양력 조절 -날개폭과 캠버

양력이 어떻게 생기는지 살펴보았으니, 이제 새가 그 양력을 실제 비행 중에 어떻게 조절하는지 볼 차례입니다. 새는 날개로 만드는 양력을 바꾸는 여러 방법을 가지고 있는데, 그중 가장 단순한 두 가지가 날개폭을 조절하는 것과 캠버를 바꾸는 것입니다.

날개폭을 펴고 접다

양력은 날개의 전체 길이와 직접 관련되므로, 가장 단순하게 조절할 수 있는 요소는 전체 날개폭, 즉 양쪽 날개 끝 사이의 거리입니다. 새는 날개를 펴거나 구부려 날개폭을 조절할 수 있습니다. Rock Pigeon의 활공 비행을 보면, 특정 활공 속도에서 날개를 최대한 펼쳤을 때가 접었을 때보다 더 큰 양력을 만듭니다.

 

날개폭(wingspan): 살아있는 새가 날개를 완전히 펼쳤을 때 날개 끝 사이의 거리.

날개폭은 종과 무리에 따라 크게 다릅니다. 독수리·콘도르·군함조·알바트로스처럼 상승 기류를 타는 데 잘 적응한 새들은 특히 긴 날개폭을 지니는데, 상승 비행에는 양력을 특히 효율적으로 만들어야 하기 때문입니다.

캠버로 순환의 양을 바꾸다

날개 주위의 공기 순환에 영향을 미치는 또 다른 요소는 캠버, 즉 날개의 곡률입니다. 캠버가 큰 날개는 캠버가 적거나 없는 날개보다 더 많은 공기 순환을 만들어 냅니다.

 

캠버(camber): 단면으로 본 날개의 곡률. 캠버가 큰 날개는 더 아치형이어서 윗면과 아랫면이 덜 대칭적이다.

 

많은 꿩류와 그 친척들의 날개는 높은 아치형으로 캠버가 큰데, 이 새들은 보통 매우 빠르게 날개를 퍼덕여야 합니다. 이런 특징은 높은 양력을 만들어야 하는 필요와 맞물리는데, 이들이 포식자로부터 도망치기 위해 거의 전적으로 순간적인 이륙과 단거리 비행에 날개를 쓰기 때문입니다. 날개의 전체적인 형태가 허락하는 범위 안에서, 모든 새는 날개 근육을 써서 캠버 자체를 실시간으로 조절할 수 있습니다.

[심화] 다운스트로크의 추력도 캠버 조절에서 나온다
날갯짓 비행에서 새는 캠버 날개의 모양과 방향을 조작해 양력의 방향 자체를 바꿉니다. 다운스트로크(동력 스트로크) 동안 날개 표면을 아래쪽 또는 앞쪽으로 회전시키면(음의 받음각), 양력의 방향도 앞쪽으로 함께 회전합니다. 이 양력의 순수한 앞쪽 성분이 바로 추력입니다. 비행기는 날개로 양력을, 프로펠러나 제트로 추력을 따로 만들지만, 새는 같은 구조인 날개 하나로 양력과 추력을 동시에 만들어 냅니다.

요약

새는 날개폭을 펴고 접어 전체 양력의 크기를 조절하고, 캠버를 바꿔 날개 주위의 공기 순환량 자체를 조절합니다. 상승 비행에 특화된 새일수록 긴 날개폭을, 순간적인 이륙과 빠른 날갯짓이 필요한 꿩류일수록 큰 캠버를 지니는 경향이 있습니다. 다음 글에서는 앞다리 근육으로 조절하는 또 다른 변수인 받음각과, 그것이 지나칠 때 벌어지는 실속, 그리고 몸무게 대비 날개 면적의 기록을 지닌 새를 살펴보겠습니다.

 

참고 자료

Tobalske, B. W., Handbook of Bird Biology, 5장 「비행」, 5.1.2 「양력 조절」.

Gill, F. B., Prum, R. O., Ornithology, 4th ed. (W. H. Freeman, 2019), 5장 「비행」, 5.1 「기초 공기역학」(다운스트로크와 추력 생성).