새들은 어떻게 방향을 전환할까?
(그리고 자유로운 날개를 가진 새들은)
...비행기와 패러글라이더는 수직 꼬리날개를 갖추고 있지만, 새들은 그렇지 않다. 그렇다면 어떻게 방향을 전환하는 것일까?
...몇 년 전 미국의 한 과학자, 고생물학자가 페테로다크틸의 비행 모형을 만들어, 이 동물이 상승기류 속에서 어떻게 유지되는지 평가해 보려고 했다. 이 생물의 머리는 평평한 뼈로 된 봉우리로 뻗어 있었다는 것은 이미 알려져 있다.
이 과학자는 이 봉우리가 수직 꼬리날개 역할을 했을 것이라고 추측하고, 원격 조종을 통해 모형의 조종이 가능하도록 회전 가능하게 만들었다. 그러나 그는 박쥐가 비행 중 매우 민첩하고, 뼈로 된 봉우리 없이도 매우 좁은 각도로 회전할 수 있다는 사실을 간과했다. 박쥐는 단지 두 개의 막 날개만을 가지고 있을 뿐이다. 그렇다면 그 비결은 어디에 있었을까?
...사람들이 처음으로 로갈라 날개를 이용해 날아오르기 시작했을 때, 조종은 전적으로 무게 중심의 이동을 통해 이루어졌다. 트레프레즈의 조종봉을 당기거나 밀면 기울기 조종이 가능했다. 이 부분에는 문제가 없었다. 초기의 만타는 고정된 횡단재를 갖추고 있었고, 방향 전환을 위해서는 무게 중심을 옆으로 이동시켜야 했다. 따라서 모든 회전은 미끄러지듯이 이루어졌으며, 추락 속도가 크게 증가했다(수평 비행 시 2.5m/s에서 회전 시 3.5m/s로 증가, 심지어 약간의 회전이라도).
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초기의 '만타'. 서서 비행하는 모습.
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...어떤 선구자가 기억나지 않는 이름의 사람인데, 선체의 횡단재를 선체와 분리하는 아이디어를 냈다. 레버(그림 참조)를 통해 일정한 수평 이동이 가능했다.
** ...그 결과, 비행기의 민첩성은 즉각적으로 놀라울 정도로 향상되었다. 조종사가 몸을 옆으로 기울이면서 선체를 함께 끌어당기면 날개가 변형된다. 그림은 이 효과를 과장해서 보여주고 있다. 그러나 그 결과를 쉽게 상상할 수 있다. 한쪽 날개의 한 부분이 1cm 정도 평평해지면, 반대쪽은 같은 양만큼 오목해진다. 마치 날개 전체에 걸쳐 끝단을 따라 날개 끝날개(에일러론)가 달린 것처럼 작용하는 것이다. 조종의 편안함은 완전히 바뀌었고, 안전성도 크게 향상되었다.
...다시 박쥐로 돌아가보자. 박쥐도 유연한 날개를 갖고 있으며, 날개 끝단은 자유롭게 움직일 수 있다. 이 날개는 단지 팔과 동물의 한 손가락(비정상적으로 발달한 손가락)에 고정되어 있을 뿐이다. 박쥐가 회전하고 싶을 때는 단지 한쪽 날개를 펴고 다른 쪽은 약간 접는다. 이로 인해 날개 끝단에 비슷한 효과가 나타난다. 수직 꼬리날개가 필요 없다.
...새들도 비슷한 방식으로 방향을 전환한다. 날개 길이가 매우 긴 종류, 예를 들어 알바트로스 같은 새들은 '역효과'를 이용한다. 깃털은 근육에 연결되어 있다. 따라서 새의 전체 날개는 기하학적으로 변형 가능하며, 매우 복잡한 시스템을 형성한다. 이는 '다중 날개'라고 할 수 있으며, 날개 내부(내면)에서 바깥면으로 공기가 흐르게 하여 경계층을 '분출'시키는 효과를 낸다. 이를 통해 큰 각도에서도 비행이 가능하다.
...비행사가 착륙할 때 사용하는 '공기 저항기'(항력기)는 양력의 파괴를 유도하는 장치이다. 새들은 날개를 부분적으로 접는다. 아마도 당신도 매달려 내려오는 매를 본 적이 있을 것이다. 그들의 날개는 반쯤 접혀 있다.
...결론적으로, 우리는 별로 새로운 것을 발명하지 않았다. 델타플레인은 공룡 시대에도 이미 존재했다. 그들은 페테로다크틸이라고 불렸다.
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