航空发动机研制技术被誉为现代工业“皇冠上的明珠”,是一个国家综合国力、工业基础和科技水平的集中体现.转子系统是航空发动机中的核心部件,其振动特性不仅决定着发动机的可靠性和寿命,而且决定着发动机研制的成败.另一方面,结构优化技术作为一种全新的设计方法,对于提高设计的水平、质量和效率有着独特优势,在工程实际当中得到了广泛应用.本文以航空发动机转子支承系统为主要研究对象,综合运用有限元分析和结构优化设计技术对其参数化建模、动力学特性分析、动态响应优化等方面的关键技术开展系统性研究,提出了转子支承系统的临界转速和不平衡响应优化设计解决方案,并在此基础上,初步探索了转子支承系统动力学优化设计平台在工程实际中的应用.本文主要研究工作和结论如下:1.提出了转子支承系统一维和二维模型的参数化建模方法,采用网格扰动技术解决了优化过程中有限元网格更新的问题;建立了转子支承系统动力学优化设计的数学模型,推导了灵敏度计算公式,分析了全局收敛算法与基于代理模型的算法的适用性,并给出了转子支承系统动力学优化的一般性求解流程.2.针对单转子系统,分别研究了其一维模型的稳态不平衡响应和二维模型的临界转速优化设计方法.将本文有限元分析的结果与有关文献进行了对比,验证了本文方法的正确性;数值算例的优化结果表明,本文优化模型可以有效降低转子支承系统的振动水平以及有效调整转子支承系统的临界转速.3.针对双转子系统,其动力学特性较为复杂,分别研究了一维模型的稳态不平衡响应和二维模型的临界转速优化设计方法.同样通过与有关文献进行对比,验证了本文有限元分析方法的正确性;数值算例的临界转速和不平衡响应优化均取得满意的效果.4.为了验证本文方法的实用性,利用本文建立的转子支承系统动力学优化设计平台对CFM56-3发动机高压转子系统和某型燃气涡轮发动机转子支承系统开展优化设计.CFM56-3发动机高压转子系统在优化后临界转速区间在优化后扩大500.61r.p.m.,某型燃气涡轮发动机临界转速区间在优化后扩大551.04r.p.m.,上述结果表明本文方法在工程实际中良好的实用性.本文的研究成果对于航空发动机转子支承系统的结构设计和动力学性能优化具有重要应用价值.本文构建的转子支承系统动力学优化设计平台具有通用性,对其它行业中旋转机械的结构设计和动力学性能改善同样具有重要指导意义.