具有飛行能力者,飛行速度無一不超過音速,這是空想科學世界的常識。不論超人力霸王等正義使者,拉頓或三頭金龍等有翅膀的怪獸,還是超級警備隊的各式超級武器,全部都是如此。音速 3 倍、音速 5 倍或者音速 7 倍(←為何大都是奇數啊?),更厲害的甚至還有能以音速 20 倍飛行的。會把「時速 91 公里」掛在嘴上的,大概只有超人小天使(舊譯「超人小叮噹」)了吧。
這些超乎常理的超音速之所以會隨意被拿來用,唯一的原因就在於現實世界中真的存在許多能以超音速飛行的飛行器,例如噴射戰鬥機。的確,既然協和式客機都能以音速 2 倍飛行,超人力霸王能以音速 5 倍飛行好像也沒有什麼好奇怪的,「不就只是把數字寫大一點嘛」。這麼一說,似乎也滿能夠讓人接受的。
可是,問題真的這麼單純嗎?就算如上個單元所討論的那樣,只要有反作用力或是升力,超人力霸王與怪獸就能以超音速飛行,難道不會有任何阻礙嗎?
其實,他們都忘了一個重要的問題。完全忘記以超音速運動時會產生衝擊波(能量震波)這回事了!這個單元,我們就來了解一下那是多麼可怕的東西吧。
衝擊波的形狀
當物體以超音速運動時,物體的前端就會產生衝擊波。只要是在大氣中都逃不掉這個命運。
超人力霸王兄弟以及王者基多拉等具有飛行能力的傢伙,全以超音速在空中飛行,可是他們卻完全不知道衝擊波的可怕。非得好好教訓一下不可。
衝擊波的威力非常厲害,噴射戰鬥機所產生的衝擊波就連 5 公里外建築物的玻璃窗等都能輕易擊破。協和式超音速客機之所以要在 2 萬公尺的高度飛行,是為了避免危及地面。此外,還有一點也請別忘記,那就是以超音速移動的物體本身也逃不過自己製造的衝擊波的破壞力。
以超音速運動的物體所產生的衝擊波,可以用下述的作圖法求得波形 。
這兩條切線所夾出來的楔形,就是衝擊波的形狀。事實上這應該是立體的,正確的說法應該是圓錐體的側面。
由於衝擊波是由物體的突出部位產生的,所以就連運動中的物體本身,只要超出這個圓錐體範圍外,都會被前端產生的衝擊波破壞。超音速飛機之所以設計成細長的三角形機翼,就是為了避免突出於圓錐體之外。雖然協和式客機能夠以 2 馬赫的速度飛行,但是那時所形成的衝擊波頂端的角度是 60 度,只要不超出那個範圍就不會有問題。
個個都會支離破碎!
總而言之,空想科學世界的每一位,好像都完全沒有注意到這件事情。個個都超出了範圍。
我們就先從王者基多拉來看吧。這隻根據設定資料能夠以音速 3 倍飛行的宇宙大怪獸,如果要以那和流線型相差十萬八千里遠的體型超過音速,根本就是自殺行為。以音速 3 倍的情況來說,由於圓錐的頂角是 39 度,毫無疑問,翅膀會直接遭殃。
而且,這傢伙還有三個腦袋。這種身體結構,不論哪一個頭,都會遭受另外兩個頭所造成的衝擊波衝擊。如此一來,對頭哥吉拉根本不必採取任何行動。在飛來的途中就自動斬首,然後就「劇終」了。雖然是三番兩次捲土重來的著名怪獸,可是再來多少次結果都一樣。
與王者基多拉相比,超人力霸王的飛行姿勢就很接近流線型了。可是,由於他的飛行速度是音速5倍,衝擊波的頂角就只有 23 度了。若是依照畫面上常見的姿勢,兩手平伸靠攏、仰著脖子,眼睛以上的部分都會破碎四濺。
不過,他的情況還算好,真正危險到令人絕望的是以音速 7 倍飛行的超人七號。頂角只有 16 度!