水ロケット

通常、圧力容器としてはポリエチレンテレフタレート（PET）製の炭酸飲料ボトルが1本使用されます。複数ボトルロケットは、2本以上のボトルを様々な方法で連結して作られます。ボトルはノズルで接続したり、切断して分割した部分を互いに重ね合わせたり、開口部と底部を繋げてチェーン状にすることで体積を増やすことができます。これにより構造が複雑になり、体積が増えることで重量も増加しますが、ロケットの推力持続時間が長くなることで相殺されるはずです。

多段式ロケットははるかに複雑です。これらは2つ以上のロケットを積み重ねたもので、宇宙空間にペイロードを送るために使用される多段式ロケットと同様に、空中で打ち上げるように設計されています。

水ロケットを加圧する方法には、以下のようなものがある。

• 標準的な自転車/自動車用タイヤポンプで、最低75psi （520kPa ）まで空気を入れることができるもの。  
• 水圧によって、空のホース内の空気がすべてロケットに押し込まれる。水圧は水道本管の水圧と同じである。
• 空気圧縮機は、作業場で空気圧機器や工具の動力源として使用されるようなものです。高圧（15バール／1500kPa／200psi以上）の圧縮機を改造して水ロケットの動力源として使用することは危険であり、ボンベから高圧ガスを使用することも同様に危険です。
• 二酸化炭素（CO₂ _）、空気、窒素ガス（N₂ _）などの圧縮ガスは、ボトルに充填されています。例としては、ペイントボール用シリンダーの_CO₂や、工業用およびスキューバ用シリンダーの空気などがあります。ボトル入りガスには注意が必要です。圧縮ガスは膨張すると冷却され（気体の法則を参照）、ロケット部品も冷却されます。PVCやABSなどの一部の材料は、急激に冷却されると脆くなり、強度が低下する可能性があります。安全な距離を保つために長いエアホースが使用され、ロケットの過圧や発射前の爆発を防ぐために、発射装置には通常、圧力計（マノメーター）と安全弁が使用されます。ダイビング用シリンダーや工業用ガス供給業者の容器などの高圧ガスは、訓練を受けたオペレーターのみが使用し、ガスはレギュレーター装置（例：スキューバ用第1段）を介してロケットに供給する必要があります。ほとんどの国では、すべての圧縮ガス容器は地方、州、国の法律の対象となり、認定試験センターで定期的に安全試験を受ける必要があります。
• ドライアイスから二酸化炭素ガスが昇華する様子。ドライアイスは昇華すると体積が800倍に膨張します。2リットルのペットボトルに水を少し入れ、その口にゴム栓（#3）を勢いよく差し込みます。すると圧力が上昇し、ゴム栓が飛び出します。
• ボトル内の水面上の爆発性ガスの混合物に点火すると、爆発によってロケットを空中に打ち上げる圧力が生じる。^{[ 3 ]}

水ロケットのノズルは、従来の燃焼ロケットのノズルとは異なり、ド・ラバルノズルのような拡散部を持たない。水は基本的に非圧縮性であるため、拡散部は効率向上に寄与せず、むしろ性能を低下させる可能性がある。

水ロケットノズルには大きく分けて2種類あります。

• オープンは、「標準」または「フルボア」とも呼ばれ、内径は約22mmで、これは標準的なソーダボトルのネック開口部です。
• 「制限付き」とは、「標準」よりも小さいサイズのノズルを指します。一般的な制限付きノズルは内径が9mmで、「ガーデナノズル」と呼ばれています。これは、ノズルの製造に使用される一般的なガーデンホース用クイックコネクターにちなんで名付けられました。

ノズルのサイズはロケットの推力に影響を与える。直径の大きいノズルは推力発生時間が短く加速速度が速い一方、直径の小さいノズルは推力発生時間が長く加速速度が遅い。

ロケット内の推進剤の残量が減るにつれて、重心は最初は下方に移動し、推進剤がなくなると最終的に再び上方に移動します。この最初の動きによって安定性が低下し、水ロケットが宙返りを始めることがあります。これにより、最高速度が大幅に低下し、滑空時間（ロケットが自身の運動量で飛行する時間）も短くなります。

