衝撃波について

質問

戦闘機程の物体が飛行時の衝撃波でビルの横を通り、ビルを吹き飛ばして破壊するにはどのぐらいの速度が必要なのでしょうか
マッハ５くらいで足りますか？
そもそも速度が上がれば衝撃波大きくなるのでしょうか

回答No.4

pantarhei

戦闘機がビルの横を通り過ぎるという条件でビルを破壊するぐらいの力
の計算をするのはなかなか難しい(おそらく超・極超音速になる)です。
ということで、衝撃波やマッハというものに関心があるようなので、
そちらの方をいろいろと説明したいと思います。
衝撃波というのは、基本的には、物体が流体中(たとえば空気)を「音速
を超える速度で飛行」しているときに発生します。
音速と言うのは、音が伝わる早さで、空気の場合約340m/s前後です。
物体が音速と同じ速さで飛行しているとき、その速度をMach1(マッハ1)
といい、音速の倍(空気の場合約680m/s)の速さで飛んでいるときに、
音速の2倍なのでMach2と言います。
つまり、Mach5と言うのは、音速の5倍(約1700m/s、一秒間に1700メート
ル進む速さ)ということです。
ちなみに、Mach数で言うと、速さはそれぞれ下のように名前がついています。
Mach 0～0.8 亜音速(音速の前ということ)Subsonic
Mach 0.8～1.2 遷音速(音速に変わっていくということ)Transonic
Mach 1.2～5 超音速(音速を超えたすごいスピード)Supersonic
Mach 5～ 極超音速(超音速よりすごいスピード)Hypersonic
最後に少し質問に答えますと、たとえばMach5で飛んで来た戦闘機がビル
のすぐ手前で「ピタッ」と止まったとすると、戦闘機を正面から見た
部分の面積(正面投影面積、前面投影面積という)のところにある空気が
Mach5、つまり音速の5倍(約1700m/s)の速さでビルにぶつかります。
戦闘機の正面投影面積は言えません(レーダ面積(RCR)に関係するため
"一応"公開されていません。興味があったら調べてみてください)ので、
戦闘機が前から見ると1平方メートル(1 m^2)だった場合を考えます。
空気の密度(1立方メートルあたりの重さ)は約1.24kg/m3(1立方メートル
の空気の重さは1.2キログラム)なので、ビルに向かって、1.2kgの物が
1700m/sの速さ(時速約6000Km/h)で飛んできたとします。
ビルは壊れるとおもいますか？？

壊れると思ったら、多分壊れてますｗ
好奇心は、ずっと持っていれば将来勉強をして、答えに行き着いたときの感動を味わえます。
好奇心を捨てないでがんばってください。

回答No.3

zxcvbnm99

流体中を物体が動くとき，その速度が流体の圧力伝播速度以上になると，物体から出た圧力波が重なり合い，面状になります。
このとき，その重なった圧力波面の前後では速度，密度，圧力などが不連続となり，これを衝撃波と呼びます。

さて，超音速で飛んでいる飛行機の場合を考えます。
機首や主翼前縁，インテークの前縁などにぶつかった空気からは圧縮された衝撃波(圧縮波)が発生します。
また，最後尾や主翼後縁などからは膨張による衝撃波(膨張波)が発生します。
これら飛行機各部で発生した圧縮波や膨張波は，上空から地上まで届く間にだんだんと集まって，大きな圧縮波と膨張波にまとまります。
(ちょうど圧力のグラフが N のような形になるため N波と呼ばれています)
このNの頭とお尻が通過するときにドドーンという大きな音がします。
これがソニックブームです。
ソニックブームの音の大きさは，このN波の圧力差と形状に依存します。
機体が大きくなれば圧力差が大きくなり，音も大きくなるわけです。

とはいえ，大きな音レベルですので，たまたま共振周波数と合ってしまったガラスが割れるぐらいで，コンクリートを割るのは無理でしょう。

ちなみに，機体の形をうまいこと設計することにより，N波の形状をくずしてソニックブームを弱めようという研究がなされているようです。
http://www.apg.jaxa.jp/research/cyoonsoku/seisyuku.html
なんと，ソニックブームのシミュレータなんてのもあるんですね。

参考URL：

http://www.apg.jaxa.jp/research/cyoonsoku/seisyuku.html

回答No.2

id357

興味本位であれば、そいう話は私もきらいではないので。
ただ、専門家ではないので気楽にお願いします。

専門的なページを見ても難しいので・・・。

飛行機（特にジェットエンジン）が飛ぶときは相当大きな音を出します。
音は当然四方八方に飛びますが、問題は飛行機の進行方向に向かう音です。
音の波は飛行機から出たものの飛行機が追いかけてくるため
なかなか飛行機から離れられません。しかも、次から次ぎと音の波が
飛行機から出てきますので、大混雑になってしまいます。

音速を超えた時、その、たまった音が一気に破裂するため、ドカーンと
（これを、ソニックブームと表現するのでしょうか？）
でかい音がする。ふうせんが割れたみたいな感じ。

で、そうすると、音速を超えちゃダメなわけで、
延々音速を超えないギリギリの速度で飛行を続けて、とことん
音を溜め込んで一気に低空飛行をする。
ほうが
理屈にあっているような気がしませんか？
自分として（素人として）は、そう思います。
スピードが速ければ、というのはないのでは？

繰り返しますが、ティータイムトークですよ。
こんなになるのかなあ、という半分ＳＦロマンと思ってください。

回答No.1

id357

テロに使う話ではないでしょうね。
あとは、プロが解説してくれるでしょう。

たぶん、興味本位でしょ。
空気による衝撃波なら、その圧力を生む飛行物体の形状によります。
どのくらい近距離を通るかによります。
いかに高速で、いかに空気抵抗を多くするかなんて設計する人はいませんよ。
それが目的の変体科学者は別として。

一般的には、いかに空気抵抗を少なくして
（つまり、衝撃波を発生させない）
安全に運行出来る所を、みんなが模索している時代に・・・。

補足

興味本位です。アニメでそんな光景を見たもので気になってました