这篇文档属于类型a，即报告了一项原始研究的学术论文。以下是针对该研究的详细报告：

作者与发表信息

该研究由O. Nigol和P.G. Buchan共同完成，他们来自加拿大安大略水电公司（Ontario Hydro）。研究论文发表于1981年2月的《IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems》期刊，卷号为PAS-100，第2期。

学术背景

研究的主要科学领域是电力系统中的导线舞动（conductor galloping）现象，特别是针对覆冰导线的空气动力学不稳定性。导线舞动是电力系统设计和运行中的一个严重问题，可能导致线路损坏和停电。尽管多年来已有大量研究试图揭示导线舞动的基本机制并提出解决方案，但覆冰导线的空气动力学特性仍然不够明确。研究的背景知识包括Den Hartog机制（Den Hartog mechanism）和扭转机制（torsional mechanism），这些机制被用来解释导线舞动的成因。然而，人工模拟的覆冰形状与自然形成的覆冰形状存在显著差异，因此基于人工覆冰形状的研究结果可能无法准确反映实际情况。该研究的目标是通过风洞实验，模拟自然覆冰条件下的导线形状，验证Den Hartog机制是否为导线舞动的主要原因，并探讨动态不稳定性预测的可行性。

研究流程

研究分为多个步骤，主要包括覆冰形状的生成、静态空气动力学测试和动态Den Hartog测试。

1. 覆冰形状的生成
   为了准确模拟自然覆冰条件，研究团队在一个大型步入式冷藏室中设置了一个测试架，悬挂了一段1米长的导线。导线通过音乐线固定，以模拟实际线路的扭转刚度。通过向导线喷洒不同比例的气水混合物，模拟湿冻结和干冻结条件下的覆冰形状。实验生成了四种不同的覆冰形状，分别对应快速冻结和湿冻结条件。覆冰形状的细节通过双模塑工艺制作成塑料模型，用于风洞实验。

2. 静态空气动力学测试
   在风洞中，研究人员对覆冰导线进行了静态升力、阻力和力矩的测量。实验使用了应变计平衡器，并通过数字电压表记录数据。测试样品的攻角（attack angle）从-80度到+80度变化，重点观察了可能的不稳定区域。实验数据通过计算机处理，生成了升力系数、阻力系数、力矩系数和Den Hartog系数。

3. 动态Den Hartog测试
   动态测试使用了新的模型，这些模型由实际铝导线的外层绞线制成，表面覆盖了模拟覆冰的塑料泡沫。模型通过螺旋弹簧支撑，以模拟实际线路的低频振动。实验通过人工激发模型，记录其垂直运动的衰减情况，并计算对数衰减率（logarithmic decrement, log-dec）来评估模型的稳定性。

主要结果

1. 覆冰形状的生成
   实验成功生成了四种不同的覆冰形状，分别对应快速冻结和湿冻结条件。覆冰的厚度和分布与自然条件下的观察结果一致，特别是在喷洒角度附近形成了最厚的覆冰。

2. 静态空气动力学测试
   实验结果表明，覆冰形状对升力系数的影响显著，且不同形状的覆冰产生的升力曲线差异较大。阻力系数在攻角变化时相对稳定，而力矩系数在迎风和背风条件下通常会发生符号变化。Den Hartog系数在部分区域显示出不稳定性，但这些区域在实际条件下难以达到。

3. 动态Den Hartog测试
   动态测试中，所有模型均未出现自发的舞动现象。即使在某些区域静态测试预测了不稳定性，动态测试中模型仍然保持稳定。这表明Den Hartog机制在动态条件下可能不足以解释导线舞动。

结论

研究得出结论，Den Hartog机制并不是导致覆冰导线舞动的主要原因。此外，基于静态空气动力学数据的动态不稳定性预测存在局限性，必须通过动态测试来准确评估导线的稳定性。研究还强调了阻尼特性在预测导线舞动中的重要性。

研究亮点

1. 自然覆冰形状的精确模拟
   研究通过复杂的实验设计，成功生成了与自然条件一致的覆冰形状，为后续的空气动力学测试提供了可靠的基础。

2. 静态与动态测试的结合
   研究首次将静态空气动力学测试与动态测试相结合，揭示了静态数据在预测动态不稳定性方面的不足。

3. Den Hartog机制的验证
   研究通过实验数据否定了Den Hartog机制作为导线舞动主要原因的假设，为后续研究提供了新的方向。

其他有价值的内容

研究还详细介绍了覆冰形状生成和空气动力学测试的实验方法，包括双模塑工艺和应变计平衡器的使用。这些方法为类似研究提供了参考。此外，研究还讨论了湍流对空气动力学特性的影响，为未来研究提供了重要线索。

这项研究通过严谨的实验设计和数据分析，为理解覆冰导线舞动的机制提供了新的见解，并为电力系统的设计和运行提供了重要的理论支持。