航空发动机结构复杂,运行环境极端严峻,振动故障多发,严重制约我国航空工业的发展。航空发动机多为双转子结构,包含滚动轴承支承、多级轮盘和叶片、挤压油膜阻尼器等复杂构件,并受双频激励、气流激励等复杂载荷影响。转子系统的动力学特性对航空发动机的设计尤为重要,厘清航空发动机复杂转子系统的非线性振动特性及振动故障机理具有重要的工程意义和理论价值。本文以实际的航空发动机为研究对象,开展复杂转子系统的离散动力学建模及可逆化结构降维工作;在降维简化模型上考虑中介轴承的非线性特征,分析中介滚子轴承游隙、外载荷等对双转子-中介轴承系统非线性响应的影响;以及滚珠轴承游隙对系统时变刚度等非线性特性的影响;建立空心轴裂纹模型,采用解析与数值相结合的方法对空心转轴裂纹故障-双转子系统的动力学特性开展研究;最后,研究发动机叶片对转子-轴承系统动力学特性及非线性分岔特性的影响。具体研究内容与成果如下:针对某六点支承形式的航空发动机双转子系统,研究其动力学建模及模型简化问题,并给出不同简化模型的适用条件。基于有限元方法建立较为复杂的离散动力学模型,并分析系统的基本动力学特性;从实际结构特点出发研究双转子离散动力学模型的降维简化问题,得到了四轮盘双转子简化模型和三轮盘双转子简化模型并给出其适用条件,对比分析临界转速可知四轮盘双转子简化模型在任意支承条件下均可以很好的保有原系统的动力学特性。以高压转子为对象研究降维模型的可逆化问题,结果表明反推得到新的复杂模型前三阶临界转速和原模型误差均在3%之内,表明本文的降维简化方法是可逆的。研究中介滚子轴承对双转子系统非线性振动特性的影响规律。根据上述简化建模方法,针对实际的航空发动机双转子结构和工作特点,考虑滚动轴承和双转子的相互影响,建立航空发动机四轮盘双转子-中介轴承-支承系统的一体化模型。采用数值方法重点分析中介轴承径向游隙、外载荷及转速比等参数对系统非线性响应的影响规律。结果表明,中介轴承径向游隙对系统的非线性振动特性影响十分明显,随着径向游隙的增加,受迫共振转速减小,并且两个受迫共振峰值处会由“线性”共振变为具有明显“硬特性”的非线性现象,而且游隙越大“硬特性”越明显;此外,随着径向外载荷的增加,幅频曲线在受迫共振峰附近由“硬特性”变为“软特性”。探讨滚珠轴承参数对双转子-支承系统时变刚度、主共振等非线性特性的影响规律。考虑高压前支点(4#支点)滚珠轴承的非线性因素,建立滚珠轴承-双转子-支承系统的耦合动力学模型,采用数值计算方法,深入分析轴承游隙等参数对耦合系统时变刚度、主共振等特性的影响。结果表明,随着滚珠轴承游隙增大,系统的等效刚度均值会明显减小,受迫共振转速减小;在低转速区(Ω1<800rad/s),系统会出现时变刚度为零的现象,游隙越大一个周期内“零支承刚度”越多;同时滚珠轴承在小游隙甚至零游隙情况下,系统的幅频曲线在受迫共振区仍表现为明显的“硬特性”,且具有振动跳跃和滞后现象。采用本文提出的简化建模方法,建立四轮盘航空发动机复杂转子-空心轴裂纹动力学离散模型。考虑裂纹单元截面惯性矩的变化和裂纹的呼吸效应,在实心轴裂纹建模的基础上扩展建立空心轴裂纹模型。基于有限元离散方法建立了复杂转子-空心轴裂纹系统动力学方程,方程中包含双频不平衡激励、重力和时变刚度。采用二维谐波平衡法和Newmark-β数值计算方法求得系统的稳态响应,分析裂纹位置、裂纹深度等参数对动力学响应的影响规律。结果表明,裂纹的出现会激起反向临界转速共振并引起超谐共振,裂纹越深超谐共振越明显;高压转子处裂纹信号(2Ω1和3Ω1倍频成分)会通过中介轴承传递到低压转子上,基于此可从低压转子检测高压转轴裂纹信息。建立的空心轴裂纹模型适用于空心轴裂纹转子系统的非线性动力学研究。深入分析叶片参数对转子-滚动轴承系统动力学特性的影响。针对叶片轮盘与转子系统的耦合作用,研究了发动机叶片参数对六点支承航空发动机双转子系统动力学特征以及对低压压气机转子-滚动轴承系统分岔特性的影响。建模中将叶片简化为悬臂梁结构,采用有限元方法得到系统的动力学方程,利用幅频响应曲线、轴心轨迹-振型图等对比分析了叶片参数对双转子系统动力学特性的影响规律,结果表明叶片会降低系统的临界转速,对系统的动力学特性影响明显;高压转子和低压涡轮转子激起双转子系统的第一阶共振,低压压气机转子激起双转子系统的第二阶共振,此六点支承的双转子系统,可进一步简化为单跨单转子和四支承-双盘-双转子动力学模型。此外,根据分岔图,并结合时间历程图、轴心轨迹图、Poincaré映射图和频谱图等,重点分析了叶片长度、叶片弹性模量等参数对低压压气机转子-滚动轴承系统分岔特性的影响规律,发现叶片使系统的运动形式更加复杂,细长的低压压气机叶片会导致转子-滚动轴承系统在高转速运行时发生混沌运动。