朱凯杰，唐徳威，沈文清，吕艺轩，赵鹏越，邓慧超，全齐全，孟林智，王 彤，邓宗全

(1. 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨 150001；2. 北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191；3. 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)

0 引 言

火星具有与地球类似的物理特性和地理特征，在资源开发与人类生存空间拓展方面独具潜能，因而成为深空探测的重要对象[1-2]。截至目前，各国已开展了45次火星探测，主要探测途径包括飞掠、环绕和着陆巡视等[3]。火星表面存在稀薄的低空大气[4]，这为火星飞行器巡视探测提供了可能[5]。

火星飞行器探测设想于二十世纪70年代被提出，此后各研究机构纷纷开展飞行器的概念设计，已提出包括固定翼式[6]、滑翔机[7]、扑翼式[8]和旋翼式[9]在内的多种构型。其中，旋翼式飞行器结构紧凑、可重复垂直起降且带载能力强，成为火星探测较为理想的构型[10]。此外，旋翼式火星飞行器具有以下突出优势：1)可在漫游车无法驶入的洞穴、崖壁等危险区域进行悬停拍摄和采样返回；2)具备较强机动性，可拓展探测范围并加快巡视速度；3)可构建星表三维地形图像以辅助漫游车规划探测路径[11]。

火星低空大气主要成分为二氧化碳及少量氩气和氦气[12]，平均大气密度仅为地球大气的1.29%，这导致工作在低雷诺数流场中的飞行器桨叶表面产生层流分离，进而降低旋翼气动效率[13]。“海盗号”着陆区附近星表平均温度变化范围为-120～-60 ℃[14]。低温导致桨叶周围马赫数升高，并引起桨尖空气压缩与激波震荡。……