半潜式无人艇是近年来新开发的一种无人艇,其主要特点是艇体的主要部分在水下,水面上只露很小一部分结构。具备主艇体规避浪区,通讯和定位不受影响,自稳性、隐蔽性优良,耐波性较佳,兴波阻力小等优点,在军用和民用领域有广泛的应用前景及应用价值。本文针对低阻外形、模块化结构、不倒翁、升降功能、水密性展开研究,设计集上述特点于一身的半潜式无人艇的结构,该艇可在近海或较大的湖泊中进行水温、水压、溶氧量和PH值等水文数据的监测。本文的主要工作如下:首先,遵循低阻性、模块化、简洁化、多功能等原则,采用“先整体后局部”的设计方法,确定半潜式无人艇的总体布置方案,再根据功能划分模块,将半潜式无人艇按功能划分为主艇体、升降机构、浮体三个功能模块。分别对半潜式无人艇各模块的方案、防水密封结构以及不倒翁性能进行了分析、选择及设计,确定了半潜式无人艇机械结构的大体方案和各功能模块的合理方案。其次,对半潜式无人艇的各模块进行了详细分析、设计,利用软件SolidWorks进行三维建模。因主艇体较为复杂,将主艇体划分为导流罩、电池舱、升降推进器舱、传感器舱、推进电机舱、整流罩等六个小的功能模块,详细设计各模块的结构。利用流体仿真软件Fluent对半潜式无人艇的主艇体进行分析,以减小航行阻力为目标,对半潜式无人艇的导流罩和整流罩在不同的长半轴尺寸下进行仿真,获取相应尺寸下的航行阻力,得到相对较小的阻力所对应的导流罩和整流罩尺寸。根据三种不同方案下水流在传感器舱的流动情况,选择出比较合理的传感器舱开孔方案。在优化结构后,利用Fluent分析计算半潜式无人艇在不同速度下的航行阻力与所需功率,算出半潜式无人艇的电机功率。在选择了半潜式无人艇各组成部分的材料后,利用有限元分析模块Simulation对主艇体外壳、升降机构进行强度校核,结果表明设计的结构均具有足够的强度。然后,为了使半潜式无人艇具有较好的抗风浪能力,进行了不倒翁设计与校核。根据不倒翁的条件,计算出升降机构的安装位置,并且校核了在小倾角下的不倒翁性和分析了大倾角下的不倒翁性。验证了本文设计的半潜式无人艇具有不倒翁结构。最后,制作样机并对其功能进行了测试,检验是否符合预期设计目标。主要测试包括水密性、航行速度、不倒翁性能和主艇体的升降等。经实际测量,半潜式无人艇在静水中的最大前进速度为1.56m/s。主艇体的升降能够通过升降机构完成,水密性良好。在倾斜180°后能恢复到原来的正浮状态,不倒翁结构也得到了验证。实验结果表明水密性、前进速度、升降机构和不倒翁性能基本符合方案设计的要求,证明设计是成功的。总的来说,本文设计的半潜式无人艇较好地满足了设计要求,即具有升降功能、水密性良好、低阻外形、不倒翁结构,具有一定的使用价值,为未来半潜式无人艇的设计提供了新的设计思路。