Thin structures with elasticity found in nature, such as flags and leaves, are under the influence of gravity in the process of interacting with uniform flow. In addition, a situation in which an elastic sheet collides with another rigid body may occur in the course of motion. In this study, the stability and post-critical behaviors of a flag, which interacts with uniform flow under gravity and is in contact with a nearby rigid wall, are experimentally investigated to elucidate the effects of gravity and contact on flutter dynamics and find design principles for the application to triboelectric energy harvesting. By varying the free-stream velocity and the distance between the clamped leading edge of the flag and the rigid wall, different modes are classified into static, flutter, partial contact, and full-contact. In terms of instability and contact process of the flag, the distance between the clamped leading edge of the flag and the rigid wall is a critical parameter. Therefore, we introduce a new dimensionless velocity considering this parameter and confirm that the transition of the mode is determined by this new dimensionless velocity. The new dimensionless velocity also characterizes the dynamic behaviors such as the dimensionless amplitude and reduced frequency of the flag.
자연에서 볼수 있는 깃발이나 나뭇잎과 같이 탄성을 가지는 얇은 구조물은 중력의 영향을 받으면서 유체 유동과 상호작용을 한다. 또한 탄성 시트가 유동에 의해 상호작용하는 과정에서 외부 구조물과 접촉할 가능성이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 중력의 영향을 받으면서 유체 유동과 상호 작용하는 탄성 시트의 접촉 거동과 탄성 시트의 안정성 문제, 안정성이 깨진 후의 접촉 거동에 대해 이론적, 실험적 접근을 통해 고찰하였다. 이러한 연구는 향후 마찰 전기 기반의 에너지 하베스팅 장비를 설계함에 있어 통찰력을 제공할수 있을 것이다. 유체의 유속과 고정된 깃대와 벽 사이의 거리 2개 변수를 다양하게 변화시키는 것으로 해당 변수의 변화에 따라 탄성 시트가 서로 다른 모드를 보이는 것을 실험적으로 확인하였으며, 안정한 모드, 펄럭이는 모드, 부분 접촉 모드, 완전 접촉 모드로 구분하였다. 시스템의 안정성과 접촉 거동의 관점에서 고정된 깃대와 벽 사이의 거리는 본 연구에서의 핵심 변수라고 할 수 있으며, 따라서 이를 포함한 새로운 형태의 무차원수를 제시 하였다. 이러한 무차원 유속은 탄성 시트의 모드 뿐만 아니라 진폭, 무차원화된 주파수와 같은 깃발의 역학적인 특성 또한 결정함을 확인하였다.
