航天发动机在运行过程中产生的裂纹非线性张开和闭合行为、动—静件瞬态碰摩接触、以及联轴器不对中等故障均会激起转子的非线性振动,且不同的故障激励源相互作用,会引起复杂的故障耦合,并造成机组裂纹损伤,严重影响转子系统安全性。因此,研究耦合故障状态下的转轴裂纹故障机理,对保障航空发动机的安全运行有一定的理论指导意义。本文的研究内容分两方面:1、分别研究两类双故障并存的裂纹转子系统模型的振动特征:(1)裂纹—碰摩转子系统;(2)裂纹—不对中转子系统。基于横向疲劳裂纹对转子柔度的局部影响、裂纹开闭特征的解析规律、转静件间碰摩的演变过程、联轴器处平行和偏角方向产生的相位差、滚动轴承在不平衡力作用下的刚性动力等转子振动理论,利用Lagrange方程,建立带有横向裂纹的双跨度转子——滚动轴承支撑系统的动力学模型。根据系统的强非线性特点,采用4/5阶Runge-Kutta算法即Matlab中的ode45求解器,分别对系统裂纹、碰摩、不对中单一及其耦合故障的响应进行数值仿真对比研究。通过时间位移图、轴心轨迹图、Poincaré截面图、幅值谱图等,直观显示系统在某些特定参数域中的运动状态。根据分岔图和瀑布图上反映的系统运动变化特征行为,分析在外部激励转速、裂纹深度和角位置、滚动轴承间隙、不对中量等参数变化下系统产生的独特响应,并作出仿真诊断。2、将从以上裂纹—碰摩和裂纹—不对中耦合故障转子系统模型中得到的仿真信号作为原始信号,利用经验模态分解法(Empirical mode decomposition,缩写EMD),逐级分解出故障信号中隐藏的不同比重、不同频率的波动成分。这一系列含有不同故障特征尺度的时间序列分量称为本征模态函数(Intrinsic mode function,缩写IMF)。接着对每个IMF分量进行Hilbert变换,从而得到边际谱图,便于观察故障系统的瞬时物理状态。通过对比单一故障和耦合故障的边际谱图中显示的倍频关系来分辨特征故障信号,验证仿真诊断的可行性和有效性。