燃气涡轮起动机为小型的空气喷气发动机,其输出功率远高于传统的电起动机,目前已全面代替电起动机作为飞机发动机的起动装置。燃气涡轮起动机为高转速旋转机械,如其在运行过程中出现故障,振动和噪声是目前公认的最佳征兆提取量,因此对起动机转子系统进行的动力特性分析及振动信息分析对于涡轮起动机的故障诊断具有重要意义。本文针对某型燃气涡轮起动机修理过程中存在的在厂时间长、修理效率低、修理成本高的问题,提出了首先对其开展动力特性分析和振动信息分析从而确定故障形式和部位后再修理的新方法,因此需要先研究涡轮起动机转子系统的动力特性,计算其临界转速,然后设计涡轮起动机振动测试系统以实现振动信息的采集,分析采集到的振动信息从而实现故障形式和部位的确定。第一,通过参数集总化建立了涡轮起动机压气机涡轮转子的简化计算模型,针对简化模型,根据拉格朗日法建立转子系统的动力学方程,通过方程的解分析了压气机涡轮转子的动力特性。研究结果表明,在稳定工作区域,转子系统具有较好的动力学稳定性,其在工作转速区不具有失稳可能性或具有导致失稳的动力学行为,也就不会给起动机带来额外的振动信息。同时转子的动力特性受阻尼参数影响较大,增加系统的外阻尼可有效改善其稳定性,减小振动响应幅值。第二,运用传递矩阵法计算了压气机涡轮转子的前二阶临界转速。计算结果表明,转子系统的临界转速远离其工作转速,一阶振型是以压气机轮盘偏摆引起的弯曲为主,二阶振型是以涡轮盘偏摆引起的弯曲为主,压气机涡轮转子的结构是导致这种振型的主要原因。第三,搭建了涡轮起动机振动测试系统,该系统能够实现涡轮起动机工作过程的控制,工作数据和振动信息的采集、处理和分析,同时可以识别与分离加载系统带来的附加振动信息,为涡轮起动机的振动分析和故障诊断提供可靠的实验研究平台。第四,计算了涡轮起动机各部件的故障特征频率,运用功率谱分析的方法开展故障诊断。利用涡轮起动机修理厂提供的数据,计算了单一故障模式下的功率谱熵值,然后计算实测振动信息与各种单一故障的功率谱熵距,绘制了功率谱熵距图,根据结果进行了故障诊断。