水下机器人广泛应用于探测、打捞、采样、采矿等方面,尤其是在深海采矿作业方面具有重要的意义。螺旋桨作为水下机器人的重要核心部件,其水下推进效率的高低,直接影响作业机器人的整体性能和可靠性。因此,对螺旋桨的结构进行优化设计,提高推进效率和可靠性,具有较大的工程价值和重要的意义。本文根据水下机器人实际工况,利用图谱法对螺旋桨叶进行了参数化设计,并建立螺旋桨几何模型;同时,利用Standard的k-?湍流模型,计算出该模型在不同水压状态下螺旋桨叶压力分布形式;利用MRF流域分析模型,计算出该模型在不同进速系数下对应的敞水系数值,并对螺旋桨敞水性能进行数值模拟,计算结果表明模拟结果有着较高的精度,可用于后续的仿真分析。由于不同型号导管对螺旋桨的敞水性能影响较大,本文对螺旋桨水下直航、斜航以及后退的三种运动模式进行了仿真模拟,经对比分析确定导管型号为JD7704,从而确定了导管螺旋桨的结构方案。为了提高导管螺旋桨的敞水效率以及螺旋桨推力,本文提出了一种基于BP神经网络的性能优化模型。采用拉丁超立方试验方法来对导管螺旋桨的尺寸参数进行相关性分析,并确定对导管螺旋桨性能影响较大的结构参数。根据Fluent得出的仿真数据,采用BP神经网络建立反映导管螺旋桨性能指标与设计变量之间非线性模型,为导管螺旋桨的多目标优化提供了理论依据。因此,本文提出以螺旋桨的推力、敞水效率为目标函数,以桨叶强度为约束条件的多目标优化模型,采用遗传算法对其进行求解,优化结果表明优化后的导管桨叶的推力增大了27.3%,敞水效率提高了5.7%,说明了优化模型的可靠性。为了验证导管螺旋桨的可靠性,本文展开了螺旋桨室内推力试验和整机湖测试验。室内试验结果表明推力随进速系数的增大而减小,当进速系数较小时,螺旋桨推力较大;当进速系数较大时,螺旋桨推力较小。试验曲线与模拟值曲线接近,偏差较小,说明了优化方案是正确的。另外,湖测试验表明水下机器人能够在不同状态不同潜深可靠运行,一切正常。试验结果表明本案设计的导管螺旋桨输出推力可靠,运行平稳,能够满足设计需要,同时验证了本文优化方案的可靠性。