Los sistemas de energía híbrida se utilizan ahora ampliamente en una variedad de plataformas de vehículos debido a su eficacia en la reducción de la contaminación y la mejora de la eficiencia en la utilización de la energía. No obstante, los sistemas híbridos de vehículos existentes son de un tamaño y peso considerables, lo que los hace inadecuados para su integración en UAVs de ala compuesta de 25 kg. Este estudio presenta una solución de diseño para un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) de ala compuesta equipado con un sistema de energía híbrido en serie mejorado. El sistema comprende una batería de polímero de litio de 48 V, un motor de combustión interna de 60 cc, un convertidor y una máquina síncrona de imán permanente dedicada con cuatro motores, que en conjunto facilitan el flujo de energía bidireccional. Los cuatro motores sirven como un conjunto de carga y elevación, proporcionando la elevación necesaria durante las fases de despegue, aterrizaje y suspensión, y en caso de insuficiencia de empuje del motor de combustión interna, así como empuje hacia adelante durante la fase de crucero nivelado al montar la hélice de paso variable directamente en el motor de combustión interna. Todo el sistema de energía híbrido del UAV se somete a modelado numérico y simulación experimental para validar la viabilidad de la configuración híbrida completa. La validación se logra comparando y analizando los resultados de las simulaciones numéricas con pruebas en tierra. Además, la efectividad de este sistema de energía híbrido se valida a través de la finalización exitosa de experimentos de prueba de vuelo. Se ha demostrado que el sistema de energía híbrido mejora significativamente la resistencia del vuelo vertical para un VTOL de ala compuesta en más de 25 minutos, estableciendo así una base sólida para futuros VTOL de ala compuesta que permitan vuelos a múltiples destinos y múltiples despegues y aterrizajes.