Persona: Frövel, Malte
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Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial
El Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial es el Organismo Público de Investigación (OPI) dependiente del Ministerio de Defensa. Además de realizar actividades de investigación científica y de desarrollo de sistemas y prototipos en su ámbito de conocimiento, presta servicios tecnológicos a empresas, universidades e instituciones.
El INTA está especializado en la investigación y el desarrollo tecnológico, de carácter dual, en los ámbitos de la Aeronáutica, Espacio, Hidrodinámica, Seguridad y Defensa.
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Publicación Acceso Abierto Monotorización de la salud estructural de un material compuesto mediante sensores FBGS(Sociedad Española de Materiales, 2022-06-02) González Gallego, Manuel; Martínez Vicente, Juan Luis; Terroba, Félix; Frövel, Malte; Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)En este trabajo se presenta la campaña de ensayos biaxiales llevada a cabo con el fin de caracterizar la influencia de cargas transversales en los sensores de fibra óptica en redes de Bragg (FBGS) con diferentes materiales de recubrimiento. Para la caracterización de los sensores FBG se ha optado por un diseño de probeta con geometría cruciforme, como medio material estructural de análisis del campo de deformaciones. En estas probetas, los sensores se han colocado en la zona central, alineada con dos de los brazos y perpendicular a los otros dos. Los ensayos biaxiales se han prolongado hasta alcanzar el 70% de la carga máxima soportada por el material compuesto, con el que está fabricada la probeta cruciforme. Las probetas ensayadas se han laminado a partir de tejido unidireccional reforzado con fibra de carbono y resina epoxi, utilizado en estructuras monolíticas navales. Este proyecto de investigación se enmarca en el Convenio de colaboración existente entre INTA y la UCLM.Publicación Restringido Study of the transverse strain effect on the Fiber Bragg Grating Sensor (FBGS) response with polyimide coating under experimental biaxial tests(Elsevier, 2023-12-15) Martínez Vicente, Juan Luis; González Gallego, Manuel; Terroba, Félix; Frövel, Malte; López Cela, Juan José; Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha; Agencia Estatal de Investigación (AEI); Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)The aim of this research work is to study the behaviour of Fiber Bragg Grating (FBG) sensors to interpret their response more accurately in a structural monitoring system. In the presence of a complex stress state, a structure is subjected to strain fields in multiple directions simultaneously and the sensors used for its structural monitoring are affected as well. However, the traditional procedure to calibrate FBG sensors consists of uniaxial tensile tests to calculate a strain sensitivity factor () that relates the sensor response to the strain measured during the test. In this study, a polyimide coated FBG sensor is embedded in a cruciform composite specimen to analyse its response to biaxial strain states. The experimental methodology has consisted of carrying out a campaign of biaxial tests on this specimen in which the longitudinal strain () has been kept constant and the transverse strain () has been varied by means of a triaxial testing machine to reproduce different plane stress states. Biaxial tests have allowed to study experimentally the influence of the on the longitudinal measurement of the FBG sensor and therefore on the calibration procedure. Finally, the experimental results obtained in both uniaxial and biaxial tests have been compared to the strain-optic theory.Publicación Restringido Fiber Bragg gratings for optical sensing (FIBOS) for an aerospace application(SPIE Optical Engineering Applications, 2010-09-09) López Heredero, Raquel; Frövel, Malte; Laguna, H.; Anderson, A.; Garranzo, Daniel; Belenguer Dávila, T.; Frövel, M. [0000-0001-9447-4036]; López Heredero, R. [0000-0002-2197-8388]FIBOS, as one of the payloads of a picosatellite called OPTOS, will be used to measure temperature during the mission with Fiber Bragg Gratings. Description and calibration of FIBOS are presented.Publicación Acceso Abierto In-orbit demonstration of fiber optic sensors based on Bragg gratings(International Conference on Space Optics, 2019-07-12) López Heredero, Raquel; Frövel, Malte; Laguna, H.; Belenguer Dávila, T.