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Publication
Development of a Variable-Pitch Propeller Device
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| Documento em Acesso Embargado até dia 11-10-2026. Tente solicitar cópia ao autor carregando no ficheiro | 50.66 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
Advanced Air Mobility (AAM) presents unique propulsion challenges due to the conflicting demands of vertical take-off and cruise phases. Traditional Fixed-Pitch propellers (FPP) struggle to meet these diverse requirements, especially in tilt-rotor configurations, where optimising performance across flight modes is crucial. In contrast, Variable-Pitch propellers (VPP) allow for blade pitch angle adjustment, significantly improving efficiency and operational flexibility. This adaptability enables Unmanned Aerial Vehicles (UAV) to carry out more complex missions while optimising performance across varying flight conditions. This research provides a thorough investigation into the design and implementation of a scalable VPP device, using a tilt-rotor electric Vertical Take-Off and Landing (eVTOL) UAV as a study case. While the study focuses on a specific application, the methodologies and design concepts developed are adaptable and capable of supporting the development of similar VPP devices for a wide range of UAVs, regardless of their specific mission or configuration. The exploration includes a detailed literature review that introduces AAM as an emerging market, and highlights the limitations of FPPs while positioning VPPs as innovative solutions that address such challenges. One significant innovation of this work is the creation of a software tool that automates the process of dimensioning VPP systems. This simplifies the design process and allows for customisation for different UAVs and consequent mission requirements. The study includes the production of a prototype, demonstrating the functionality of the VPP mechanism and its implementation flexibility. The research results demonstrate clear advantages in implementing this device, directly comparing two versions of the same propeller (FPP and VPP), and establishing a foundation for future development of such a device as an upcoming product.
A Mobilidade Aérea Avançada (AAM) apresenta grandes desafios propulsivos devido às exigências dicotómicas das fases de descolagem vertical e fase de cruzeiro. Hélices de Passo Fixo (FPP) têm dificuldade em satisfazer todos os requisitos com eficiência, especialmente em configurações de rotor basculante. Pelo contrário, as Hélices de Passo Variável (VPPs) permitem o ajuste do ângulo de passo das pás, otimizando o desempenho independentemente da fase de voo. Este trabalho fornece uma investigação abrangente sobre o projeto e a implementação de um dispositivo VPP escalável, utilizando como caso de estudo um Veículo Aéreo Não Tripulado (UAV) elétrico de Descolagem e Aterragem Vertical (eVTOL) com configuração de rotores basculantes. Embora tenham como ponto de partida uma aplicação específica, as metodologias e os conceitos desenvolvidos são adaptáveis e permitem o projeto de dispositivos VPP semelhantes para uma variedade elevada de UAVs, independentemente da sua missão ou configuração específicas. O trabalho inclui uma revisão detalhada da literatura que apresenta a AAM como um mercado em rápido crescimento, e destaca as limitações das FPPs ao mesmo tempo que introduz as VPPs como soluções inovadoras que superam esses desafios. Uma inovação significativa que esta dissertação apresenta é a criação de uma ferramenta de software que automatiza o processo de dimensionamento de sistemas VPP. Isso simplifica o processo de projeto e facilita o desenvolvimento de dispositivos VPP para diferentes UAVs e requisitos de missão. O estudo inclui a produção de um protótipo, demonstrando a funcionalidade do mecanismo e a sua flexibilidade de implementação em qualquer UAV. Os resultados deste trabalho mostram uma clara vantagem para a implementação deste dispositivo, comparando diretamente duas versões da mesma hélice (FPP e VPP), e estabelecem uma base para o posterior desenvolvimento deste dispositivo como um futuro produto.
A Mobilidade Aérea Avançada (AAM) apresenta grandes desafios propulsivos devido às exigências dicotómicas das fases de descolagem vertical e fase de cruzeiro. Hélices de Passo Fixo (FPP) têm dificuldade em satisfazer todos os requisitos com eficiência, especialmente em configurações de rotor basculante. Pelo contrário, as Hélices de Passo Variável (VPPs) permitem o ajuste do ângulo de passo das pás, otimizando o desempenho independentemente da fase de voo. Este trabalho fornece uma investigação abrangente sobre o projeto e a implementação de um dispositivo VPP escalável, utilizando como caso de estudo um Veículo Aéreo Não Tripulado (UAV) elétrico de Descolagem e Aterragem Vertical (eVTOL) com configuração de rotores basculantes. Embora tenham como ponto de partida uma aplicação específica, as metodologias e os conceitos desenvolvidos são adaptáveis e permitem o projeto de dispositivos VPP semelhantes para uma variedade elevada de UAVs, independentemente da sua missão ou configuração específicas. O trabalho inclui uma revisão detalhada da literatura que apresenta a AAM como um mercado em rápido crescimento, e destaca as limitações das FPPs ao mesmo tempo que introduz as VPPs como soluções inovadoras que superam esses desafios. Uma inovação significativa que esta dissertação apresenta é a criação de uma ferramenta de software que automatiza o processo de dimensionamento de sistemas VPP. Isso simplifica o processo de projeto e facilita o desenvolvimento de dispositivos VPP para diferentes UAVs e requisitos de missão. O estudo inclui a produção de um protótipo, demonstrando a funcionalidade do mecanismo e a sua flexibilidade de implementação em qualquer UAV. Os resultados deste trabalho mostram uma clara vantagem para a implementação deste dispositivo, comparando diretamente duas versões da mesma hélice (FPP e VPP), e estabelecem uma base para o posterior desenvolvimento deste dispositivo como um futuro produto.
Description
Keywords
Hélices de Passo Variável VPP Drone Mobilidade Aérea Avançada Mobilidade Aérea Urbana Variable-Pitch Propeller Advanced Air Mobility