1.本发明属于雷达技术领域，涉及一种复合材料制成的雷达及其制备方法。
背景技术：
2.雷达，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置的装置，也被称为“无线电定位”。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。随着各部分参数性能的提高(如：波束方向性、接收机灵敏度、发射机相参性等)，雷达已经成为人类探测不同性质目标的强大工具。现在的雷达除了探测和定位飞机外，在军事、气象、交通、航空、遥感遥测、勘探等领域发挥重大的作用。
3.雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波的作用过程，使其对电磁波的接收和反馈的稳定性变得非常重要，而现有技术中的雷达，由于长期处于室外，在长期使用时，由于重量大，存在运转过程中的变形等造成对电磁波的接收和反馈不够稳定性的问题。
技术实现要素：
4.本发明的目的是解决现有技术中雷达在长期使用时，由于重量大，存在运转过程中的变形等造成对电磁波的接收和反馈不够稳定性的技术问题，提供一种复合材料制成的雷达及其制备方法。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种复合材料制成的雷达，包括雷达罩体、雷达天线和雷达支架，雷达天线位于雷达罩体的上方，雷达支架位于雷达罩体的下方；雷达罩体是以酚醛树脂为基体，若干层雷达用织物为增强相制得的复合材料；
7.雷达用织物是由经纱和纬纱交织即形成的单层平纹机织物，且单层平纹机织物与雷达的曲面形状一致；
8.单层平纹机织物上的所有经纱与任一呈弯曲状的经纱所在的平面平行；单层平纹机织物上的所有纬纱与任一呈弯曲状的纬纱所在的平面平行；单层平纹机织物上各处的经密相同，纬密相同；
9.雷达罩体为直径50～100cm的球冠；雷达罩体中，酚醛树脂的含量为10～20wt％。
10.作为优选的技术方案：
11.如上所述的一种复合材料制成的雷达，单层平纹机织物的经密λ
经
和纬密λ
纬
均为140～160根/10cm；若干层为1～3层。
12.如上所述的一种复合材料制成的雷达，经纱和纬纱的材质均为碳纤维；碳纤维的抗拉强度为17.0～20.4cn/dtex，断裂伸长率1.5～1.8％，纤度为1000～3000dtex。
13.如上所述的一种复合材料制成的雷达，雷达用织物的贴服系数为98％以上。
14.如上所述的一种复合材料制成的雷达，雷达罩体的抗弯强度能达到242～297mpa(gjb 2895
‑
97)，介电常数可达到2.0～2.5c2/(n
·
m2)(gb/t 11297.11
‑
2015)，抗拉伸强度
可达到500～600mpa(gb/t1447
‑
2005)。
15.本发明还提供制备如上所述的复合材料制成的雷达的方法，包括如下步骤：
16.(1)建模：采用建模软件设计得到直径为50～100cm的球冠形状的雷达罩体的三维立体模型；
17.(2)建立空间直角坐标系：球冠的底面圆所在平面视为x
‑
y平面，且球冠位于空间直角坐标系的第i卦限，球冠的凸面朝向z轴的正方向；
18.球冠的底面圆上任意点的切线为x轴，与x轴垂直且与底面圆相切的直线为y轴；
19.(3)获得第i根纬纱、第j根经纱(纱线编号i、j为正整数)相交形成的组织点p
i,j
的提综高度h
ij
：
20.以x轴方向为经向，以y轴方向为纬向；
21.以x轴第1根经纱，以经密所确定的相邻经纱的间距沿y轴方向形成x轴的平行面，该平行面都与y轴垂直；该平行面与球冠形成的交线即为经纱所在的线；
22.以y轴第1根纬纱，以纬密所确定的相邻纬纱的间距沿x轴方向形成y轴的平行面，该平行面都与x轴垂直；该平行面与球冠形成的交线即为纬纱所在的线；
23.经纱所在的线与纬纱所在的线形成的交点p
i,j
(x
i
,j,y
i
,j,z
i,j
)为组织点p
i,j
；
24.组织点p
i,j
的提综高度h
i,j
为z
i,j
；其中，z
