Solid objects impacting on the free-surface experience peak force at the initial stage. The impact force often causes structural damage to the biological bodies and mechanical systems that cross the air-water interface. Present study proposes a novel way of reducing impact force by surface-patterning. Disk was chosen as an impacting body and the mesh-like surface-pattern was applied on the bottom of the disk. The maximum impact force reduces as the total volume of holes created by the surface patterns increases, and the reduction in dimensionless maximum impact force is characterized by the dimensionless volume of holes. The air is entrapped inside the holes when a surface-patterned disk enters the free surface. The rise and fall of impact force entails the compression and depressurization of the entrapped air bubbles during initial impact phase. Analysis on the impact duration reveals that the increase in the volume of entrapped air leads to the increase in impact duration. The extension of impact duration accompanies the reduction in maximum impact force while maintaining the impulse.
자유 수면에 충돌하는 고체 구조물은 입수 초기에 충격력을 받는다. 이러한 입수 충격력은 공기-물 계면을 지나는 생체나 기계 기스템에 구조적 손상을 가한다. 본 연구에서는 표면 패턴을 이용하여 입수 충격력을 줄이는 방법을 소개한다. 디스크를 충돌 구조체로 선정하여 메쉬 형태의 표면 패턴을 디스크 밑면에 적용하였다. 표면 패턴에 의해 형성된 구멍의 부피가 증가함에 따라 최대 입수 충격력의 크기가 감소하는 것을 실험적으로 확인하였다. 표면 패턴 디스크가 입수할 때, 패턴에 의해 형성된 구멍으로 공기가 갇힌다. 구멍에 갇힌 공기는 압축되었다가 구멍 밖으로 빠져나오고, 이는 입수 충격력의 상승과 하강을 수반한다. 한편, 충격력의 지속 시간은 구멍에 갇힌 공기의 양에 따라 증가한다. 표면 패턴에 관계없이 디스크의 지름이 같다면 충격량은 일정하고 충격력의 지속 시간 증가는 최대 충격력의 감소를 수반한다.
