转子系统是航空发动机的关键核心部件,其动力学特性影响着发动机整机性能。现代航空发动机转子多为具有中介轴承的内外双转子系统,其长跨距、低刚度和弹性支承的特点使它对质量不平衡非常敏感,导致发动机在使用过程中极易出现振动过大故障。目前工程领域主要是通过多次起停车的方式来采集表征故障的信号实现对转子系统振动特性研究,但这种做法费时费力且成本较高。因此,基于有限工况分析双转子系统不平衡振动响应的全局分布规律并建立响应预估模型,实现复杂双转子系统不平衡定位具有重要的理论意义及工程价值。本文以4盘5支点双转子系统为研究对象,开展了转子系统不平衡响应分析研究,主要工作如下:首先,基于拉丁超立方实验设计方法对双转子系统的单不平衡盘和双不平衡盘的不平衡参数进行给定范围空间的抽样,通过多体动力学仿真和快速傅里叶变换(FFT)得到有限不平衡工况下多测点位置处的振动响应幅值范围,结果表明高低压双盘不平衡的幅值范围与对应单盘不平衡的幅值基本一致。通过比较同种不平衡工况下三种稳态转速间的振动幅值,发现彼此间呈明确的定比关系。计算不平衡参数和振动响应幅值的Pearson相关系数可知,转频激励的振动幅值与不平衡量大小极强相关,与不平衡相位角极弱相关。并基于模拟试验器开展实验验证工作。其次,基于高低压双不平衡盘的仿真实验结果,建立了不平衡振动响应预估的MARS、RBF和Kriging模型;通过蒙特卡洛均匀分布抽样得到测试集中的不平衡参数,并通过ADAMS仿真得到测试集中每一种不平衡工况的振动响应幅值;三种代理模型针对测试集中每一种工况的不平衡参数进行响应预估,预测结果的平均误差率、均方误差和多重判定系数等指标的计算结果表明三种代理模型均可对双转子系统高低压双盘不平衡的振动响应实现高精度预估。最后,基于非线性输出频率响应函数(NOFRFs)的相关理论和其推导式,提出了应用NOFRFs对双转子系统不平衡盘进行定位诊断的计算方法,该方法需要转子系统在同种转速下平衡态和非平衡态的振动时域信号;为满足该算法的计算要求,建立了一维串联结构的仿真计算模型和试验计算模型;根据仿真和试验定位结果,实现了单不平衡盘和双不平衡盘轴向定位,且双盘不平衡时的定位结果与对应单盘时的结果存在一致性。