水下滑翔机作为一种传感器搭载平台,其续航力强,能源消耗较小,使得长时序大范围的海洋环境观测与探测任务成为可能。本文的研究对象是一种大型水下滑翔机,其传感器搭载能力较强,可同时测量多种类型海洋环境信息,能够执行复杂观测任务。相比小型水下滑翔机,大型水下滑翔机对操纵性提出了更高的设计要求,在设计时应给予充分重视。首先,本文从水下滑翔机的运动机理出发,通过对比分析水下滑翔机常规布局与飞翼布局的水动力性能与运动特性,确定了大型水下滑翔机水动力外形设计方案。借鉴常规小型水下滑翔机的操纵方式,进行了大型水下滑翔机的操纵方案设计,确定了质心调节机构、十字形尾舵和尾部推进器的组合式操纵方案。在保持水下滑翔机主体外形与主尺度不变的前提条件下,设计了水平机翼正交试验,并对不同模型进行了水动力性能分析,确定了水平机翼的主要设计参数、质心调节机构的俯仰角操纵量和浮力系统的净浮力操纵量,完成了大型水下滑翔机的总体结构设计。其次,为了评价其操纵性能优劣,将大型水下滑翔机实际运动过程抽象化成刚体运动,根据动量矩定理和动量定理建立了六自由度动力学模型。考虑到大型水下滑翔机运动攻角和侧滑角较小,在工程精度允许范围内,进一步简化了运动方程,并赋予操纵变量和水动力系数,分析了纵向运动和侧向运动的操纵性能。模型仿真结果表明大型水下滑翔机的静稳定性和动稳定性良好。最后,结合大型水下滑翔机南海海上试验数据,对稳态滑翔阶段的运动速度、航向性能和姿态调节能力进行了数据推导和图像表达,试验结果表明大型水下滑翔机的操纵性能良好,能够满足设计使用要求,同时也验证了运动模型及操纵性评价结果的准确性。