Tout le matériel de base nécessaire à la construction d’une fusée à eau est simple à se procurer.

un pistocolle ;

une pompe (un modèle à pied est conseillé pour le confort et, si possible, avec un manomètre)

un cutter

du scotch renforcé ;

de la colle époxy à deux composants ou de la colle néoprène.

+ une valve de vélo et d’un bouchon de liège pour faire un système simple de mise sous pression.

La propulsion d'une fusée à eau est basée sur le principe bien connu d'action-réaction : lorsqu'une certaine masse (la masse d'eau, ici) est éjectée violemment d'un conteneur, il se crée une force de réaction dans le sens opposé. C'est par ce même principe que les fusées telles qu'Ariane sont propulsées, sauf qu'à la place d'une masse d'eau, ces engins éjectent une masse de gaz enflammés.

Dans les fusées à eau, la masse à éjecter est donc de l'eau, fluide parfaitement neutre et dépourvu d’énergie. Le moyen pour éjecter cette eau n'est pas une réaction chimique mais la mise sous pression de l'air dans le conteneur. Ce conteneur est une simple bouteille en PET. Pour des raisons de sécurité, il est important que cette bouteille soit en PET, afin de résister à la forte pression interne.

Plus la pression de l'air dans la fusée est élevée, plus l'eau sera éjecté rapidement, et donc plus la force de réaction sera grande, même si elle dure moins longtemps.

Dans la pratique, la phase de propulsion d'une fusée à eau est en général très courte (de l'ordre du dixième de seconde pour une fusée type de 1,5 L). Cependant, après cette phase propulsive, la fusée à eau continue son ascension grâce à l'énergie cinétique acquise, et ceci malgré la pesanteur et la résistance de l'air.

Le protocole de lancement d'une fusée type est le suivant : La fusée remplie de 30 % à 40 % d'eau est placée sur son pas de tir. L'air de la bouteille est alors mis sous pression (à 5 000 hPa en milieu scolaire, soit 5 bars ou 5 Atmosphères en unités anciennes, et jusqu'à 8 000 hPa), généralement à l'aide d'une pompe à pneumatique manuelle. Une fois la pression adéquate atteinte, la fusée est libérée et commence son vol.

Les fusées à eau sont des engins concentrant une énergie importante, capables d'occasionner des blessures graves si des mesures de sécurité simples ne sont pas respectées.

Il est par conséquent recommandé qu'aucune personne ne se trouve à moins de 10 mètres du pas de tir pendant la mise sous pression et le décollage d'une fusée.

Une fusée à eau se compose de 4 parties bien distinctes:

L'ogive ; la pointe de notre fusée est constituée d'une coiffe ou ogive (définition davantage militaire), dont l'utilité est l'amélioration de l'esthétique et surtout de l'aérodynamique.

Un profil pointu comme celui d'un avion de chasse ou du Concorde, qui nous semblerait, à priori, le meilleur est inutile pour nos FHP (Fusée hydropneumatique) dont la vitesse reste largement en dessous de celle du son. Mais cette coiffe peut aussi contenir un dispositif qui permettra à la fusée de retourner au sol en douceur, un parachute par exemple.

Le fuselage est le corps principal de la FHP car il va servir de réservoir ainsi que de chambre pour que la pression augmente et expulse la tuyère.

La tuyère est le bouchon qui sert à contrôler le débit de la FHP. Il doit laisser entrer l'eau lors du remplissage et il permet de contrôler le débit de l'eau lors de la propulsion.

Les ailerons permettent de contrôler la trajectoire de nos FHP. Il se doivent d'être aérodynamiques pour ne poser aucune résistance à la montée de notre FHP. À notre niveau il est quasiment impossible de mettre en place un système d'ailerons dirigés constamment par un système électronique car il serait lourd, volumineux et complexe.

Fusée minimale

Une simple bouteille en PET constitue en elle-même une fusée à eau permettant de mettre en lumière l’existence d’une très grande force propulsive. Cependant cette simple bouteille se montrera aérodynamiquement instable : elle se mettra à tournoyer, de telle sorte qu’elle ne gagnera pas beaucoup d'altitude.

Pour la rendre stable, il faut ajouter des ailerons à la fusée. Une fusée de 1,5 litre dotée d'ailerons peut aisément dépasser les 60 mètres d'altitude

Le réservoir

Le réservoir de la fusée à eau est le volume interne de la ou les bouteille(s).

Il est possible d'augmenter le volume du réservoir de la fusée en assemblant entre eux plusieurs éléments de bouteilles. Cela nécessite un collage interdisant les fuites et les éventrements sous la forte pression de lancement. La colle polyuréthane, utilisée en général pour ce genre de collage, apporte une bonne étanchéité, une bonne résistance à la pression, ainsi que l’élasticité nécessaire pour résister à la violence de certains retours au sol.

Certaines fusées à eau perfectionnées comportent plusieurs étages qui se déclenchent chacun à leur tour au moyen de mécanismes divers

Les ailerons

Les ailerons ont beaucoup d'influence sur les performances de la fusée. Ils permettent une stabilisation de la trajectoire.

Ils doivent être bien dimensionnés, situés en dessous du centre de gravité et solidement fixés au corps de la fusée. Des ailerons trop grands entraineront un problème de stabilité et des ailerons trop petits ne stabiliseront pas assez la fusée.

A more thorough analysis of water rockets: Moist adiabats, transient flows, and inertial - Although water rockets are widely used to illustrate first year physics principles, accurate measurements show that they outperform the usual textbook analysis at the beginning of the thrust phase.