随着人类文明的不断进步和陆地资源的逐渐枯竭,充分利用海洋资源成为人类维持自身生存和发展的关键。由于海洋环境复杂且相当恶劣,不适合人类直接进入进行探索,因此自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles,简称AUV)作为一种十分有效的海洋探索与开发手段已经在科研和军事领域受到广泛关注。但复杂的海洋环境对AUV的安全性和灵活性提出了巨大的考验,因此开发一种具有较好稳定性和操纵性的新型AUV具有十分重要的意义。本文以新型圆碟形自主式水下机器人——水下直升机为研究对象,其特点是具备全周转向、定点悬停、精确着陆和自由起降四个功能。为保障水下直升机在海洋中工作的安全性和灵活性,准确且快速地预报其水动力性能和运动情况具有十分重要的现实意义。首先,在进行网格无关性分析的基础上运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)方法数值计算了不同航速下水下直升机水平面直航的摩擦阻力系数,并与国内外主流计算公式进行对比验证。数值计算水下直升机定常水动力性能,得到其水平面和垂直面直航阻力系数并与拖曳水池试验结果对比,验证了计算的可靠性。在此基础上，提出了不同长高比的新型水下直升机模型,数值计算其斜航水动力性能,为新一代大型水下直升机的设计提供参考依据。然后,基于STAR-CCM+重叠网格技术数值模拟水下直升机平面运动机构(Plane Motion Mechanism,简称PMM)试验,计算得到水下直升机做纯升沉运动、纯横荡运动、纯俯仰运动、纯艏摇运动和纯横摇运动的惯性类水动力系数、粘性类水动力系数和二阶水动力系数,与国内外高校研发的圆碟形潜水器进行对比分析,验证了本文PMM试验数值计算方法的合理性。并分析水下直升机在非均匀流场中做纯升沉运动和纯俯仰运动的水动力性能。最后,由本文数值计算结果判断水下直升机具有水平面和垂直面运动稳定性,与水池试验结果相吻合。数值计算得到水下直升机螺旋桨的性能,结合本文数值计算得到的水动力系数,建立六自由度运动仿真系统。对水下直升机直航运动、螺旋式下潜运动和海流干扰下的空间回字型下潜运动进行仿真并分析其操纵性能,为后续的研发设计和控制系统优化打下基础。