i,j
为交点p
i,j
在空间直角坐标系的z值；i为纬纱的序号，j为经纱的序号，i、j为正整数；
25.(4)采用平纹织造工艺，并设置雷达用织物的织造区域，在形成雷达用织物织造区域内的每个组织点时，按照第i根纬纱、第j根经纱(纱线编号i、j为正整数)相交形成的组织点p
i,j
的提综高度h
ij
，且在雷达用织物的织造区域四周(约10cm距离)设置单层的平纹机织物作为过渡，织造完成后，裁剪掉单层的平纹机织物，制得雷达用织物；
26.雷达用织物织造时，在对应的织口至第一排综丝区域内放置表面呈相同球冠形态的栅格状支撑体；栅格状支撑体由等间距排列的多个薄板连接制成，薄板的厚度方向与纬纱方向相同，相邻薄板的间距为钢筘的相邻筘齿的间距，每个薄板的厚度小于钢筘的相邻筘齿间距的1/3；多个薄板的数量可以根据相邻薄板之间的间距和薄板的厚度与整个栅格状支撑体的宽度计算得到。
27.雷达用织物织造时，在恒定张力下对每根经纱进行独立地被动送经；
28.(5)采用rtm工艺，先按照雷达罩体的三维立体模型制得模具，再将若干层单层平纹机织物置于模具上，以酚醛树脂为主要原料进行加工，制得雷达罩体；
29.(6)在雷达罩体上加装雷达天线和雷达支架，得到雷达。
30.作为优选的技术方案：
31.如上所述的一种复合材料制成的雷达的制备方法，步骤(5)中的原料中还含有质量含量为3～5wt％的固化剂(六亚甲基四胺)。
32.如上所述的一种复合材料制成的雷达的制备方法，所述雷达用织物的织造方法中，在形成每个组织点时是指引纬前、引纬后或者打纬后；薄板的材质为金属；
33.经纱的张力为60～80cn/根；纬纱的张力为20～32cn/根；
34.卷绕速度为1.1～1.43cm/min，打纬速度为13～17根/分钟，每一次打纬前调整每根经纱对应的综丝的综眼高度，且是通过将不同的综丝各自独立地与不同的升降机构连接，控制各综丝升降一定的高度实现的；
35.如上所述的一种复合材料制成的雷达的制备方法，在形成每个组织点时，还设置组织点到第一排综丝的综眼的水平距离为提综高度的2～5倍；提综高度为第一排综丝的综眼相较于引纬时纬纱所在水平面的高度。
36.如上所述的一种复合材料制成的雷达的制备方法，被动送经是指采用扭簧式张力调节装置。筒装经纱置于筒子架上，且每个筒子中引出的纱线配备有扭簧式张力调节装置，可维持送经过程中每根经纱的张力保持恒定。
37.本发明的机理如下：
38.现有技术中，三维织物与二维织物相比，在复合成型时不需要裁剪缝合，提高了织物的整体性，简化复合成型工艺，制得的雷达用织物在整体的抗分层、抗冲击及耐疲劳性能上较二维机织物复合材料而言具有很大的优越性。
39.本发明的三维织物与现有技术中一体成型的三维织物相比，由于现有技术中的一体成型的三维织物上，三维曲面区域的纬纱所在平面不相互平行，且织物整体呈现出不同区域的经密和纬密不均匀，这种不均匀的织物结构，会导致织物在受力时，各区域的受力不均匀；而本发明的一体成型三维织物上，设置所有经纱与三维曲面区域的经纱所在的平面均平行，且所有纬纱与三维曲面区域的纬纱所在的平面均平行，在此基础上，且还保证各区域内的经纬密度均匀，则保证了一体成型三维织物的受力均匀。
40.为了制得本发明中的雷达用织物，本发明采用栅格状支撑体织造雷达用织物，与异形辊卷取方法相比，异形辊卷取方法的织造过程中，位于异形辊小端区域的线速度小于于位于异形辊大端区域的线速度，致使位于异形辊小端区域的纬纱密度大于位于异形辊大端区域的纬纱密度，则异形辊卷取方法所制备的三维织物的纬纱密度无法达到均匀；而本发明所采用的栅格状支撑体，是将多个平面薄板等间距排列且组合在一起，在织造时，薄板的厚度方向与纬纱方向相同，保证薄板可顺利进入钢筘筘齿之间，相邻薄板的间距为钢筘的相邻筘齿的间距，每个薄板的厚度小于钢筘的相邻筘齿间距的1/3，以保证薄板的存在不影响纱线的交织，则打纬时可以使纬纱等间距排列，在制成织物的投影方向，纬纱呈直线状，当以恒定速率卷绕时，纬纱密度是均匀的；经密是钢筘控制的，常规钢筘以及标准穿综过程能保证经密一致。
