本文的研究对象是一种圆碟形自主水下机器人——水下直升机。其设计目标包括全周转向及垂直起降等,其中垂直起降是水下直升机的重要功能。频繁的垂向运动易受到海流的干扰,而海中环境复杂,浮力调节系统响应慢,无法快速摆脱海流的影响,需要设计一种机构快速稳定的操纵垂向运动,满足经济适用,能耗低的目标。为了优化水下直升机的垂向运动性能,综合考虑圆碟形水下直升机的旋转运动特点,本文提出了一种垂向矢量螺旋桨推进器,基于水动力分析软件ANSYS-FLUENT对水动力性能进行计算分析。本文的研究内容可以归纳为:围绕优化水下直升机的垂直起降功能设计了垂向矢量螺旋桨推进器。在水下直升机垂向自转下潜时,它与水下直升机组成一个似螺旋桨结构,产生与运动方向相同的推力,提升垂向运动能力;采用模拟仿真计算软件对水下直升机在不同桨艇面积比下的垂直下潜水动力性能进行计算分析,并与前期研究成果进行对比。结果表明,随着桨艇面积比的增大,阻力变大;基于网格无关性验证,有效地分析了装配特殊垂向矢量推进器的水下直升机在自转下潜时的水动力性能,探究桨艇面积比、叶数、螺距角和桨型的不同对其垂直面运动水动力性能的影响,研究上述参数的最优组合,优化垂向矢量推进器对水下直升机垂直上浮和下潜运动的性能;螺旋桨数值验证方面,对螺旋桨水动力性能进行分析,得出敞水性征曲线图与插值法得到的相同螺距比下的敞水性征曲线图对比,最大误差为9.84%,最小误差仅为2.12%,验证了计算结果的准确性;水池试验进行对比验证,得到水下直升机合力试验数据与仿真数据误差均小于10%,一定程度上验证了仿真计算的合理性和有效性。