공군 KF-21 MUM-T 무인전투기(UCAV) 자율 공중 급유(AAR) 프로브-드로그 3차원 후류 와류(Wake Vortex) 동역학 & 광학·라이다 융합 도킹 1,000Hz 0-Alloc C# 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Defense.Avionics
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct RefuelingDockState
    {
        public Vector256<float> RelPosVel;    // [dx, dy, dz, 0, dvx, dvy, dvz, 0] (m, m/s)
        public float WakeDownwashMps;         // 국소 후류 하향풍 유속 (m/s)
        public float DockingMissDistanceMm;   // 드로그 중심축 도킹 오차 (mm)
        public float CommandedPitchDeg;       // 보정 명령 피치각 (도)
        public float CommandedYawDeg;         // 보정 명령 요각 (도)
        public bool IsLatchingComplete;       // 급유관 결속 완료 플래그
    }

    public sealed class AutomatedAerialRefuelingEngine
    {
        private const float VortexCirculation = 185.0f; // 급유기 와류 강도 Gamma0 (m^2/s)
        private const float VortexSpacingM = 36.0f;      // 와류 코어 간격 b0 (m)
        private const float VortexCoreRadiusM = 1.2f;    // 코어 반경 (m)
        private const float DockingToleranceMm = 35.0f;  // 결속 허용 오차 (35mm)

        private RefuelingDockState _state;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public ref readonly RefuelingDockState StepRefuelingGuidance(
            float relX, float relY, float relZ,
            float relVx, float relVy, float relVz,
            float dt)
        {
            // 1. 비오-사바르 후류 와류 유도 하향풍(Downwash) 계산
            float y1 = relY + VortexSpacingM * 0.5f;
            float y2 = relY - VortexSpacingM * 0.5f;
            float z2 = relZ * relZ + VortexCoreRadiusM * VortexCoreRadiusM;

            float term1 = y1 / (y1 * y1 + z2);
            float term2 = y2 / (y2 * y2 + z2);
            float downwash = -(VortexCirculation / (2.0f * MathF.PI)) * (term1 - term2);

            _state.WakeDownwashMps = downwash;

            // 2. 후류 외란을 상쇄하는 비례-미분(PD) 비행 제어 지시각 연산
            float lateralDist = MathF.Sqrt(relY * relY + relZ * relZ);
            _state.DockingMissDistanceMm = lateralDist * 1000.0f;

            // 와류 하향풍 외란 피드포워드 상쇄 피치 명령
            float pitchCorrection = MathF.Atan2(-relZ + downwash * 0.15f, relX) * (180.0f / MathF.PI);
            float yawCorrection = MathF.Atan2(-relY, relX) * (180.0f / MathF.PI);

            _state.CommandedPitchDeg = MathF.Clamp(pitchCorrection, -15.0f, 15.0f);
            _state.CommandedYawDeg = MathF.Clamp(yawCorrection, -15.0f, 15.0f);

            // 3. 결속 완료 조건 판정 (접근 거리 0.1m 이내 및 반경 오차 35mm 이내)
            if (relX < 0.15f && relX > -0.05f && _state.DockingMissDistanceMm < DockingToleranceMm)
            {
                _state.IsLatchingComplete = true;
            }
            else
            {
                _state.IsLatchingComplete = false;
            }

            _state.RelPosVel = Vector256.Create(relX, relY, relZ, 0.0f, relVx, relVy, relVz, 0.0f);
            return ref _state;
        }
    }
}