随着海洋资源的大力开发,水下航行器在海洋观测与探测中的作用越来越重要。传统的水下航行器,例如自主水下航行器(AUV)和水下滑翔机(AUG)都是必须配平为近中性浮力状态,空间利用率低,负载能力有限,难以满足日益多样化的任务传感器搭载需求。为此,本文提出一种全新的基于负浮力设计思想的水下航行器,并对其进行了理论研究,主要内容为:1.提出一种全新的水下航行器——水下旋翼机。依据自转旋翼机工作原理,设计和制造自转旋翼缩比相似模型,采用水洞试验方法,验证自转旋翼在较低速来流情况下的自转特性,并计算旋翼在各个方向上所产生的力和力矩。2.自转旋翼机工作原理可行性研究。建立自转旋翼的缩比相似CFD仿真模型,将仿真结果与水洞试验结果进行对比,验证了通过CFD方法对旋翼流场结构进行仿真研究的可行性。在此基础上,对重新设计的全尺寸旋翼的流体动力特性进行了仿真研究,验证了水下自转旋翼机工作原理的可行性,并论证了其先进性。3.综合考虑水下旋翼机螺旋桨转速、升降舵角、水平舵角、旋翼迎角等几个控制量对运动状态的影响,建立六自由度动力学模型,并对其受力情况进行了分析。通过水洞试验、CFD仿真与经验公式相结合的方法,计算水下旋翼机的水动力系数。4.运用Matlab软件,对水下旋翼机的动力学模型进行仿真求解,分别分析其水平面、垂直面、三维空间动力学行为特性,为水下旋翼机的设计与优化提供了有益的参考。