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)FIBOS (FIber Bragg gratings for Optical Sensing) is one payload used to monitor temperature and strain during a nanosatellite mission. Description of the payload and in-orbit results are presented. Fiber Bragg Grating (FBG) sensors offer attractive and robust solutions for temperature and pressure monitoring in a spacecraft. Moreover, they can be embedded in composite structures or attached on their surface for structural health monitoring during the entire life cycle of a satellite, from integration and qualification tests, to final operation. FIBOS contains two FBGs to measure temperature and strain during one space mission called OPTOS. The mission, developed by INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), was a low-cost nanosatellite based on a triple configuration (3U) of the popular Cubesat standard. OPTOS was launched in November 2013 and was operative during two years. Its main goal was to validate and demonstrate the suitability of novel technologies for space applications inside a miniaturized area with big restrictions in terms of mass and power consumption. This work describes the payload components. FIBOS contains commercial off-the-shelf (COTS) parts like a monolithic tunable laser and a conventional InGaAs pigtailed photodiode. The optical sensor head includes two FBGs mounted onto a steel mechanical structure to monitor temperature and strain. Results of the mission are presented. Measurements performed during the operation in-orbit show good agreement with calibration data performed on earth inside a thermalvacuum chamber (TVC). This paper shows a demonstration of a fiber optic sensor based on FBGs in space environment.Publicación Acceso Abierto Los materiales compuestos en el ICTS-CEHIPAR(AEMAC- Asociación Española de Materiales Compuestos, 2021-01-18) Martínez Vicente, Juan Luis; González Gallego, Manuel; Terroba, Félix; Frövel, Malte; Valle, Jesús; de la Rosa Escribano, Juan Carlos; Serna, M. C.; Martínez, J. L. [0000-0001-9046-8237]El Centro de Experiencias Hidrodinámicas de El Pardo (ICTS-CEHIPAR), considerado como Infraestructura Científica y Técnica Singular (ICTS), es parte de la Subdirección General de Sistemas Navales (SGSN) del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial “Esteban Terradas” (INTA). En el Departamento de Tecnología y Ensayos del ICTS-CEHIPAR, se ha creado recientemente una línea de investigación aplicada a la industria naval y centrada en el estudio de materiales compuestos. En esta línea de investigación se ha marcado como objetivo la monitorización de esfuerzos estructurales en materiales compuestos mediante sensores de fibra óptica en redes de Bragg de difracción (FBGS). Desde el ICTS-CEHIPAR se persigue la mejora de los procedimientos constructivos de modelos para buques y artefactos navales y por ello, el uso de materiales compuestos en estos procedimientos. En este sentido, la implementación de técnicas de instrumentación para la monitorización de esfuerzos en dichos materiales es necesaria para detectar posibles daños debidos a diferentes causas que pueden ocurrir a lo largo de su vida útil. Los resultados obtenidos en los ensayos a escala permitirán aplicar a buques reales las metodologías de fabricación e instrumentación estudiadas, con el fin de incrementar su seguridad y optimizar su mantenimiento.Publicación Acceso Abierto Monitorización estructural del RPAS MILANO en la fase de ensayos en vuelo(AEMAC- Asociación Española de Materiales Compuestos, 2021-04-15) Frövel, Malte; Terroba, Félix; Plaza del Pino, Juan Carlos; Cabezas, J.; Güemes, A.; García Ramírez, J.; Reyes, E.; Fernández, A.El RPAS (Remote Piloted Air System) MILANO es el mayor sistema aéreo no tripulado desarrollado por INTA, pretende convertirse en una plataforma de investigación capaz de realizar ensayos en vuelo conmultitud de cargas de pago científicas complementando de este modo a las plataformas Aéreas de Investigación (PAIs) tripuladas del propio INTA. A nivel estructural, el RPAS MILANO está realizadoen su práctica totalidad en material compuesto de carbono/epoxi de curado fuera de autoclave y en su diseño se han seguido las normativas de aeronavegabilidad aplicables al tipo de aeronave(STANAG-4671). En el mes de Diciembre del 2018 ha comenzado la fase de ensayos en vuelo del RPAS MILANO y su sistema de detección de daño y uso (SHM) se está empleando para recoger datos antes, después y