水下自航行器(AUV),航行稳定性高、机动性强、隐蔽性好,在海洋探究和军事作战等领域应用广泛。水下自航行器内部空间较小,自身可携带能源有限,所以提高其能源利用率至关重要。为此进行AUV外形优化及推进系统设计,减小航行阻力并提高螺旋桨推进效率,能够有效提升AUV能源利用率。本文进行了水下自航行器外形优化及推进系统设计,主要内容如下:(1)对比分析几款经典AUV主体构型,进行水下自航行器原型机设计,包括主体首部与尾部回转体的剖面线形以及附体尾舵的选取和设计。(2)采用多学科优化设计软件ISIGHT,搭载NSGA-II遗传算法,对水下自航行器原型机进行多目标优化设计。包括AUV模型的参数化设计、优化算法对计算结果的分析与处理,分析对比优化前后原型机的水动力性能。优化后使得水下自航行器航行阻力最小,同时内部空间利用率较高。(3)依据MAU4-45螺旋桨设计图谱对水下自航行器螺旋桨进行了详细的图谱设计。以最佳效率螺旋桨为设计准则,对螺旋桨进行图谱初步设计以及终结设计,得到最适合本文设计的水下自航行器推力需求的螺旋桨主要几何参数。(4)对水下自航行器螺旋桨进行三维建模以及CFD数值模拟计算。采用多重参考系MRF模型仿真旋转流场,计算了标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型以及SST k-?湍流模型下的螺旋桨敞水性能,并对其进行对比研究;由计算结果分析可知,RNG k-ε湍流模型的总体预报效果最为稳定,与试验值之间误差最小。