飞行机器人将无人机与机械臂进行结合,可以实现微小型主动作业,具备远程探测、实时监控和情报收集等功能,具有其他无人机无法比拟的科技优势,目前仍处于概念机阶段。本文从保障飞行机器人安全和提高能量利用效率出发,开展满足其运行需求和基本性能指标的混合动力系统设计、运行特性分析和能量管理策略研究。详细工作内容如下:基于飞行机器人运行特性和性能指标,提出采用涡喷发动机和螺旋桨共同产生推力的混合动力系统作为飞行机器人的动力系统。混合动力系统主要包括微型涡喷发动机、发电机、螺旋桨、储能电池和电动机。四发微型涡喷发动机和两只螺旋桨沿着飞行机器人轴线对称布置,微型涡喷发动机中的电机既可作为启动电机也可作为发电机使用。FPV锂电池作为储能电池给无刷电机供电驱动螺旋桨。提出混合动力系统的部件参数估计方法,并依此确定混合动力系统部件参数约束,完成部件选型。根据所选择的部件型号,建立性能模型。对飞行机器人垂直起飞、水平巡航和垂直降落阶段混合动力系统的运行特性展开分析。在垂直起飞和垂直降落阶段,发动机和螺旋桨作为混合动力系统产生拉力的两大部件,在工作时两者之间存在最佳推力分配比使燃油消耗量最低,最佳推力分配比通常出现在电池在达到终点处电池电量恰好耗尽或接近耗尽状态。在垂直起飞阶段,最佳推力分配比的取值主要受到运行轨迹和初始整机质量的影响,对起飞过程多种整机质量的不同速度、加速度和高度工况进行计算,得到最佳推力分配比分布区域。在垂直降落阶段,最佳推力分配比的取值主要受到运行轨迹和初始荷电常数的影响,对降落过程多种初始荷电常数下的不同速度、加速度和高度工况进行计算,得到最佳推力分配比分布区域。在巡航阶段,对运行速度、巡航距离和发电功率的相关特性展开分析,得到在巡航距离一定,巡航速度越大,燃油消耗越低的结论,并且发电功率对巡航过程的燃油消耗并未产生影响,只与充电的总电能有关。综合三段轨迹分析得到在巡航过程中充电至电池处于满电状态对降低全轨迹下的总燃油消耗是有利的。将飞行机器人混合动力系统运行优化分为离线优化和在线优化问题。提出基于伪谱法的混合动力系统离线优化策略,介绍了飞行机器人外带负载和巡航距离两个问题的优化求解方法。根据得到的飞行机器人混合动力系统运行特性,以燃油消耗最低为目标制定基于规则状态机的混合动力系统在线优化策略。对飞行机器人混合动力系统开展图形用户界面设计,基于GUI搭建飞行机器人混合动力系统能量管理仿真平台,实现飞行机器人运行参数可视化。利用所设计的仿真平台,对飞行机器人基于伪谱法的初始配置负载和最大巡航距离以及基于状态机的最小燃油消耗问题进行仿真计算分析。