陆地资源在人类长期无度开采的情况下已面临着逐渐枯竭的巨大危机,21世纪必然是海洋开发的世纪。水下机器人作为海洋监测、深水观测、资源勘测的重要载体平台,该研究领域已成为国际上研究探索的重要领域。随着各种研究资源的大力投入,各种新型水下航行器相继问世,我国近年来在这个领域也有所突破,但对于全泵驱动控制方法下航行的水下机器人的研究仍处于比较初级的阶段。本文以小型水下机器人为基础,主要对全泵喷水驱动系统的设计、矢量推进方法与喷水驱动方式的结合以及水下机器人的结构优化进行了相关研究。研究的主要内容如下:(1)通过系统了解新型水下航行器的国内外研究现状后,在设计概念上提出一种喷水驱动方式与矢量推进方法相结合的小型水下机器人推进系统。摒弃传统的螺旋桨推进方式和船舵控制方法,设计出结构相对简单,性能比较稳定的矢量推进喷水系统,提高了机器人的隐蔽性以及机动灵活性。(2)对有关于水下机器人运动的两种空间坐标系之间的相互转化方法进行了阐述,对其实施动力学建模,研究其运动方程以及动力学方程,根据所设计的推进方法,探究水下机器人航行过程中流体动力的特点并对其计算方法进行总结。(3)参考喷水推进船舶的动力组成,结合水下机器人自身的特点,选定容积泵为所设计喷水推进系统的动力源,并对整个系统的管路水力损失、喷口的尺寸选择、在运动过程中的流量分配准则进行了研究分析,为机器人的设计提供了理论指导。(4)根据设计水下机器人的实际结构尺寸,利用Solidworks软件进行机器人结构的三维以及二维的模型建立,采用CFD方法,运用流体力学软件Fluent对机器人在流场中的航行状况开展模拟仿真工作。对比了机身不同主体外形、不同附体翼型、不同入水口位置布置方案下的运动阻力情况和水动力特性。研究结论为:采用更具流线性的线形四、曲面翼型、头部进水方案时,机器人的航行阻力最小,水动力特性最佳。对三种不同喷口结构的内外流场状态和能量利用进行对比,为喷水推进过程推力利用率的提高进行了经验探索。本文通过理论分析与仿真模拟相结合,将水下机器人的各部分结构进行了一系列的优化设计,提出的全泵式喷水驱动方法与矢量推进方式相结合的概念,为水下机器人向隐蔽性、灵活性上的进一步发展提供了一定的参考价值。