针对波浪滑翔器和Auto Naut波浪动力船水下滑翔水翼存在机械结构复杂,波浪能响应性低,波浪能转换效率较低等因素导致航速较低的问题,本文以波浪动力无人船为设计基础,引入风能,结合波浪能与风能推进原理,设计并研制了一款面向海洋移动监测的风波驱动无人帆船,并以风波驱动无人帆船为研究对象,以风波驱动无人帆船对海洋水体环境移动监测为研究目的,对其直航动力性能进行了研究,研究可为海洋机器人的设计与研发方面提供相应的理论参考。本文研究工作如下:首先,基于波浪动力无人船与无人帆船的工作原理,有效地结合两者的优势,设计并研制了一种面向海洋环境移动监测的风波驱动无人帆船,根据船舶设计标准对风帆、控帆与收帆机构、船体、舵和水下滑翔水翼与稳向板机构进行设计与选型。其次,采用ANSYS FLUENT软件对目标翼帆空气动力性能进行数值模拟,得到风帆升力系数、阻力系数与攻角之间的变化规律,并结合风波驱动无人帆船受力分析,得到目标翼帆航向推进系数和横向侧推力系数与表观风向角之间的变化规律,从而得到针对巡航工况条件下基于最大航向推力下的不同表观风向角与对应攻角的控制表,为搭建风波驱动无人帆船运动模型提供风帆攻角控制策略。再次,建立了水下稳向板机构和船尾水下滑翔水翼的仿真模型,采用ANSYS FLUENT软件对运动过程中水下稳向板机构模型与船尾水下滑翔水翼模型分别进行数值模拟,研究分析水下稳向板和滑翔水翼的组合模型以及船尾水下滑翔水翼模型以不同航速做直航运动时的阻力变化规律,从而得到两者在不同航速条件下对直航阻力的影响规律,为搭建风波驱动无人帆船运动模型奠定理论基础。最后,分析了无人帆船在海上航行时所受的力与力矩,结合风帆攻角控制策略与水下稳向板机构和船尾水下滑翔水翼直航阻力变化规律建立风波驱动无人帆船的运动数学模型,对不同风况和不同航速条件下船舶直航动力性能进行仿真研究,结果表明加装固定水下稳向板机构的无人帆船能够获得稳定的风帆助推力和保持直航状态下的航向稳定性。