크를 직접 갈아서 모양 을 낸다.
○
노즐 제작벤토나이트로 제작하려 하였으나 연료실내 연소에 의한 압력을 고려하여 시멘트를 사용함. 데 드 라발 구조로 제작하였으며 이를 위한 틀은 3D프린팅과 종이를 원뿔모양으로 제작하는 방식을 채택함. 또한 데 라발구조에서 노즐 목에 해당하는 부분의 안정성을 높이기 위하여 와셔를 시멘트 속에 삽입하여 제작함.
△ 노즈콘은 아이소핑크를 직접 갈아서 모양을 낸다.
○ 날개제작
우드락을 사용하여 제작했다. 크기는 지관과 접착되는 부 분
기준 15cm로 제작하였으며 접착은 글루건을 사용하고 지관 에 바 로 접착시킴. 개수는 로켓의 발사방식를 충족시키기 위하여 3개를 약 120˚의 각도로 벌림. 접착 위치는 로켓의 CP점과 CG점 을 고
려하여 크기가 바뀔 수 있으므로 CP점을 로켓의 하 단 부
로 내리기 위하여 더 큰 크기의 날개를 설계해놓음.
△ 노즈콘 제작 모습
○ 레일 제작 - 직선구간
처음 레일 제작 계획은 직선구간을 pvc파이프를 두 겹으로 두어 틈 사이에 바퀴를 끼워 로켓을 고정시킬 계획이었다. 이때까지 고안했던 안 중에서는 로켓이 가장 안정적이고 마찰력을 거의 받지 않으면서 가속할 수 있는 방법이었다. 그러나 그런 방식으로 제작하면 직선 구간을 고정하는 데에 만 재료낭비가 심해진다. 밑의 파이프를 고정하고 지지하는 데에 만도 많은 pvc파이프가 들어가는 데 두 겹으로 직선구간을 설계해버리면 위의 파이프를 지지하는 데에는 밑의 파이프를 지지하는 데 에 필요한 파이프의 2배가 들어가기 때문에 한 겹보다 3배나 많은 파이프가 필요하여 이것은 낭비 라고 생각했다. 그래서 생각한 것이 pvc파이프를 세로로 2등분하여 사분원모양을 이용하여 바퀴가 들어갈 공간을 만들고 바퀴가 로켓의 양 측면에 부착되도록 레일을 설
계하였고 로켓에 부착된 바퀴는 대형마트 카트에서 볼 수 있는 축이 회 전할 수 있는 바퀴를 이용하여 곡선구간에서의 방향전환을 부드럽게 할 수 있도록 하였다. 그러나 바퀴를 로켓의 양 측면에 부착시키는 방법이 레일의 제작방식이 두 겹에서 하나의 파이프로 바뀜에 따라 도중에 로 켓이 레일을 이탈할 가능성을 느껴 바퀴를 로켓의 밑에 부착시켜 일반 적인 롤러코스터처럼 레일 위를 움직이도록 설계했다. 또한 로켓의 추 진력이 약할 경우를 고려하여 직선구간에 강한 용수철을 설치하여 항공 모함의 전투기의 이륙처럼 용수철로 로켓을 곡선구간까지 끌어올 계획 이었다. 그러나 10m 까지 이완되는 용수철이 흔하지 않을 뿐만 아니라 로켓이 가속하는 식을 세우기가 어렵고 로켓의 추진력에 영향을 줄 정 도로 강한 용수철을 당겨올 수단이 없었기 때문에 이 안은 기각되었다.
그리고 또 하나의 문제가 pvc파이프를 세로로 2등분 할 수가 없다는 점 이었다. 처음에는 pvc파이프 판매업체에 부탁해보았으나 pvc파이프를 자르는 기계의 구조상 무리라는 말을 듣고 pvc의 제질은 포기 하였다.
