在无人机于众多领域得到广泛应用的大背景下,研究人员对无人机动力系统的性能要求也越来越高。本文基于吉林省科技厅科技攻关项目:快速反应抢险救灾垂直起降无人机系统装备研制及应用开发（项目号20190303061SF）,针对现有四旋翼无人机若以电池为唯一动力源则续航能力较差、而若为提高无人机续航能力在无人机中应用内燃机作为动力源又会污染环境的问题,提出了一种燃料电池混合动力无人机动力系统设计方案,在完成动力系统主要部件的建模、选型工作的同时开发了相应的能量管理策略,本文的主要工作如下:（1）对四旋翼无人机混合动力系统可能架构的优缺点进行分析,确定了燃料电池与电池侧均有DC/DC变换器的混合动力系统架构,剖析了四旋翼无人机基于此种混合动力系统架构执行飞行任务时的拓扑结构和能量流,并完成了动力系统主要部件的建模工作。（2）基于四旋翼无人机的总体性能指标与典型任务轨迹,对四旋翼无人机动力系统中的电机、电调、螺旋桨等部件进行选型。而后,为确定四旋翼无人机混合动力系统的参数,本文选择燃料电池额定功率、电池容量、储氢瓶容积为设计变量,以无人机续航时间最久、混合动力系统总重量最轻且总体积最小为优化目标,建立了四旋翼无人机混合动力系统的多目标优化模型,并通过NSGA-Ⅱ算法求解该模型获得了混合动力系统的配置参数。随后,本文从续航时间和采购价格两个角度对比分析了无人机混合动力系统与无人机电池动力系统的性能优劣。（3）为提高四旋翼混合动力无人机的综合性能,本文开发了基于模糊逻辑控制（FL）与等效燃料消耗最小（ECMS）的两种能量管理策略,实现了负载功率在燃料电池和电池两种不同种类动力源间的合理分配。同时,为提高混合动力系统中燃料电池的耐久性,本文在ECMS策略的基础上提出了一种燃料电池耐久性优化方法,并基于此方法提出了耐久性优化ECMS策略（优化ECMS）。最后,本文在仿真和硬件在环实验环境中对不同能量管理策略的能量管理效果进行了实验,实验结果显示优化ECMS策略可以很好地兼顾系统燃料经济性和燃料电池耐久性,在两种实验负载功率曲线中与FL策略相比分别可节约6.3%和8.2%的氢气消耗,同时分别降低了49.9%和21.0%的燃料电池应力。研究结果表明,在四旋翼无人机中应用燃料电池混合动力系统有利于提高无人机的续航能力,同时合适的能量管理策略对提高混合动力系统的经济性和耐久性有积极作用。