三杯风速仪是气象部门应用最广的一种测量风速仪器,通常是由三个风杯联结不同转换、测量、记录装置而构成的,它利用风杯在风的作用下转动快慢测定风速。我国现有的风杯分大型、中型和小型三种。这些风杯大多由金属材料制成。本所试制的属中型风杯,是用高性能碳纤维复合材料模压成型,产品结构规整,光洁美观,转动灵敏、耐候性好。
在现代社会中,无论国防、航空、航海,以及工农业生产等、都要求越来越精确的天气预报,尤其灾害性气候预报,已成为当今各国气象研究的攻关任务,这就要求气象测量仪器现代化。随着科学技术的发展,各学科相互渗透,促进发展,气象部门对风杯提出了更高的要求,这些要求主要是:1、灵敏度好,即起动风速要小;2、惯性要低;3、强度要高,有经受风速高达90米/秒的考验(十二级台风的风速约为40米/秒);4、耐老化性要好。
以上这些要求,是过去一直沿用的金属风杯所难以达到的。金属风杯由于不能一次成型,只能先分成三个构件:风杯、连杆和中心联结转动部分,风杯用铜片冲压而成,连杆采用不锈钢管或铜管和铝管,中心联结转动部分则采用合金铝车削而成,最后再通过铆接或焊接(锡焊)而成,在铆接的地方,容易出现应力集中,而锡焊强度又不甚理想,所以当风速较高时,常会在这些地方出现破坏一脱焊、风杯扭转或联杆连接处折断。金属制成的一套风杯一般重达87g,其起动风速至少要2~3米/秒。另外,金属风杯由于加工工艺复杂,其各部分轮廓设计不能随意按人们的意自变更。
新的碳纤维复合材料风杯采用T300碳纤维预浸料按照一定角度铺叠模压成型,质量稳定规范,流线性好,表面光滑,转动时阻力小,也不易出跳跃现象,风杯的转数与风速的线性关系好,这些是制风杯金属所不及的。由碳纤维复合材料制做的气象风杯,具有质量轻、强度高、并且耐老化。,同样规格的风杯、金属制的重87克,碳纤维复合材料的为48克。经航天部动力所风洞试验,碳纤维复合材料制的风杯,能经受住风速高达90米/秒的考验不受损、并且这样高风速下转动平稳,无振动跳跃现象。而其它材料制的对照样品,风速达到60米/秒时,就有断裂现象。