41.而且，织造雷达用织物的织造区域四周设置单层的平纹机织物时，经纱按照正常的机织物织造工艺进行交织；织造雷达用织物的织造区域(曲面区域)时，依据曲面区域形态，通过综眼高度和送经量的控制，且使得不同高度曲面区域所在的经纱的送经量增加量不同，总的原则是：参与曲面区域织造的经纱所穿入的综眼高度不同于参与平面区域织造的经纱所穿入的综眼高度，参与曲面区域上部区域织造的经纱所穿入的综眼高度高于参与曲面区域下部区域织造的经纱所穿入的综眼高度；织造过程中前梁和后梁的高度是一致的，也是保持不变的，当回至综平位置时的经纱所处的棕眼相对于前梁或后梁的高度为0时，经纱与纬纱交织形成平面区域，当回至综平位置时的经纱所处的棕眼相对于前梁或后梁的高度不为0时，经纱与纬纱交织形成曲面区域。
42.同时，本发明的栅格法所制备的曲面织物与所设计的形状的贴合度较优，栅格状支撑体的存在使得不需进行前期的设计上的优化以及后期贴合度的检测和修正，可实现贴合效果优良的同时又有更快地进行品种更换，本发明所制备的三维织物的贴服系数高，这是因为栅格状的表面形态决定了最终三维织物的形态，织造过程中纬纱被支撑体托起，经
纱与纬纱交织，故可以保证经纬纱线皆完全贴服至栅格状支撑体上，故未下机是其贴服系数接近百分之百，而下机后会存在收缩、起皱等不可避免的问题，贴服系数会存在小范围的变化。
43.另外，本发明的方法中采用的栅格状支撑体的制备简单，而异形辊卷曲方法制备三维织物，与栅格状支撑体作用相对应的异形辊是三维形态的，其加工十分复杂。
44.雷达用织物的织造过程中，送经适用于被动送经，这是因为，织造时，小曲率的三维织物的每根经纱的提综高度差异小，高的提综高度的经纱不会因为被过度拉出而超出被动送经系统中的张力装置(即保持恒定张力下)的长度调整空间，工艺简单，适用范围广。被动送经的目的是为了保证送经量和张力可控且准确，从而保证织造的三维织物的密度均匀，在栅格状支撑体的支撑作用下，实现对贴服系数的技术要求。
45.同时，本发明的栅格法所制备的曲面织物与所设计的形状的贴合度较优，栅格状支撑体的存在使得不需进行前期的设计上的优化以及后期贴合度的检测和修正，可实现贴合效果优良的同时又有更快地进行品种更换，本发明所制备的三维织物的贴服系数高，这是因为栅格状的表面形态决定了最终三维织物的形态，织造过程中纬纱被支撑体托起，经纱与纬纱交织，故可以保证经纬纱线皆完全贴服至栅格状支撑体上，故未下机是其贴服系数接近百分之百，而下机后会存在收缩、起皱等不可避免的问题，贴服系数会存在小范围的变化。
46.另外，本发明的方法中采用的栅格状支撑体的制备简单，而异形辊卷曲方法制备三维织物，与栅格状支撑体作用相对应的异形辊是三维形态的，其加工十分复杂。
47.雷达用织物的织造过程中，其适用于被动送经，这是因为，织造时，小曲率的三维织物的每根经纱的提综高度差异小，高的提综高度的经纱不会因为被过度拉出而超出被动送经系统中的张力装置(即保持恒定张力下)的长度调整空间，工艺简单，适用范围广。被动送经的目的是为了保证送经量和张力可控且准确，从而保证织造的三维织物的密度均匀，在栅格状支撑体的支撑作用下，实现对贴服系数的技术要求。
48.本发明制备的雷达中的增强体为一体成型的三维织物，由于三维织物的密度均匀，在受力时，受力均匀，而且三维织物的贴服系数高，层层贴合时，也不会产生层间差异，因此，相较于拼接增强体而言，可以采用更小重量的织物以达到相同的性能，而且，随着使用时间的延长，因三维织物的层间彼此支撑，不易产生形变，因此，对电磁波的接收和反馈可以长时间保持稳定。
49.有益效果
50.(1)本发明的一种复合材料制成的雷达的制备方法，可通过控制经纱送经量和提综动程实现经纬纱在曲面相互交织，可制备经密和纬密相等的雷达用织物；
51.(2)本发明的一种复合材料制成的雷达，三维织物的贴服系数高，层层贴合时，也不会产生层间差异，因此，相较于拼接增强体而言，可以采用更小重量的织物以达到相同的性能；
52.(3)本发明的一种复合材料制成的雷达，随着使用时间的延长，因三维织物的层间彼此支撑，不易产生形变，因此，对电磁波的接收和反馈可以长时间保持稳定。
