航空发动机矢量喷管无线测控系统设计
推力矢量是航空领域的关键技术，推力矢量技术能有效提升飞机机动性和敏捷性，提高短距离起落能力，从而提升飞机的作战效能和生存能力。矢量喷管复杂的信号采集系统、作动系统和控制系统会增加喷管与系统电子控制器之间的接线与接口。而尾喷管振动容易导致连接器与电缆出现机械和电气故障，影响系统的稳定性、通用性和可扩展性，无线通信技术可以有效解决上述问题。
国外已经开展了无线网络在航空领域应用的研究，如：美国航天局（NASA）认为使用无线无源传感器技术（PWST）代替有线连接方案，可以减少电缆和连接器。使整个飞行器的生命周期受益，分析了航空航天器上普及无线无源传感器网络的新需求和应用；基于无线网络提出了航空发动机软件定义控制系统（SDCS），此系统无需核心处理器。主要由控制平台和支撑平台组成，控制平台中的每个节点都具有计算、存储和无线通信的能力；描述了基于无线传感器网络的飞机结构健康监测系统。
无线网络在航空领域的应用将提升航空发动机测控系统的灵活性和稳定性，但目前国内对于无线网络在航空领域的研究较少。无线网络相比有线连接，其灵活性进一步提高，并解决了由大量电缆和接口所导致的重量、布线等问题，可以对高速旋转状态的部件进行准确的参数测量。无线网络在航空发动机上的应用是未来航空领域的发展方向，本文提出了航空发动机矢量尾喷管无线网络控制方案，并设计了无线传感测量系统，以期为无线网络在航空领域的应用研究提供参考。
航空发动机轴对称矢量喷管（AVEN）在液压作动筒的驱动下绕轴线摆动，实现俯仰、偏航、滚转，从而改变发动机输出推力的大小和方向。AVEN基本机构，A7为喷管进口截面，面积是固定的；A8为喷管的喉道截面，主要控制发动机主机的工作状态;A9为喷管的出口截面，其偏转的角度δg决定了发动机矢量力的大小和偏转方向,A7—A8、A8—A9分别构成了喷管的收敛段、扩张段。
式中，qm、qm,i分别为流过尾喷管的实际质量流量和理想质量流量；F、iF分别为实际推力和理想推力。qm,i和iF可以由以下两个等熵流动方程确定：
根据式，当喷管出口压力9P不等于外界大气压力HP时，得到航空发动机推力iF为式中，k为气体绝热指数；8A为尾喷管喉部截面面积；9A为喷管的出口截面面积；7P、7T分别为喷管进口的总压力和总温度；9P为喷管出口的总压力；R为气体常数；HP为外界大气压力。
从式中可以得出：推力系数取决尾喷管喉部截面积和喷管出口面积，因此系统电子控制器主要通过电液伺服阀控制尾喷管喉部截面积、喷管出口面积和喷管偏转角度δg，改变推力的大小和方向。
本文设计的航空发动机矢量喷管无线测控系统结构框架所示：系统电子控制器通过无线网络接收由无线智能传感器发送的喷管进口压力和温度等参数；系统电子控制器向矢量喷管控制器发送控制命令。控制电液伺服阀和液压作动筒等实现具体的操作，同时接收线性位移传感器（LVDT）的反馈信号，形成闭环控制。列出了Zig Bee、蓝牙和Wi-Fi等3种无线通信技术的特性与主要应用：Zig Bee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，其特点是速度低、功耗低、成本低、复杂度低，使用868 MHz和915 MHz频段。常用于智能家居中的无线控制和监测应用场景；BLE是一种短距离的无线通信技术，起止频率分别为2.402 GHz和2.480 GHz，常用于医疗和健身设备、智能照明系统、实时定位系统和室内导航应用。
Wi-Fi是WLAN的一个标准，也称为802.11 b标准，其覆盖范围相可达100 m左右，传输速率最高可达54 Mb/s,Wi-Fi主要用于大文件传输和带宽较高的数据传输应用。可知，Wi-Fi技术传输速率快、相互干扰的几率低、覆盖范围广，因此选择Wi-Fi作为本系统的无线通信技术。Wi-Fi模块选择ESP8266芯片，该芯片性能稳定、低功耗、价格便宜。ESP8266可以配置STA、AP和AP+STA等3种模式：STA模式是将模块作为客户端接入网络或者热点，手机或电脑通过互联网实现对设备的远程监控或者控制；AP模式是将模块作为热点，构建一个局域网，允许其他设备接入，用于实现局域网内各设备的相互通信。
