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運動生理:アマツバメが翼の形状変化で滑空性能を制御する仕組み

Nature 446, 7139 doi: 10.1038/nature05733

滑空している鳥は翼の形とサイズを常に変化させており、これは、おそらく翼形状が空気力学的性能に及ぼす著しい効果を利用するためだとみられている。複数の解析的滑空モデルによって、滑空中の鳥は、滑空速度に適するように翼の後退角を調節しているはずであることが定性的に予測されている。これらのモデルは、空気力学理論から翼の性能エンベロープを外挿したものである。今回我々は、風洞で計測した実際のアマツバメの翼の空気力学的・構造的性能を記載し、これを基に半経験的な滑空モデルを構築した。我々は、アマツバメの挙動エンベロープの内外を計測し、最も適した後退角を選択することで、沈下速度を半減したり旋回速度を3倍にしたりできることを示す。横に伸ばした(後退角の小さい)状態の翼は低速での滑空や旋回に優れており、後ろに曲げた(後退角の大きい)状態の翼は高速での滑空や旋回に優れている。この卓越性は、高速旋回を除き、空気力学的性能が高まることに起因している。後ろに曲げた状態の翼は高速旋回時の揚力生成にはあまり効果的でないが、非常に強い負荷に耐えることができる。最終的に我々の滑空モデルからは、コスト効率の高い滑空が行えるのは8〜10 m s−1である一方、敏捷性に関する数値は15〜25 m s−1のときに最大になることが予測された。実際、アマツバメは夜に(「眠りながら」)8〜10 m s−1で飛行することが知られており、我々のモデルはこの休息行動時の速度選択を説明することができる。滑らかな形状変化(モーフィング)は、鳥の翼の性能をその時々の目的に適合させるだけでなく、将来の航空機の飛行を制御する可能性も秘めている。

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