碰摩是航空发动机转子系统的常见故障,当碰摩发生时系统的弯曲振动与扭转振动会表现出丰富的动力学特性,理清这些故障特性,能够为航空发动机的碰摩故障诊断提供依据。本文以五点支承的航空发动机双转子系统为研究对象,利用数值仿真与实验的方法研究了碰摩故障下系统的弯扭耦合振动特性,主要工作内容可分为以下几个方面:1.建立了五点支承的航空发动机双转子系统的简化模型,模型中考虑了弹性支承、双转子双频激励、中介轴承,并利用拉格朗日方程推导了系统的弯扭耦合动力学方程。2.针对含碰摩力的弯扭耦合动力学方程,采用龙格-库塔法进行数值计算,结合瀑布图、频谱图分析了弯曲振动和扭转振动的频谱特征;利用增量式编码器对转子实验台进行了扭转振动测量,验证了数值计算得到的频率特征。研究结果表明:弯扭振动具有相似的特征频率,包括倍频、分数倍频、工作频率与倍频/分数倍频的组合频率,但扭转振动的特征频率更加明显。3.分别选取系统的转速、偏心距、转静子间隙、转静子接触刚度和摩擦系数为分岔参数,对弯曲振动和扭转振动的分岔与混沌特性进行了分析。研究结果表明:弯曲振动与扭转振动具有相似的分岔过程和相同的分岔点,在每个分岔点处都存在幅值跳跃现象。分岔过程十分复杂,系统随分岔参数改变表现出单周期运动、三倍周期运动、五倍周期运动、多倍周期运动、概周期运动和混沌运动的状态交替变化。4.研究了突加不平衡激励引起的碰摩故障转子的弯曲振动与扭转振动瞬态响应特性,研究结果表明:系统弯曲振动的瞬态响应中表现出工频与弯曲振动固有频率成分;扭转振动瞬态响应中表现出扭转振动固有频率成分,而且通过弯扭耦合作用,弯曲振动的固有频率成分传递到了扭转振动中,表现为弯曲振动固有频率、工频、扭转振动固有频率三者或其中两者的组合频率成分。由于机匣的约束作用,弯曲振动固有频率增大,导致瞬态响应中的该频率成分不易判断,而扭转振动频率不会改变,因此瞬态响应中的扭转振动固有频率及与其相关的组合频率成分可以用作碰摩故障的诊断信号。本文从仿真和实验两个方面研究了碰摩故障下航空发动机双转子系统弯扭耦合振动特性,并梳理出扭转振动稳态响应及瞬态响应中能够用于航空发动机碰摩故障诊断的特征信号,为基于扭转振动信号的故障诊断系统的建立提供依据。