그래서 우리의 힘으로 쉽게 변형가능한 원통형 물건을 찾다보니 휴지 심처럼 종이를 말아 원통으로 만든 지관이라는 상품을 우
연히 발견하였다. 종이는 우리가 직접 자를 수 있기에 레일 의 제질은 pvc에서 종이로 변경되었다. 지관을 이용하여 세 로로 4등분하고 4등분 한 것을 반으로 접어 그 위에 바퀴 가 굴러가도록 했다. 지관을 4등분 할 때에는 줄톱을 이용 하여 깔끔하지는 않지만 빠르게 자르도록 하였다. 설치부분 에서는 레일을 받쳐줄 pvc파이프들을 각각 지관들이 연결 되는 부분 밑에서 받치게 하여 로켓이 가속하는 중에 레일
이 구부러지지 않도록 했다. 지관과 파이프의 연결은 양면테이프로 연결 하였으며 지관들끼리의 연 결은 스테이플러를 이용하여 65cm지관을 여러 개 연결하여 10m 직선구간을 완성하였다. 지면과 파이프의 고정은 나사를 pvc파이프에 비스듬히 뚫고 들어가 지면에까지 나사가 박히도록 하는 방식 으로 하였다.
○
레일 제작 - 곡선구간레일의 재질이 pvc에서 종이로 바뀌면서 우리가 만들 수 있는 여러 가지 형태의 레일이 생겼고 그로 인해 조금 더 안정적으로 로켓이 경로를 변경할 수 있게 되었다. pvc를 사용할 때에는 곡선구 간에서 로켓의 경로가 불안정하고 로켓의 길이 때문에 끼일 우려도 있었는데 지관을 이용하게 되면
레일 최종안
파이프와 지면사이의 고정법
이용하여 최대한 긴 로켓이 중간에 걸리지 않고 방향을 바꿀 수 있도록 기울기를 천천히 올리기 위 해서는 반지름이 긴 원의 일부분을 사용해야 한다. 처음의 기울기는 0이지만 말단에서의 기울기는 무한이 되어야 하기 때문이다. 지오지브라 라는 그래프 계산 프로그램과 엑셀 툴을 이용하여 얼마 의 간격으로 몇 도씩 굽혀나가야 하는지 계산한 뒤, 길이 65cm인 지관을 5.5cm 간격으로 양옆에 등변의 길이가 4mm인 이등변 삼각형을 잘라내고 삼각형의 점을 잇는 선에 칼집을 내어 하나의 접 음이 2°가 되도록 접으면 애매한 8분원이 만들어 지는데 여기서 2개의 8분원이 약간 겹치게 이으 면 곡선구간의 강도도 높아지고 4분원을 조금 더 정확하게 만들 수 있었다. 그리고 직선으로 가속 하는 로켓이 진입하는 만큼 강도에 대한 보강을 생략할 수는 없었는데 각 접히는 부분마다 에폭시 를 발라 보았지만 구간 전체에 에폭시를 바르지 못해서 그런지 그렇게 뛰어난 강도를 가지지는 못 하였다. 그렇게 만든 8분원을 총 4개를 만들어 4분원 2개를 만들었다.
곡선구간 옆에 가드레일처럼 보조구조를 만들려고 하였지만 레일을 싣 는 카트의 구조에 걸릴 것으로 예상되어 기각했다. 곡선구간의 지지는 곡선구간의 순간변화율이 1이 되는 부분에 45° 꺾음 pvc파이프를 지지 대로 두고 곡선부분의 말단에 1m pvc파이프를 두어 곡선구간을 pvc파 이프에 고정 하였다. 그리고 pvc파이프위에 종이상자를 붙이고 그 위에 직선구간을 연장하여 로켓이 더욱더 가속 할 수 있도록 하였다. 45°파 이프를 연결한 파이프는 다른 파이프들과는 다른 방식으로 지면과 고정 하였는데 과학상자를 이용하여 파이프의 기반을 만드는 것이다. 파이프 의 내부지름과 일치하는 마구리 부품을 나사에 끼우고 그 나사는 과학 상자의 플랫폼 부품에 연결 되어있다.
○ 곡선 구간 각도 계산
처음의 철사, PVC 등의 재료가 아닌 지관을 활용하여 곡선 구간을 제작하려 하고나서, 어떻게 4분원 형태의 곡선구간을 만들지 고민해야했 다. 지관통의 양변의 작은 삼각형을 잘라내고, 잘려
나간 부분의 양 끝 쪽을 이어붙이면, 굽어지게 되므 로, 이 방식으로 곡선구간을 설계하려 했다. 4등분된 지관을 2개 사용하여 제작한다. 감각에 의존할 수도 있지만, 곡선구간을 정밀하게 만들어야만 정상적으로 방향을 바꿀 수 있다고 생각하여 한 번 접을 때 몇 도를 기울여 접어야 하는지, 또 몇 번을 접어야하는 지 계산해보았다.
