紙飛行機で航空機で必ず生じている物理現象「後方乱気流」を再現したムービー

飛行機は揚力を利用して空気中を飛んでおり、その際には必ず「後方乱気流」という現象が生じています。この後方乱気流について、さまざまな科学的トピックについて取り上げるYouTuberのNick Schrader氏が「紙飛行機で後方乱気流を作ってみた」というムービーを公開しています。

Wake Turbulence From a Paper Airplane - YouTube

「飛行機は空気を押しのけるか空気を切り裂いて飛ぶため、必ず『Wake Turbulence(後方乱気流)』という大気の乱れが発生します」と小型軽飛行機を操縦しつつ語るのが、Schrader氏。

この後方乱気流の副産物として生じる現象の1つが、「Wingtip Vortices(翼端渦)」です。飛行機の翼が揚力を生む際、翼の上部は気圧が低下し、下側は気圧が上昇しています。空気は気圧差が存在する場合は気圧差を埋めるように流動するため、飛行中の翼の周囲では気圧の高い下側から気圧の低い上側に気流が発生します。

この際、気流は翼の外周を沿うように生じるため、左右の翼同士で逆向きの渦を形成します。これが翼端渦と呼ばれる現象です。

「空気は透明なので、この現象はほとんどの場合見えませんが、特定の気象環境下では見えることもあります。実際には、翼端渦は美しい現象です」

実際に翼端渦を捉えたムービーが以下。オーストラリアの写真家であるMichael Marston氏が撮影した、エアバスA380が巨大な雲を突き抜ける瞬間の映像です。夕日によって赤く照らし出された空を背景に、エアバスA380が通った雲が渦を形成する様子が映し出されています。

Awesome view of a Emirates Airbus A380 creating huge wake vortices in clouds at Sunset - YouTube

こうした後方乱気流や翼端渦について、ある日いつものように自室の中で煙霧機で遊んでいたというSchrader氏は、「後方乱気流を自力で生み出す」ということを思いついたとのこと。

「全ての飛行機は揚力で飛んでおり、副産物として翼端渦を生成しています。なので、紙飛行機を使えば非常に小さなスケールで翼端渦を生成できるのではないかと思いました」

煙霧機と紙飛行機で翼端渦を生み出すというプロジェクトの最初のステップとなったのが、「氷で煙を冷やす」ということ。十分に冷えていない煙は部屋内にうまく漂ってくれなかったそうです。

ライティングについては、煙の流れを映像にハッキリと捉えるため、部屋を暗くして煙をライトで照らし出すという作戦。

続いてのステップは、「紙飛行機を折る」こと。カメラの前を一直線に飛んでくれたほうが見栄えが良くなるため、Schrader氏はできる限りまっすぐ飛ぶように紙飛行機の微調整を繰り返しました。

最後のステップは、「実際に飛ばす」こと。真っ暗な部屋の中、ライトの前で煙霧機を起動して紙飛行機を飛ばし、その様子を撮影するという行為を何度も何度も何度も繰り返したとのこと。

「すごくいいぞ！」

実際にやってみると煙の渦が見えるように紙飛行機を飛ばすのはかなり困難だったとのことで、Schrader氏は「何時間もやった」と一言。そんな苦心を重ねた映像は、ムービーの3分26秒から閲覧可能。以下の埋め込みをクリックすると、3分26秒から再生が行われます。

Wake Turbulence From a Paper Airplane - YouTube

煙の上をカメラ側に向けて飛ぶ紙飛行機。

紙飛行機がフェードアウトした直後、煙は大穴が開いたかのようにゆがみ……

飛行機が飛び抜けていった空間のやや下方に渦翼端が生み出されました。

ムービーは同様の試行を複数回繰り返しており、そのたびに渦翼端が形成されていることが捉えられています。

煙から突き出るように渦翼端が形成されるシーンも。

Schrader氏は「重さがほとんどない紙飛行機でも、30万ポンド(約13万キログラム)旅客機と同等の物理が作用しており、同じ空気力学現象を発生させられます。見た目も素晴らしく、なおかつ美しいもので、私はこの現象が本当に好きです」とコメントしています。

なお、Schrader氏によると、大型機が生み出す後方乱気流はしばしば事故の原因になるそうで、「小型軽飛行機を運転する人は以下の記事を参考にしてください」とのことでした。

No Matter What You Fly, This Wake Turbulence Accident Could Happen To You | Boldmethod
https://www.boldmethod.com/learn-to-fly/aerodynamics/avoiding-en-route-wake-turbulence-on-your-next-flight-any-aircraft/