微小型水下航行器是涉及阻力、结构、能源与推进等学科的典型复杂系统。传统的潜器设计方式由于人为的割裂了各学科之间的联系，往往会降低系统的整体性能，所以将多学科优化设计理论引入到微小型水下航行器的设计过程中有着重要的意义。本文基于Isight软件，分别针对圆柱形和扁平形两种形状的微小型水下航行器开展了多学科设计优化技术的研究，完成的主要工作概括如下：（1）重点对圆柱形水下航行器的各子学科进行了研究。将圆柱形水下航行器设计划分为阻力、结构、能源和推进四个学科，对每一个学科进行了详细的建模与分析。其中，推进学科中利用近似模型代替面元法计算程序的做法得到了详细的介绍。然后基于序列二次规划法、霍克-吉维斯直接搜索法以及多岛遗传算法三种优化算法对每个学科进行了单学科优化，在得到优化结果的同时，确定了最适合每个子系统的优化算法。（2）对圆柱形水下航行器进行了多学科优化设计研究。明确了四个子学科的耦合关系，完成了协同优化框架和同时分析与设计框架下多学科优化模型的构建。基于这两个多学科优化框架，分别在系统级优化器中采用序列二次规划法、霍克-吉维斯直接搜索法以及多岛遗传算法三种优化算法，对圆柱形水下航行器进行了多学科设计优化，得到了满意的优化结果。（3）对扁平形水下航行器进行了多学科优化设计研究。将扁平形水下航行器设计划分为阻力、结构、能源和推进四个学科。在学科分析与建模时着重体现出了其与圆柱形水下航行器的不同。采用与圆柱形水下航行器相同的多种优化方法对扁平形水下航行器进行了多学科设计优化，同样得到了满意的优化结果。（4）综合比较分析两种形状水下航行器多学科优化设计后的结果，总结出了一套适用于微小型水下航行器的多学科设计优化方案，即可以将基于同时分析与设计优化框架和序列二次规划优化算法的这套体系作为微小型水下航行器的多学科设计优化首选方法。