정u각형에서 u가 커질 때 이 도형은 원에 점차 근사된다.
옆 그림은 정 100각형을 원과 함께 그린 것이다. 이때 지 관 통 하나에서 잘라야하는 횟수 n은, 규칙을 찾은 결과, 다음 과 같 다.
각도가 작을수록 접어서 정밀하게 각도를 조절하기 어 렵 기
때문에, 1개의 4등분된 지관을 10번까지 접기로 했다.
이 되는 중 각도가 가장 단순한 로 결정했다.
곡선구간
45° 파이프 고정법
그림처럼 지관통 1개는 으로 이등분되는 부분 중 하나를 구성해야 한다. 원에 근사시켰을 때, 원의 중심과 양끝 점이 이루는 각은
라디안이다. 이때, 지관으로 이루어진 원호의 길이는 지관
의 길이의 2배인 130cm이고, 호각이
가 되므로 근사된 원의 반지름은 82.76cm가 된다. 위 그림
에서 의 아래쪽 부분을 기준으로 높이는 cos
가 되어야한다.
그림에서 외각의 성질에 의해 부터 까지, 접선과 x축이 이루는 각은 에서
라고 한다면, ⋯ 으로 증가한다. 전체 길이가 65cm이고 변이 11개 생기므로, 한 변의 길이는 5.9cm이다. 따 라서 전체높이에 대해 등식을 세워주면
≃
sin
가 된다.
이 과정을 모든 4보다 큰 모든 자연수 로 확장하자.
자르는 횟수는 위에서 발견한 규칙대로
이었다.
변의 개수는 (자르는 횟수)+1이 되므로 이고, 변의 길이는
가 된다. 따라서 다시 높 이에 대한 식을 작성하면
≃
sin
가 성립해야한다. 이때, 자연수
에 대해 등식이 완전히 일치하는 값을 찾기 힘들어 가장 가까 운 값을 사용하도록 한다. 는 근사치를 사용하는 경우와 원이라고 생각하고 구하는 경우, 두 가지가 있다. 먼저, 근사치 를 사용하는 경우는 가 정각형의 한 외각의 크기의 절반1)과 같다고 보는 것이다. 이때 모든 외각 의 크기의 합이 이다. 따라서
가 된다. 둘째로, 가 와 만나는 원의 접선사이의 각이 라고 할 수 있다. 이 경우, 접선사이의 각은 삼각함수의 덧셈정리를 활용하여 구할 수 있다. 하지만,
의 접선이 x축과 평행하므로 와 만나는 원의 접선의 기울기로부터 를 바로 구할 수 있다.
cos
sin
이므로 기울기 는 sin
cos
이고
tan
이므로
arctan 로 구할 수 있다.
다음은 계산결과를 정리한 표이다.
1) 그림에서 가, 꼭지점에 해당하여 양쪽 변의 연장선 중 어느것도 y축과 평행하지 않기 때문이다. 연장선이 y=-1 과 y축에 대해 대칭을 이루기에, 외각의 절반이 라고 할 수 있다.
u n 각도 최소 각도 최대
200 25 0.9 0.9
192 24 0.94 0.94
184 23 0.98 0.98
176 22 1.02 1.03
168 21 1.07 1.08
160 20 1.13 1.13
152 19 1.18 1.19
144 18 1.25 1.26
136 17 1.32 1.33
128 16 1.42 1.43
120 15 1.5 1.51
112 14 1.6 1.61
104 13 1.73 1.75
96 12 1.88 1.89
88 11 2.05 2.07
80 10 2.25 2.28
72 9 2.5 2.54
64 8 2.81 2.86
56 7 3.21 3.27
표 2
각도 단위는 도[˚]이다.
○
가속도 센서 제작○
고도 센서 제작○ 로켓발사
로켓은 용계역 근처의 논에서 발사한다. 수평방향으로 발사하기 전, 차량이 정상적으로 진행하 는지, 연직방향으로 로켓이 잘 날아가는지 점검할 필요가 있다. 연소시간은 1분이고, 올라가는 고도에 따라 체공시간은 2~3분이다.
