随着人类社会对自然资源的需求日益增长,海洋由于其蕴藏的丰富资源而逐渐成为人们关注的焦点。自主水下航行器可以在海洋环境中进行资源勘探、科学采样、地形探测和应急搜救等工作,在科研和军事领域受到了广泛的重视。海洋环境中存在着海流、海浪等各种复杂的干扰因素,会对水下航行器作业的安全性和稳定性带来严重的影响。因此,发展一种具备良好的稳定性、灵活性和操纵性的水下航行器成为了迫切的需求。本文的研究对象是一种具有新型飞碟外形的自主水下航行器——水下直升机,其主要特点是具备全周转向、自由起降和定点悬停的能力。为保证水下直升机工作时的机动性和安全性,实现精准的运动控制,并为后续的优化设计提供参考,正确地预报水下直升机在海流、海浪等复杂环境中的水动力性能和运动情况具有十分重要的意义。本文的主要研究内容如下:首先根据水下航行器典型的运动方程,对水下直升机的受力情况进行分析,结合水下直升机特有的四螺旋桨控制航速和转向的运动模式,并加入海流和海浪的干扰模型,建立了空间六自由度运动方程。对于水下直升机受到的水动力进行了数值计算,包括惯性力、粘性力和螺旋桨的水动力。采用势流理论计算了水下直升机的惯性水动力,得到附加质量矩阵,并对计算结果进行了对比验证。粘性力的求解采用基于RANS方程的数值方法,分别得到了水下直升机水平面和垂直面直航时的粘性力系数。单个螺旋桨的推力和转矩模型则是通过B4-70系列螺旋桨四象限敞水性能图谱得到。然后考虑把波浪力作为外加干扰力,通过水动力软件AQWA分别计算了水下直升机在不同潜深、浪向角、频率下的六自由度波浪力,并计算了母船干扰下的波浪力响应。在大型断面波流水槽中进行了实验,测量水下直升机的横摇角在波浪中的响应,与数值仿真结果进行对比,验证了计算的可靠性。最后将所得到的水动力整合,建立水下直升机运动仿真系统,对直航运动、回转运动、螺旋下潜等典型运动以及考虑海流、波浪、母船干扰下的运动进行了仿真,并对仿真结果进行分析,进而对水下直升机实际运动性能有一个更全面的了解,为后续的优化设计和运动控制打下了基础。