風切羽がめくれ上がるのは？

昨日の散歩で，岸に釣り人が点在する川べりを歩いていたときのこと．このあたりに定着しているコブハクチョウのうちの 8 羽の群れがいたのですが，その中の 1 羽がもう 1 羽をしつこく追い回していました．

カモ程度の普通のサイズの鳥であれば，どうということはないのでしょうが，何しろ大きなコブハクチョウがそのようなことをすると，大きな羽音，水面を駆けるときの水しぶきの音，そして彼らの大きな鳴き声で，あたりは大騒ぎになります．釣りをしていた人たちは，これでは釣りにならないと困ったことでしょう．

コブハクチョウが水面から飛び立つ過程をよく見てみると，足が水面から離れても水面すれすれの状態が結構長く続き，地面効果を最大限利用して飛んでいることがわかります．しかも翼を打ち下ろしているときには，風切羽の先端はめくれ上がっています．非常に面白い光景です．

ちょっと荒っぽい計算をしてみましょう．コブハクチョウの翼開長は 220 cm 程度らしいので胴体の幅 30 cm を除いた片側スパンは約 0.95 m．片側アスペクト比を見た目から荒っぽく 4 として，両翼面積は (0.95 ^ 2 / 4) * 2 = 0.45 m^2 程度だろうと当たりをつけます．Hmmmm，けっこう大面積ですね．

これが体重 10 kg を支えて平衡状態にあると，翼面荷重は 10 * 9.81 /0.45 = 218 N/m^2 となります．したがって翼の上下面の圧力差は，N/m^2 を単に Pa と言い換えて 218 Pa です．感覚的にわかりやすいように換算すると，218 Pa とは 218 / 9.81 / 10,000 * 1,000 = 2.22 gf/cm^2 の力となります．

これだけの圧力差で風切羽がめくれ上がるか？ということですが，風切羽の先端部分の面積を 10 cm^2 程度と見積もると，その部分にかかる力は 22.2 gf です．これは十円硬貨 5 枚分の重さに等しい力です．どうでしょうね？めくれ上がるでしょうか？私はいい線行っているのではないかと思いますが，不足しているかもしれません．

不足する場合には，翼面荷重は翼面上均等にかかるわけではなく，特に羽ばたきの打ち下ろし相では，打ち下ろし速度の最も大きい翼端部に強くかかるという（もっともらしい）仮説をでっち上げてみましょう．翼面荷重が均等にかかる場合に比べて 2--3 倍の力が翼端にかかるとすれば，十分ではないかと思いますし，この 2--3 倍という仮説もさほど無理はないと思います．風切羽の先端に重りをのせて実験してみたい気がします．