Simulation de l'impact de la propagation à travers des fluides optiques et d'un écoulement turbulent sur la performance des systèmes optiques

Les exigences de performance et de fiabilité des systèmes optiques modernes dictent qu'ils ne peuvent plus être simulés isolément sans référence à des facteurs externes et environnementaux qui peuvent nuire à la qualité de l'image. Parallèlement, les avancées dans les techniques de simulation multi-physiques ont rendu possible le couplage des impacts, par exemple, des changements thermiques et des contraintes structurelles à l'analyse optique afin de mieux prédire les performances en conditions opérationnelles. Les applications dans lesquelles la lumière se propage à travers un fluide entourant ou à l'intérieur d'un système optique posent un défi particulier de simulation à cet égard, et nécessitent de nouvelles techniques de simulation. Dans le champ proche, les variations de pression, de température et de densité du fluide entraînent des variations correspondantes de l'indice de réfraction qui, à leur tour, induisent des aberrations optiques dans un front d'onde transmis. Ces aberrations peuvent conduire à une dégradation de la qualité de l'image et à des erreurs de ligne de visée. Une analyse précise et robuste de tels effets nécessite le couplage de la dynamique des fluides computationnelle (CFD), pour la simulation de l'écoulement turbulent, des ondes de choc, etc., avec le traçage de rayons pour calculer des métriques optiques clés. De plus, cette analyse peut être combinée avec les effets atmosphériques en champ lointain, y compris l'émissivité, l'absorption, la diffusion, la réfraction, pour établir une image complète de la performance du système. La capacité à effectuer des simulations multi-physiques tôt dans le processus de conception offre l'occasion de développer des stratégies pour identifier et atténuer les drivers de performance négatifs. Nous présentons une solution pour modéliser avec précision les effets de la propagation de la lumière à travers des fluides optiques et combiner cela avec l'analyse des effets structurels et thermiques. Cette solution sera démontrée dans des cas d'utilisation comprenant des systèmes aéroportés électro-optiques infrarouges.