实现发动机健康管理技术不是一蹴而就的事，必须要制定循序渐进的技术开发计划，从基础的失效物理和零部件的基础研究，到子系统级的检测、诊断、预测及失效缓解技术研究，再到推进系统的健康管理设计，应针对不同关注领域，在各个层次开展关键技术攻关。我国工业部门在航空发动机及航改燃机健康管理技术应用研究方面起步较晚，先期虽然取得一些成绩，但无论从研究系统性、成熟度等角度审视，还是结合未来发展趋势考量，都存在一定问题，有待于在实践中摸索解决，从而夯实正向研发设计基础。
某型民用涡扇发动机测量参数分布示例图
发动机测量信号感知与采集是健康管理功能实现的基础要素，测量信息的类型与品质将直接影响健康管理分析结果。测量信息感知与采集如何满足发动机状态监测、故障诊断、趋势分析及寿命管理的需求，是开展发动机健康管理系统设计的首要考虑问题。总体上看，未来发动机仍将以现有传感器类型为主，但是发动机工作参数范围及工作环境严酷性提高，会牵引现有传感器量程、带宽等技术指标要求大幅提升；未来发动机健康管理中，机载监测能力需求提高，会牵引叶尖间隙、气路流量、燃气成分等新型传感器的应用需求。
基于数字信号处理技术的高频振动传感器有助于通过在线的包络解调分析实现振动故障诊断的早期化和精确化。尾喷管排放碎屑监视传感器可以监测排放燃气中包含的碎屑成分，这些碎屑可以反映出气路流道部件/零组件的一些早期结构损伤征兆。传感技术的不断提升为健康管理系统正向设计提出了挑战，设计者必须综合分析考虑健康管理顶层功能、性能需求和费效比，在健康管理系统方案设计阶段必须提出准确、合理、高效的传感器网络布局要求。
随着航空发动机与航改燃机健康管理运算实时化、功能综合化、业务网络化需求的不断提升，建立高效、经济的数据传输网络成为发动机健康管理系统设计的重要问题。结合飞机、舰船等武器的装备健康管理系统的使用特点，数据传输的需求主要包含机载/舰载与地面系统之间的空 地传输、动力子系统与飞机/舰船系统之间的数据传输、健康管理系统与地面维护保障人员之间的数据传输等，常规的数据传输手段包括无线电通信、卫星传输、总线传输、磁介质传输等。面向武器装备外场和基地维护保障的需求，应针对武器装备系统构建多层次的数据传输网络，并针对不同层次的数据传输链路设计适当的数据传输手段。
无线数据通信在航空航天、航海领域已应用四十余年，在远程数据实时传送方面发挥着重要的作用。尽管目前无线通信数据带宽能力相当有限，但是随着无线通信技术的不断发展、成本不断降低，以及健康管理系统功能在空间时间域的不断拓展，无线通信对于健康管理的重要性将与日俱增。无线通信具有综合成本低、性能更加稳定、组网灵活、可扩展性强、维护费用低廉等优点，符合武器装备对于健康管理系统重量减轻、成本降低、可维护性和可扩展性提升的技术需求。结合目前的前沿技术发展趋势，无线通信技术可以在未来健康管理系统设计诸多方面得到应用。
发动机健康管理系统主要通过各种类型的传感器采集信息，由传感器获取的历史数据包含发动机正常状态信息和故障信息，但是其本质特征隐含在数据信息之内，需要进行提炼才能用于故障诊断。因此，在进行故障诊断之前，需要通过一定的方法对数据进行分析、变换和处理，从不同角度获取最敏感、最相关的测量参数变化作为故障特征信息。故障特征是故障判定和定位的依据，在发动机实时故障诊断中，进行故障特征提取是实时诊断的必要条件，否则进行大量的数据特征信息在线提取，将严重影响故障诊断算法的性能和效率，阻碍实时诊断的实现。开展故障特征提取时，面临的主要问题就是缺乏故障数据样本，同一种故障模式下的样本数据数量有限，难以构建适应复杂工况的统计学特征；同时，由于发动机气路、振动、滑油等多物理场工作参数一定程度上存在耦合关系，为了保证故障特征的完整性，需要考虑多源信息特征层融合；为了避免故障特征的过拟合，需要识别主要特征元素。
健康管理算法主要包括气路、振动、滑油诊断预测算法及寿命管理算法，总体而言，可采取基于机理模型和基于数据驱动的方式实现健康管理算法。最近十几年，针对健康管理算法开展了较为广泛的理论研究，先期虽取得了一定的基础理论研究成果，但普遍存在理论研究与工程应用脱节、缺乏工程数据支持和试验验证等缺陷，导致先期的理论算法研究中对于发动机对象特征的考虑不够充分，发动机设计、制造装配、服役过程中的不确定性因素和复杂工况影响未得到充分考虑，研究成果在算法 功能、技术指标方面无法适应工程应用要求。在健康管理算法应用研究阶段，需要系统地进行需求分析，构建算法 功能框架及原理方案，并且结合大量工程数据对算法进行反复的迭代修正和测试，充分考虑发动机设计与使用过程中的不确定性因素，提升气路、振动、滑油分析方法及剩余使用寿命预测模型的工程适用性。
基于模型的健康管理系统顶层方案设计的主要任务是完成健康管理系统功能架构设计和技术指标分解。当前，健康管理系统设计主要依靠工程师经验，根据装备用户和发动机主机要求确定系统功能架构，功能模块的技术指标也无法实现自上而下的分解。由于缺乏一种整体的系统工程设计方法，国内健康管理系统设计方案呈现出“百花齐放”但“各自为战”的局面，导致重复设计、资源浪费较多，系统设计缺乏统一的标准和规范，不同型号产品的设计架构迥异且互操作性存在问题。
由于航空发动机及航改燃机故障模式样本及试验验证与确认环境不充足，利用机理模型和历史数据进行故障仿真，进而开展故障模拟试验验证，成为健康管理系统验证与确认的解决方案之一。基于模型仿真的健康管理系统验证与确认技术的第一个挑战在于故障模型的建立与仿真，发动机故障类型包括气路性能故障、机械结构故障、传动润滑系统故障等，表现形式涉及气路、振动、滑油等多物理场参数，故障产生、传播、影响机理复杂，存在多故障模式耦合发生的情况，可通过基于气动热力学模型对气路部件效率及流量拉偏的方式来进行故障建模与仿真；难以构建准确可靠的机械振动故障和滑油故障解析模型，需要利用历史故障数据构建数据模型。因此，构建发动机故障模型需要采用原理与数据驱动相结合的方式。第二个挑战：由于健康管理用户要求与技术指标包络范围较广，涵盖武器装备安全性、出勤率、经济性等多个方面，涉及诊断预测、使用维护、后勤保障等多个领域， 建立基于模型的验证与确认流程、方法、工具也具有相当大的技术难度。
