火星上稀薄的大气为火星飞行器的存在提供了必要的条件。因为火星复杂的地形地貌环境极大地限制了火星车的运动范围和能力,所以能够协助火星车完成任务的火星飞行器具有非常重要的存在价值。火星飞行器作为空中协助平台的意义主要体现在以下四个方面:飞行器能够极大的提升火星探测的效率;飞行器能够应对恶劣的火星地形环境,到达火星车无法到达的区域;飞行器可以悬停在峭壁周围取壤或进行其它操作;飞行器可以凭借高空视野扩展探测范围,并协助火星车选择行进方向以防陷入沙坑。火星飞行器的飞行性能主要取决于旋翼的气动特性。因此需要针对火星大气环境,开展对火星无人机旋翼气动特性分析及实验研究。因为火星大气密度仅仅是地球大气密度的1.4%,并且气温很低,因此需要依据空气流体知识分析火星大气环境对无人机桨叶外流场流动状态的影响;借助空气动力学仿真研究桨叶翼型各参数对翼型升阻特性的影响,并完成桨叶翼型参数的优选,确定适合火星环境的桨叶翼型。为评估无人机整个旋翼在火星大气环境下的气动特性,基于叶素动量理论,建立针对火星稀薄大气的矩形桨叶叶素动量理论模型。采用空气动力学仿真研究马赫数、迎角对翼型升力阻力系数的影响。通过数值计算,预测火星大气环境下无人机旋翼的气动特性随桨叶安装角变化曲线。桨叶展弦比、锥度是梯形桨叶平面形状重要的参数指标。为研究桨叶平行形状对旋翼气动特性的影响,建立变弦长矩形桨叶叶素动量理论模型、梯形桨叶叶素动量理论模型。通过空气流体仿真获得翼型升阻力系数随马赫数、迎角、弦长变化的规律。通过数值计算分析梯形桨叶平面形状对旋翼气动特性的影响。基于安装在火星环境模拟器中的旋翼悬停测量装置,开展旋翼悬停气动特性实验研究。对比理论预测结果,验证翼型二维空气流体仿真结果和本文建立的理论模型。研究旋翼转速、桨叶安装角对旋翼气动特性的影响。