△ 연직 방향 로켓 발사대
△ 연직방향 로켓 발사 모습
△ 로켓 연소 이후 연료통이 압력에 의해 변형된 모습
△ 연소 이후, 콘크리트 바닥의 탄 흔적
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과 ○ 연료의 재료
연료를 연소시켜보며 연소후 반응물과 화학 반응식을 통해서 질산칼륨, 솔비툴을 사용하는KNSB연료 사용을 최종적으로 결정함.
○ 연료의 비율
-고체연료 연소반응식
→
-설탕과 질산칼륨의 질량비
이므로설탕 : 질산칼륨 = 1711.15 : 4851.84 ≒ 26 : 74 (13 : 37)
위의 결과를 바탕으로 고체연료 제작 시 질산칼륨과 설탕의 비를 26 : 74로 한다면 남는 반응 물이 없이 효율적으로 완전히 연소 할 것이다.
○
로켓 연료의 질량비(설탕 : 질산칼륨 ≒ 26 : 74)를 구했고, 실험을 통해 질산칼륨이 질량비 대로 들어가면 너무 높은 온도에서 폭발적인 연소가 되므로 질산칼륨의 양을 조절하여 효율적인 연료의 질량비(설탕 : 질산칼륨 ≒ 35 : 65)를 찾아내었다.○
KNSU연료 제작 시 가열시간이 증가할수록 연료의 색이 갈색으로 변하며, 이에 따라 로켓 연소시 액체상 태의 많은 반응물이 방출되어 효율적이지 못한 연료가 되므로 연료가 다 녹아 서로 섞일 정도 까지만 가열해 주는 것이 효율적인 연료를 만드는 방법이다.○ 노즐
시멘트를 활용해 제작했고, 3D 프린터를 활용하여 틀을 만들어 원하는 각도를 쉽게 만들 수 있 었다. 로켓 시험발사를 통해 분출물에 의해 시멘트가 마모될 수 있음을 알고 단면적이 가장 좁은 곳 에 와셔를 넣어 마모를 최소화 하였다. PVC파이프 옆에 구멍을 뚫고 시멘트를 채워 넣어 노즐과 함 께 굳힘으로써 blow-up을 예방했다.
○ 고도센서
0.005초 간격으로 해발고도를 측정할 수 있다.
○ 이론
ln
ln
ln
○ 레일
처음 철사 2겹을 활용하여 제작할 계획이었으나, 로켓의 무게를 견디기 어렵다고 판단하였고, 실제 실 현될 모델과 가깝게 제작하기 위해, 차량을 도입했다. 이에 따라 철사 대신 지관통을 4등분하여 레일로 활용 하려 한다.
○ 수직방향 로켓 발사 실험 : 실패
-원인 분석 1 : 연료의 추진력에 비해 로켓의 무게가 너무 크다.
-원인 분석 2 : 노즐의 구멍이 너무 커서 공기가 새어나가는 것과 같다.
-원인 분석 3 : 발사대가 너무 빡빡하게 제작되어 로켓이 발사대에 끼여서 발사되지 못했다.
○ 수평방향 차량 실험 : 아직 실행되지 못함.
-실험의 어려움 : 로켓과 차량의 무게를 고려하여 2개 이상의 엔진이 필요한데, 이를 동시에 점화시키 기 어려움
□ 시사점
○ 연료통의 소재로써 CPVC 파이프의 적절성을 확인하였다. 다만 수평방향으로 발사할 때의 연료통으로써는 무게를 고려해봐야 할 것이다.
○ 연료 질량비를 화학실험식에서 구하였으나 반응온도가 너무 높아 적절하지 않을 수 있다고 판단해 질산칼륨의 비율을 낮추어 실험할 필요성을 느꼈다.
○ 작년 R&E를 진행하며 촬영한 농구공의 궤적을 분석한 결과 속도에 비례하는 저항력을 고려한 것보다 속도의 제곱에 비례하는 저항력을 고려한 것이 오차가 더 컸다. 저항력은 푸리에 급수로 표현되는 데 속도가 작은경우 일차식에 비례하는 것의 영향이 클 것이라 사려된다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 홍보
본 연구의 목적 중 하나는 로켓을 이용해 포물선 방정식을 입증 시키는 것이다. 이는 로켓이 우주를 탐사만을 위한 도구가 아니라 실험도구로서의 가치도 가지게 할 것이다. 예상되는 최상의 결과는 로켓에 대한 인식의