圧力中心を下げて安定性を高めるために、フィンやその他の安定装置を追加することで、抗力中心を常に重心よりもずっと後方に移動させることができます。あらゆる種類の安定装置は通常、重心があるボトルの後部付近に配置されます。適切に設計されたフィンによって得られる安定性の向上は、抗力の増加に見合うものであり、ロケットが到達する高度を最大化するのに役立ちます。^{[ 4 ]}

安定翼があるとロケットは機首から飛び出すため、速度は大幅に向上するが、同時に地面に転がり落ちる場合よりもはるかに速い速度で落下するため、ロケット自体や、着地時に衝突する人や物に損傷を与える可能性がある。

水ロケットの中には、トラブル防止のためにパラシュートなどの回収システムを備えているものもあります。しかし、これらのシステムも故障する可能性があります。ロケットの設計においては、この点が考慮されることがよくあります。落下するロケットによる損傷や負傷を最小限に抑えるために、ゴム製バンパー、衝撃吸収ゾーン、安全な打ち上げ方法などが活用されます。

もう一つの可能​​な回復システムは、ロケットのフィンを使って降下速度を遅くするもので、後方滑空と呼ばれることもあります。フィンのサイズを大きくすると、抗力が大きくなります。重心がフィンより前にある場合、ロケットは機首から降下します。スーパーロックや後方滑空ロケットの場合、ロケットは、空のロケットの重心と圧力中心の関係によって、フィンによってロケットが機首を下向きに傾く傾向が、長い機体の空気抵抗によって相殺され、その結果、ロケットはゆっくりと横向きに落下するように設計されています。^{[ 5 ]}

水ロケットランチャーの中には、発射管を使用するものがあります。発射管はロケットのノズル内部に収まり、先端に向かって上方に伸びています。発射管は地面に固定されています。ロケットが上昇加速を始めると、発射管がノズルを塞ぎ、ロケットが発射管から出るまで水はほとんど噴射されません。これにより、圧縮空気のポテンシャルエネルギーをロケットと水の運動エネルギーおよび重力ポテンシャルエネルギーにほぼ完全に効率的に変換することができます。ロケットエンジンは低速時に最も効率が悪くなるため、発射初期段階における高い効率は重要です。したがって、発射管を使用することで、ロケットの速度と到達高度を大幅に向上させることができます。発射管は、長い発射管を取り付けられる長いロケットと併用した場合に最も効果的です。

水ロケットの発射回数でギネス世界記録を保持しているのは、2017年11月10日に1950個の水ロケットを同時に発射したコロンボのロイヤル・カレッジである。 ^{[ 21 ]}

高さ7.72メートル（25.3フィート）、直径72.5センチメートル（28.5インチ）の最大のウォーターロケットのギネス世界記録は、 NPO昭和学園（日本）が保持している。この記録は、2022年6月2日に北海道大樹市で発表、計測、打ち上げられた。^{[ 22 ]}以前の記録保持者は、 高さ3.40メートル（11.2フィート） 、直径40センチメートル（16インチ）のウォーターロケットを持つ国立物理研究所（英国）だった。この記録は、2011年6月15日に発表、計測、打ち上げられた。^{[ 23 ] [ 10 ]}    

^{水と空気で}推進するロケットの最高到達高度の現在の記録は、ケープタウン大学が2015年8月26日に達成した2,723フィート（830メートル）[24]で、以前の2007年の記録であるUS Water Rocketsの2,044フィート（623メートル）を上回っています^。 [ ^{26 ]また、}このロケットは^{競技規則で}要求される検証の一環として、ペイロードとしてビデオカメラも搭載していました。^{[ 27 ]}