durante los vuelos, proporcionando una información muy útil a la hora de evaluar y analizar el estado de la estructura y la posible aparición de sobrecargas estructurales no previstas durante la misión. La información sobre eventos especiales, como el aterrizaje forzoso o la carga de ráfagas, se puede proporcionar a los operadores de mantenimiento después de cada vuelo.El modelo de simulación y sus predicciones se han validado en una estructura real del fuselaje posterior del MILANOy en la que se introducendaños reales de tamaños mayores al eliminar remaches progresivamente. En nuestro estudio, se utilizan tres algoritmos diferentesde detección de daño, basados en un índicede daño, PCA y Artificial Neural Networks (ANN), respectivamente. The RPAS (Remote Piloted Air System) MILANO is the largest unmanned aerial system developed by INTA thataims to become a research platform capable of carrying out in-flight tests with many scientific payload, thus complementing the Air Research Platforms (PAIs) of INTA. At the structural level, the RPAS MILANO is made in its entirety in carbon / epoxy composite material that is cured out of the autoclave. Its design has been followed by the airworthiness regulations applicable to the aircraft type (STANAG-4671). In the month of December 2018, the RPAS MILANO flight test phase began and it’sHealth and Usage Monitoring System (HUMS) is being used to collect data before, after and during flights, providing very useful information when evaluating and analyzingthe state of the structure and the possible appearance of structural overloads not foreseen during the mission. Information about special events, such as forced landing or burst loading, can be provided to maintenance operators after each flight.The simulation model and its predictions have been validated in a real structure of the rear fuselage of theMILANOand in which real damage of larger sizes is introduced by eliminating rivets progressively. In our study, three different damage detection algorithms are used, based on adamageindex, PCA and Artificial Neural Networks (ANN).Publicación Restringido A subcell FDTD Scheme implementation for thin slot modeling(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2022-07-08) Cabello, M. R.; Martín Valverde, A. J.; Plaza Gallardo, Borja; Frövel, Malte; Poyatos Martinez, David; Rubio Bretones, Amelia; González García, S.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN); Agencia Estatal de Investigación (AEI); Junta de AndalucíaThe finite-difference time-domain (FDTD) method is not able to efficiently model thin features without a drastic reductions of the spatial mesh size, potentially yielding an unfeasible use of memory and CPU requirements. In this work we propose two stable and efficient techniques for dealing with thin apertures in FDTD, one based on conformal and one based on subgridding. These are compared, in two different scenarios, with the classical dispersive magnetic material approximation [DMMA] based on Gilbert-Holland's models.Publicación Restringido Shielding Effectiveness Measurement of an UAV Simplified Demonstrator Through Low-Level Swept Field (LLSF) Test(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2022-09-23) Ramos Somolinos, D.; Plaza Gallardo, Borja; Cidrás Estévez, José; Díaz Acosta, Laura; Gómez de Francisco, Patricia; Añón Cancela, M.; Frövel, Malte; Poyatos Martinez, David; Agencia Estatal de Investigación (AEI)The increasing number of electronic devices on board and the use of novel composite materials in the aerospace industry create a harsh electromagnetic environment that must be studied. In this article, a UAV demonstrator (DEMO-E3) with different test cases is evaluated through the low-level swept field test following a nested resonant chambers approach, which is framed under the high intensity radio frequency measurements. The aim is to analyze the difference in terms of the shielding effectiveness of the enclosure considering the different materials and apertures of each test sample. Some of the test cases had been previously measured independently, according to the IEC 61000-4-21 standard, while in this study, they are incorporated into the demonstrator and former results are used as a comparison.Publicación Acceso Abierto Ensayos biaxiales sobre sensores de fibra óptica basados en redes de Bragg(AEMAC- Asociación Española de Materiales Compuestos, 2021-07-19) González Gallego, Manuel; Terroba, Félix; Frövel, Malte; Moravec, C.; Martínez