航空发动机的研制是航空制造业的核心,是衡量国家装备制造水平的标杆之一,也是“中国制造2025”关注的领域之一。核心机多级转子的高速回转是航空发动机的动力源泉。由于转子装配级数多,加工误差会在装配中逐级传递和放大,由此导致转子装配体的重心偏心和惯量偏差,严重影响其质量特性,在高速旋转中会导致振动,降低航空发动机的稳定性和快速响应性能。因此,亟待研究一种航空发动机堆叠装配新方法以抑制误差传递,优化多级转子质量特性。本论文提出一种面向质量特性优化的航空发动机转子堆叠装配方法。该方法通过旋转各级转子的安装相位来优化装配体的重心偏心和主轴转动惯量,深入研究装配过程中的误差传递与累积机理,建立重心空间传递和惯性张量空间传递模型,实现装配体重心偏心量和转动惯量的预测,并进行优化仿真和装配实验验证。主要研究内容包括:首先,基于加工误差传递原理建立质量特性空间传递模型。建立航空发动机转子加工误差矩阵模型,基于转子止口配合结构将其止口加工误差分解为径向定位误差和轴向定向误差,建立多级转子几何误差传递模型;分析加工误差传递、安装相位对单级转子重心位置的影响,建立单级转子重心变换模型,进而逐步分析两级、三级转子装配重心传递过程,最终实现多级转子装配重心传递建模;通过仿真两级和三级转子装配,研究重心优化机理和优化效果,总结定位误差与定向误差矢量相消优化规律;同理,引入惯性张量矩阵,分析加工误差传递、安装相位对单级转子惯性张量的影响,最终建立多级转子装配惯量传递模型,通过两级和三级转子装配仿真,分析惯量优化机理和优化效果,总结定位误差与定向误差矢量相消优化规律。其次,基于蒙特卡洛原理进行多级转子装配质量特性优化仿真。基于公差带约束和回归拟合建立转子加工误差对重心和惯量的边界约束,生成10000组随机加工误差的转子进行装配仿真。仿真结果表明:旋转安装相位的优化装配相比直接装配,二级、三级、四级转子装配后最大重力矩均值分别降低了66.8%、73.6%和88.8%,标准差降低了44.7%、30.3%和52.1%;优化装配与直接装配对比,二级、三级和四级转子装配后转动惯量均值分别降低了15.2%、28.0%和74.0%,标准差降低了4.8%、13.5%和58.2%。蒙特卡洛装配仿真验证了大规模生产过程中优化装配方法的稳定性、可靠性和优化效果。最后,开展多级转子质量特性传递机理模型实验验证。利用哈尔滨工业大学超精密光电仪器研究所研制的UOI型号航空发动机转子形位误差测量系统测量各级转子的止口加工几何误差;利用动平衡机测量转子不平衡量计算重心偏心,对比验证重心空间传递模型重心偏心量预测精度。实验结果表明:以六组不同安装相位装配的转子实验,平均误差为14.38%。本文建立的质量特性传递模型实现了多级转子质量特性的预测。