用于监测航空发动机中关键信息的传感器广泛遍布于静态部件上,而能用于转子部件的传感器却很少。这主要是由于转子的不可交互性、巨大的离心效应和缺乏可靠的能源供给等难题严重抑制了传感技术在转子部件中发展的可能性。为此,本文提出了一种结合能量采集与无线传感技术的全新监测方法,以实现对旋转机械进行长期、在线且直接地状态监测。能量采集器,作为一种能从环境中获取机械能的装置,可替代传统电池来实现电子设备的长期运行。因此,本文所提出的方法不仅打破了有线连接的限制,即:设备笨重且易损,也很好地解决了电池供能的缺陷,为将来开发先进航空发动机和其他类似旋转机械设备的在线状态监测系统提供了全新的思路。本研究率先评估了在航空发动机中实现能量采集的潜力。针对航空发动机恶劣的工作环境,本文提出了一种不仅能从发动机转动部件中采集能量并转换成电能,还能显著避免离心力负面影响的方法。通过利用结构非线性、力放大机制和压电效应,开发了一种高功率、宽工作频带的高效率压电式能量采集器。为了解析地研究该能量采集系统,建立了一个考虑了非线性刚度、阻尼和压电性以及由离心力和重力所致的静变形等因素的集中参数动力学模型。得到的解析解与实验结果吻合较好,而且理论研究结果表明,当利用离心力特性进行工作带宽拓展时,预测的有效增长率为172%。制作了一台重约21克的HC-PEH样机,并在平动简谐和旋转激励下进行了测试。结果显示,HC-PEH在旋转激励下性能更高。与传统的悬臂梁弯曲式能量采集器相比,HC-PEH在平动简谐和旋转激励下的发电性能、工作带宽和结构强度都明显更好。为了演示其性能,对一台22.52克重的改良型HC-PEH样机在0到2100转/分的旋转激励下进行了测试,得到最大输出功率为78.87毫瓦,1-毫瓦和10-毫瓦带宽分别为22.5赫兹和11.17赫兹,在1000转/分以上可同时点亮112个LED灯和持续驱动无线传感器。这一结果充分验证了在航空发动机转子部件中实现自供能技术的潜力。针对HC-PEH的性能在有偏置距离的旋转环境中会恶化的问题,本文提出了一种利用磁斥力来改善的方法。通过实验,研究了具有偏置距离的磁耦合和普通旋转HC-PEH系统的性能。结果表明,所提出方法可行,系统性能（峰值电压）提高了258.2%。为了全面了解系统的机电特性,建立了考虑非线性刚度、阻尼和压电效应的简化动力学模型,利用哈密顿原理得到了系统的控制方程,并用谐波平衡法导出了其近似解析解。仿真结果与实验数据吻合较好,验证了理论模型的可靠性。通过对理论模型进行参数分析发现,通过调整与磁力、离心力和弹性梁初始变形有关的参数,可使系统性能改善甚至最优化。这项工作为旋转能量采集技术的发展克服了一个重大障碍。针对弓形梁带有部分区域加厚的旋转HC-PEH系统,本文对其进行了参数化建模和动力学分析。基于欧拉-伯努利梁理论、扩展的哈密顿原理和伽辽金方法推导了旋转HC-PEH系统的控制方程。通过与实验数据进行对比,显示了数值仿真与实验结果具有较好的一致性,以此验证了所建立的分布参数模型。通过基于理论模型的数值仿真,研究了旋转HC-PEH系统在不同偏置距和轴向预紧力作用下的稳定性和非线性动力学行为。此外,本文还针对与系统结构设计直接相关的各因素进行了参数化研究,为理解能量采集器的电输出特性和优化电压-转速响应提供了基本指导。结果表明,弓形梁和压电片的设计参数对能量采集器系统的电输出有明显的影响。这部分工作很好地解决了此前的集中参数模型无法针对能量采集器结构给出物理解释的难题。针对因质心和扭转轴不重合而引起的弯扭耦合振动问题,本文实验和理论地研究了HC-PEH系统分别在平动和旋转激励下的振动特性和关键参数对弯扭耦合振动的影响规律。分别建立了系统在平动和旋转激励下的分布参数模型。推导了系统的控制方程并进行了数值求解。分别通过有限元分析和实验,对所建立模型进行了验证。有限元模态分析结果与所建立模型的数值结果吻合较好,动态响应的仿真结果也与实验匹配,并较好地预测了扭振引起的跳跃现象。此外,本研究还揭示了与扭振相关参数对电压-转速（频率）响应、稳态响应以及因扭振而起的跳跃现象的影响规律。结果表明,因扭振而起的混沌运动能激发跳跃现象,从而显著降低系统性能。在平动激励下,该现象的发生对系统的初始状态敏感,且会随着轴向预紧力、质心和扭转轴之间的偏心距离的增大而减小。此外,转动惯量的极端变化也可以抑制这种跳跃现象的发生。相比之下,在旋转激励中,则只能通过调节转动惯量来减缓负面影响,而不能抑制其发生。这项工作为本文所开发能量采集器和两端固支梁结构的设计提供了深入指导,为其工程应用铺下了坚实的基础。