航空發動機矢量噴管無線測控系統設計
推力矢量是航空領域的關鍵技術，推力矢量技術能有效提升飛機機動性和靈活性，提高短距離起落能力，進而提升飛機的作戰效能和生存能力。矢量噴管複雜的信号采集系統、作動系統和控制系統會增加噴管與系統電子控制器之間的接線與接口。而尾噴管振動容易導緻連接配接器與電纜出現機械和電氣故障，影響系統的穩定性、通用性和可擴充性，無線通信技術可以有效解決上述問題。
國外已經開展了無線網絡在航空領域應用的研究，如：美國航天局（NASA）認為使用無線無源傳感器技術（PWST）代替有線連接配接方案，可以減少電纜和連接配接器。使整個飛行器的生命周期受益，分析了航空航天器上普及無線無源傳感器網絡的新需求和應用；基于無線網絡提出了航空發動機軟體定義控制系統（SDCS），此系統無需核心處理器。主要由控制平台和支撐平台組成，控制平台中的每個節點都具有計算、存儲和無線通信的能力；描述了基于無線傳感器網絡的飛機結構健康監測系統。
無線網絡在航空領域的應用将提升航空發動機測控系統的靈活性和穩定性，但目前國内對于無線網絡在航空領域的研究較少。無線網絡相比有線連接配接，其靈活性進一步提高，并解決了由大量電纜和接口所導緻的重量、布線等問題，可以對高速旋轉狀态的部件進行準确的參數測量。無線網絡在航空發動機上的應用是未來航空領域的發展方向，本文提出了航空發動機矢量尾噴管無線網絡控制方案，并設計了無線傳感測量系統，以期為無線網絡在航空領域的應用研究提供參考。
航空發動機軸對稱矢量噴管（AVEN）在液壓作動筒的驅動下繞軸線擺動，實作俯仰、偏航、滾轉，進而改變發動機輸出推力的大小和方向。AVEN基本機構，A7為噴管進口截面，面積是固定的；A8為噴管的喉道截面，主要控制發動機主機的工作狀态;A9為噴管的出口截面，其偏轉的角度δg決定了發動機矢量力的大小和偏轉方向,A7—A8、A8—A9分别構成了噴管的收斂段、擴張段。
式中，qm、qm,i分别為流過尾噴管的實際品質流量和理想品質流量；F、iF分别為實際推力和理想推力。qm,i和iF可以由以下兩個等熵流動方程确定：
根據式，當噴管出口壓力9P不等于外界大氣壓力HP時，得到航空發動機推力iF為式中，k為氣體絕熱指數；8A為尾噴管喉部截面面積；9A為噴管的出口截面面積；7P、7T分别為噴管進口的總壓力和總溫度；9P為噴管出口的總壓力；R為氣體常數；HP為外界大氣壓力。
從式中可以得出：推力系數取決尾噴管喉部截面積和噴管出口面積，是以系統電子控制器主要通過電液伺服閥控制尾噴管喉部截面積、噴管出口面積和噴管偏轉角度δg，改變推力的大小和方向。
本文設計的航空發動機矢量噴管無線測控系統結構架構所示：系統電子控制器通過無線網絡接收由無線智能傳感器發送的噴管進口壓力和溫度等參數；系統電子控制器向矢量噴管控制器發送控制指令。控制電液伺服閥和液壓作動筒等實作具體的操作，同時接收線性位移傳感器（LVDT）的回報信号，形成閉環控制。列出了Zig Bee、藍牙和Wi-Fi等3種無線通信技術的特性與主要應用：Zig Bee是基于IEEE802.15.4标準的低功耗區域網路協定，其特點是速度低、功耗低、成本低、複雜度低，使用868 MHz和915 MHz頻段。常用于智能家居中的無線控制和監測應用場景；BLE是一種短距離的無線通信技術，起止頻率分别為2.402 GHz和2.480 GHz，常用于醫療和健身裝置、智能照明系統、實時定位系統和室内導航應用。
Wi-Fi是WLAN的一個标準，也稱為802.11 b标準，其覆寫範圍相可達100 m左右，傳輸速率最高可達54 Mb/s,Wi-Fi主要用于大檔案傳輸和帶寬較高的資料傳輸應用。可知，Wi-Fi技術傳輸速率快、互相幹擾的幾率低、覆寫範圍廣，是以選擇Wi-Fi作為本系統的無線通信技術。Wi-Fi子產品選擇ESP8266晶片，該晶片性能穩定、低功耗、價格便宜。ESP8266可以配置STA、AP和AP+STA等3種模式：STA模式是将子產品作為用戶端接入網絡或者熱點，手機或電腦通過網際網路實作對裝置的遠端監控或者控制；AP模式是将子產品作為熱點，建構一個區域網路，允許其他裝置接入，用于實作區域網路内各裝置的互相通信。
