Elastic structures are commonly found in nature. In terms of propulsion, the response of elastic structures to the surrounding flow conditions can be utilized to enhance the propulsive performance. Instead of the a fully continuous elastic structure, the use of multi-segmented structure provide additional benefits including easier control of local structural properties and kinematic behavior. Furthermore, while restricting the degree of motion freedom, additional functionalities can be induced on multi-segmented structures such as unidirectional bending, which is hard to implement for fully continuous elastic structures. For the development of an underwater swimmer, we propose elastic systems composed of elastically connected multi-segmented structures composed of both elastic and rigid parts. Covering the dynamics of a single propulsor to a system of multiple propulsors, the presented studies aim to provide proper guidelines in understanding the coupled dynamics of the interaction between multi-bodied structure with the surrounding fluid through experimental and analytical approaches. In characterizing the dynamics of the multi-segmented structures in various flow conditions, a set of dimensionless parameters are proposed to appropriately link the intimate relationships of various geometric and kinematic parameters.
유연한 구조체는 자연에서 흔히 볼 수 있다. 추진의 관점에서 유연한 구조체와 주변 유동과의 상호작용에 의해 나타나는 거동은 추진 성능을 증가시키는 방향으로 활용할 수 있다. 다중 분절 구조체는 연속적인 탄성 구조체 대비 국소적인 구조적 특성이나 운동학적 행동을 더 쉽게 제어할 수 있는 등의 이점이 있다. 더 나아가, 운동 자유도는 제한되지만 연속적인 구조체에는 구현하기 어려운 단방향으로 꺽임이 발생하는 구조적 기능 등을 도입할 수 있다. 수중 유영체의 개발을 위해 본 학위연구에서는 탄성체와 강체모두를 포함하는 탄성적으로 연결된 다중 분절 구조로 이루어진 탄성 시스템을 제안한다. 분절형 구조로 이루어진 단일 추진체 및 다수의 추진체로 이루어진 시스템을 모두 고려하여 현 학위연구에서 제시된 연구들은 실험 및 이론적 접근을 통해 다중 몸체 구조와 주변 유체의 상호 작용에 의한 역학을 이해하는 데 적절한 지침을 제공하고자 한다. 이를 위해 분절형 구조체의 기하학적 및 운동학적 매개 변수가 갖는 상관관계를 파악하며, 구조체의 역학적 특성을 온전히 나타낼 수 있는 무차원수들을 제시한다.
