航空发动机振动超标和结构性损伤是影响航空发动机运行安全的重要因素,据统计,航空发动机振动故障占总故障的60%以上。对于振动故障的诊断主要基于机匣上少数测点的振动特征,由于发动机结构复杂,并存在大量非线性因素,导致发动机振动故障机理与传递规律复杂,加之机匣故障信号微弱,故障诊断困难。因此,表征振动传递效应,挖掘机匣测点故障响应特征,建立典型故障与机匣测点响应特征之间的映射关系,是开展故障诊断的必要前提。本文针对航空发动机双转子-轴承-机匣系统开展振动传递与非线性动力学研究,探索双转子振动传递规律并获取机匣故障响应特征。主要成果如下:(1)为描述机匣测点振动响应,基于某型航空发动机结构特点,采用调幅调频函数表征支承路径和碰摩路径对振动传递的影响效应,建立机匣测点的振动信号解析模型。给出碰摩下具体的时域波形和频谱结构形式,实验验证信号建模和碰摩故障特征的准确性。碰摩故障在机匣测点的突出表现是转子基频的2倍频显著升高,碰摩路径会增加振动能量耗散途径,导致系统整体振动幅值降低。(2)为量化机匣测点响应与转子振动的关联程度,引入振动传递率、振动敏感度、测振综合能力等振动传递评价指标,在时域、频域内描述机匣测点的测振能力。提出航空发动机机匣测点选取方法,建立双转子-轴承-机匣动力学模型,应用测点选取方法进行仿真和实验研究。发现机匣测点的测振综合能力排序为中测点>后测点>前测点,中测点信号综合性能最优。(3)为获取中介轴承故障在机匣测点的响应特征,通过建立双转子中介轴承非线性支承力和损伤故障的力学模型,分析中介轴承滚动体、内圈、外圈的故障振动在双转子-轴承-机匣系统中的传递规律。发现当双转子转速较低且转速比在拍振区间附近时,中介轴承故障在机匣测点的振动特征最显著,受结构传递路径影响,机匣中、后测点反映中介轴承故障的时域冲击性和频域特征较明显。(4)为验证仿真分析中所获中介轴承故障特征的传递规律,以某型航空发动机支承结构特征为依据,设计建造气体驱动航空发动机双转子-轴承-机匣实验系统,同时对应建立的双转子-轴承-机匣动力学模型。重点开展了正常系统和中介轴承滚动体、内圈、外圈局部损伤故障的实验研究,实验所获各故障的时域波形和频域包络谱特征与仿真发现的特征基本一致。(5)为研究新构型的齿轮驱动涡扇(Geared Turbo Fan,GTF)发动机非线性扭转振动传递规律,提出并建立GTF行星齿轮-转子系统的非线性动力学模型,分析系统在激励频率、齿侧间隙、齿圈刚度等关键参数变化下,转子和齿轮之间的扭转振动传递特性。发现系统具有分岔、准周期、混沌等丰富的非线性动力学行为。获得了系统稳定运行所需关键参数的影响阈值或区间,在阈值或区间范围外,系统将进入准周期或者混沌运动。本文的研究结果对深入理解航空发动机双转子-机匣系统的振动故障传递以及一些非线性动力学行为具有一定的理论指导意义,可为基于机匣测点的故障诊断、新构型GTF发动机的动力学设计提供参考。