Vicente, Juan Luis; Serna, M. C.Los sensores de fibra óptica basados en redes de Bragg, ampliamente usados en sistemas de monitorización estructural, son sensores cuyo funcionamiento es perfectamente conocido desde el punto de vista teórico cuando son sometidos a deformaciones en la dirección de la propia fibra. No obstante, las deformaciones transversales tienen efecto en el comportamiento de la fibra óptica como sensor, aunque dicho efecto ha sido menos estudiado y es menos conocido. Cuando un sensor se encuentra embebido en una estructura de material compuesto, sudeformación rara vez es unidireccional, debido a la presencia de estados de carga complejos o al efecto que el módulo de Poisson tiene sobre la deformación del propio laminado.El objetivo del trabajo es someter al sensor a un estado de deformación controlado en los dos ejes del plano principal mediante la aplicación de cargas perpendiculares entre sí. Para ello, se va a realizar una campaña de ensayos biaxiales sobre probetas de material compuesto con sensores de fibra óptica embebidos. Con esta metodología de ensayos en el plano, se observará la influencia de las deformaciones transversales en los valores de deformación longitudinal medidos por el sensor.Para la realización de los ensayos biaxiales se ha utilizadouna máquina de ensayos que permite controlar las cargas aplicadas en las tres direcciones espaciales de forma independiente y un equipo de medición de deformaciones mediante correlación digital de imagen (CDI). De esta forma, se realizará una caracterización del sensor antes dicho bajo un estadode cargas. Bragg Grating based optical fibre sensors are widely used for structural monitoring. Its operation is theoretical well known when deformations are measured along the fibre axes. Nevertheless, transversedeformations of the optical fibre have an effect thataffects the performance of the sensors. This transverse effect has not been so deeply studied as the longitudinal and it is less known. When a sensor is embedded in a composite structure, its deformation is rarely unidirectional because of the presence ofcomplex loads cases and/or the Poisson module effect on the deformation of the lamination. A test campaign of biaxial composite material specimens with embedded fibre optic sensors is going to be performed. The work pursues to create controlled deformation cases to the sensor in the two main axes of its plane, by means of perpendicular loads in each axis. Following this test methodology in the plane, it will be observed the influence of the transverse deformations on the values of the longitudinal deformation measured by the sensors. To carry out the biaxial tests it has been used equipment that allows the control of the applied load in the three coordinate axes independently. It also been used a digital image correlation (DIC) equipment for measuring the deformations. Characterization of the sensors will be carried out with different load case tests.Publicación Acceso Abierto Fiber bragg gratings sensor strain–optic behavior with different polymeric coatings subjected to transverse strain(Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), 2024-04-27) González Gallego, Manuel; Terroba, Félix; Martínez Vicente, Juan Luis; González del Val, Miguel; López Cela, Juan José; Frövel, Malte; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)This research work is based on a previous study by the authors that characterized the behavior of FBG sensors with a polyimide coating in a structural monitoring system. Sensors applied to structural health monitoring are affected by the presence of simultaneous multidirectional strains. The previous study observed the influence of the transverse strain (ey) while keeping the longitudinal strain constant (ex), where the x direction is the direction of the optical fiber. The present study develops an experimental methodology consisting of a biaxial test plan on cruciform specimens with three embedded FBG sensors coated with polyimide, acrylate, and ORMOCER®. Applying the Strain–Optic Theory as a reference, a comparison of the experimental values obtained with the different coatings was studied. This experimental work made it possible to study the influence of the transverse strain (ey) on the longitudinal measurements of each FBGS and the influence of the coating material. Finally, the calibration procedure was defined as well as K (strain sensitivity factor) for each sensor.
