水下自航行器的设计可以分为机械系统的设计和控制系统的设计两部分,机械系统是控制系统的载体,也是控制系统的基础；机械系统中整体外形又是影响整体性能的重要因素,因此本文在外形优化的基础上,通过水动力性能的分析,为后续控制系统的设计和水下试验奠定基础并提供前期数据依据。本文首先以第一代水下自航行器为基础,通过对其整体外形的分析,并对其进一步优化,从而获得具有更好水动力性能的外形,为控制系统的设计奠定了良好的硬件基础,其次从AUV水动力学方程的建立、近海底处的水动力性能研究和水动力系数的估算等三个方面进行分析研究。本文研究的主要内容如下：(1)根据本课题组第一代AUV的基础模型,在分析研究了一代AUV的基础上,针对其在设计、制造、安装、调试及水下试验等过程中遇到的问题,提出了进一步的优化方案,优化内容主要包括：主体流线型主要参数的确定,尾舵形位尺寸的确定,导流罩以及连接密封方式的优化设计。最后对原型机整体外形进行了多目优化设计,获得了具有更好水动力性能的水下自航行器外形。(2)运动建模与分析。介绍了描述AUV运动的两种坐标系及转换关系。然后通过分析AUV两种运动状态,给出了AUV的水平面和垂直面的运动方程。最后建立了AUV空间六自由度运动方程。(3)对水下自航行器在靠近海底处的水动力性能进行分析。主要研究分析了AUV距海底的距离、海底来流速度、攻角、海底AUV正前方倾角大小和倾角长度对AUV水动力性能的影响,为后续的水下试验和控制系统的设计提供了前期数据,并指导AUV在海底处正常安全航行。(4)介绍了求解AUV水动力系数的方法。并近似求解了部分水下自航行器的水动力系数,为水下自航行器后续控制系统的设计和水下试验奠定了基础。