海洋蕴藏着丰富的资源,对海洋的探索在近年来愈发受到各方面的关注。长期以来,海洋探索需要工具,潜水器就是常用的海洋探索工具之一。潜水器多为圆柱流线型,圆碟式潜水器则研究较少。具有自主控制能力,可以在小尺度范围内实现自由运动、稳定前进的圆碟式潜水器更加缺乏研究。圆碟式潜水器具有运动稳定、在苛刻的工作环境下仍具有良好的操作性和机动性的优点。本文围绕设计并研究一款具有良好稳定性的圆碟式自治式潜水器展开,通过理论设计分析、数字仿真研究实现一台具有良好运动稳定性的小型水下直升机。本文的内容按照外形结构设计、运动仿真分析和实验验证的逻辑顺序安排:外形设计借鉴Myring外形的设计思路,提出一种同时满足高稳定性和大内部空间需求的定量设计方案,通过模拟仿真确定小型水下直升机边缘扁平中间凸出的外形模型。在确定外形后,从提高运动稳定性的角度出发,通过对重心和浮心的分析与设计,均匀地布置各个密封舱体和浮力材料的位置,同时对密封舱体和浮力调节装置进行了设计,对浮力材料进行了设计计算。运动仿真分析借助CFD仿真模拟,对相同条件下推进器输出推力的差值和潜水器运动速度,这两个稳定性影响因素进行了研究。推进器的推力差值会使潜水器产生偏航,影响潜水器在运动时的线性稳定性,运动速度则是会影响潜水器在运动中的姿态稳定性。最后是样机的实验,在下水实验之前,样机对推进器推力问题和防水密封问题这两个重点进行了合理的分析与实验,之后在水下运动实验中,实验数据通过秒表与内部传感器数据记录获取,实验进一步说明了小型水下直升机的运动能力稳定。通过上述工作,可以得到:采用对圆碟式潜水器中部体积扩大的方式可以得到同时具有高稳定性和大内部空间的圆碟式潜水器外形模型。但由于圆碟式是回转体,圆碟式小型水下直升机易发生回转,它两侧的推进器推力差值会逐渐积累直线运动中的横向偏差,采用每前进1m～1.5m进行一次方向调整的策略可以同时获得良好的线性运动稳定性和运动效率;当小型水下直升机的运动速度较大时,会产生前倾的姿态趋势,不利于运动稳定,因此圆碟形潜水器的运动速度应限制在一定范围内以保持较好的运动稳定性,对于小型水下直升机速度应在1节,即0.5m/s以内,最佳速度约0.3m/s;小型水下直升机在实验中表现了较好的运动性能,稳定性良好,同时在较差水质的环境中依旧可以工作,证明了设计合理可靠。综上所述,通过本文工作中的设计、仿真与实验,得到了一台具有自主控制能力,可以在小尺度范围内实现自由运动、稳定前进的小型水下直升机。另外,还对圆碟式潜水器的外形设计提出一种设计方案,为圆碟式潜水器方面的研究贡献了一些力量。