具体实施方式
53.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
54.一种复合材料制成的雷达的制备方法，具体步骤如下：
55.(1)原料的准备：
56.经纱：纤度为1200dtex；碳纤维，抗拉强度为17.8cn/dtex，断裂伸长率1.5％；
57.纬纱：纤度为1200dtex；碳纤维，抗拉强度为17.8cn/dtex，断裂伸长率1.5％；
58.(2)建模：采用建模软件设计得到直径为80cm的球冠形状的雷达罩体的三维立体模型；
59.(3)建立空间直角坐标系：球冠的底面圆所在平面视为x
‑
y平面，且球冠的底面圆位于x
‑
y平面的第一象限，球冠的凸面朝向z轴的正方向；球冠的底面圆上任意点的切线为x轴，与x轴垂直且与底面圆相切的直线为y轴；
60.(4)获得第i根纬纱、第j根经纱(纱线编号i、j为正整数)相交形成的组织点p
i,j
的提综高度h
ij
：
61.以x轴方向为经向，以y轴方向为纬向；
62.以x轴第1根经纱，以经密λ
经
(156根/10cm)所确定的相邻经纱的间距沿y轴方向形成x轴的平行面，该平行面都与y轴垂直；该平行面与球冠形成的交线即为经纱所在的线；
63.以y轴第1根纬纱，以纬密λ
纬
(156根/10cm)所确定的相邻纬纱的间距沿x轴方向形成y轴的平行面，该平行面都与x轴垂直；该平行面与球冠形成的交线即为纬纱所在的线；
64.经纱所在的线与纬纱所在的线形成的交点p
i,j
(x
i,j
,y
i,j
,z
i,j
)为组织点p
i,j
；
65.组织点p
i,j
的提综高度h
i,j
为z
i,j
；其中，z
i,j
为交点p
i,j
在空间直角坐标系的z值；i为纬纱的序号，j为经纱的序号，i、j为正整数；
66.(5)采用平纹织造工艺，并设置雷达用织物的织造区域，在形成雷达用织物织造区域内的每个组织点时(打纬后)，按照第i根纬纱、第j根经纱相交形成的组织点p
i,j
的提综高度h
ij
，且在雷达用织物的织造区域四周(约10cm距离)设置单层的平纹机织物作为过渡，织造完成后，裁剪掉单层的平纹机织物，制得雷达用织物；
67.雷达用织物制造时，在对应的织口至第一排综丝区域内放置表面呈相同球冠形态的栅格状支撑体；栅格状支撑体由等间距排列的多个薄板(材质为金属)连接制成，薄板的厚度方向与纬纱方向相同，相邻薄板的间距为钢筘的相邻筘齿的间距，每个薄板的厚度小于钢筘的相邻筘齿间距的1/3；
68.雷达用织物制造时，采用扭簧式张力调节装置，在恒定张力下对每根经纱进行独立地被动送经；经纱的张力为66cn/根；纬纱的张力为24cn/根；卷绕速度为0.96cm/min，打纬速度为15根/分钟，每一次打纬前调整每根经纱对应的综丝的综眼高度，且是通过将不同的综丝各自独立地与不同的升降机构连接，控制各综丝升降一定的高度实现的；在形成每个组织点时，设置组织点到第一排综丝的综眼的水平距离为提综高度的4倍；
69.雷达用织物是由经纱和纬纱交织即形成的单层平纹机织物，且单层平纹机织物与雷达的曲面形状一致；单层平纹机织物上的所有经纱与任一呈弯曲状的经纱所在的平面平
行，所有纬纱与任一呈弯曲状的纬纱所在的平面平行；且单层平纹机织物上各处的经密相同，纬密相同；雷达用织物的贴服系数为98.3％；
70.(6)采用rtm工艺，先按照雷达罩体的三维立体模型制得模具，再将3层雷达用织物置于模具上，以酚醛树脂、六亚甲基四胺为主要原料进行加工，制得雷达罩体；其中，六亚甲基四胺的质量含量为4wt％；
71.(7)在雷达罩体上加装雷达天线和雷达支架，雷达天线位于雷达罩体的上方，雷达支架位于雷达罩体的下方，得到雷达。
72.制得的雷达，包括雷达罩体、雷达天线和雷达支架，雷达罩体是以酚醛树脂为基体，3层雷达用织物为增强相制得的复合材料；雷达罩体中，酚醛树脂的含量为18wt％；雷达罩体的抗弯强度能达到248mpa，介电常数可达到2.5c2/(n
·
m2)，抗拉伸强度可达到550mpa。