随着海洋战略资源地位的不断增强，小型自治水下机器人（(Autonomousunderwater vehicle, AUV）作为研究开发海洋的主要装备之一，其各项研究水平直接决定各国的海底战略地位。为实现无限制、远程、灵活、隐蔽性好及低成本等战略目的，通过优化设计载体线型以减小水下机器人振动噪声以及减小阻力成为各国研究者不断追求的目标。本文首先给出了小型AUV的线型设计理论及主要几何参数，提出了壳体设计的指标要求及主要设计原则。在此基础上给出几种主要壳体线型理论、性质及编程实现方法，以循序渐进的方式指出每种线型的优缺点，为下一步应用复杂线型联合算法实现壳体型线优化设计平台打下理论基础。根据课题对水下机器人的总体设计任务要求，建立参数化及非参数化模型为后文研究所用。为实现水下机器人真实的运动模拟，精确得到水下机器人在不同瞬时的性能，本文建立非稳态的数学模型，利用Fluent UDF编译水下机器人低频振荡非定常运动，并采用非结构动网格技术真实模拟出二维水下机器人真实运动环境，对比分析三种不同线型载体模型的水动力特性，验证“海豚”线型仿生的优越性，与后文定常分析遥相呼应，展现了定常替代非定常以实现简化的方法的科学性及缺陷，为探讨仿生优化机理以及水下机器人非定常操纵的精细研究提供了前期准备。然后采用CFX技术，进一步从三维分析角度，探讨了螺旋桨对水下机器人运动阻力的影响。通过对推进系统的理论推导，得到周围流体速度U与螺旋桨转速n的关系，然后利用水动力仿真分析获得小型AUV螺旋桨转动和静止两种状态下所受阻力以及它们的关系曲线，为进一步简化优化模型的科学性以及对AUV推进器优化布置研究具有重要意义。应用势流-边界层理论，通过编程计算，快速准确的得出水下机器人水动力特性数值计算结果，验证了仿真结果的准确性。并进一步得到小型AUV所受阻力与其壳体形状参数之间的内在关系，对其外形进行优化设计。采用水动力仿真分析进行验证拟合关系曲线的实用性，为水下机器人型线优化设计提供重要的理论和应用价值。最后，研究了不同壳体线型对水下机器人的水动力性能和结构振动性能的影响，并进一步实现了基于功率流振动噪声领域与阻力力学领域的水下机器人壳体跨学科多目标协同优化设计。对比三种优化结果的结构声强及阻力大小，获得壳体尺寸最优解。