대한민국 공군 FA-50/KF-21 FBW 비행제어 조종면 유압 액추에이터 고착 고장 검출 및 1,000Hz 0-Alloc C# 재형상 제어 엔진

1. 비행제어 액추에이터 고착 고장 진단 잔차 관측기 모델

명령 타각 $\delta_{\text{cmd}}$와 LVDT 위치 센서 측정치 $\delta_{\text{meas}}$, 1차 지연 액추에이터 시상수 $\tau_a$에 대한 고장 잔차 $r_f(t)$:

2. 가중 제어 분배 행렬(Weighted Control Allocation) 재형상식

요구 3축 제어 모멘트 $\vec{M}_{\text{req}} = [L_{\text{req}}, M_{\text{req}}, N_{\text{req}}]^T$와 조종면 유효도 행렬 $\mathbf{B}$, 고장 조종면의 가중치 $W_{ii} \to 0$에 대한 재형상 타각 지령 $\vec{\delta}^*$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# FBW 재형상 비행제어 엔진

1밀리초 제어 주기에서 GC 없이 조종면 고착을 진단하고 정상 조종면으로 모멘트를 즉시 분배하는 고성능 C# 엔진입니다.

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.FlightControl
{
    /// 

    /// FBW 조종면 명령 및 실측 타각 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct FbwControlTelemetry
    {
        public readonly float CmdLeftFlaperonDeg;     // 좌측 플래퍼론 지령
        public readonly float MeasLeftFlaperonDeg;    // 좌측 플래퍼론 실측
        public readonly float CmdRightFlaperonDeg;    // 우측 플래퍼론 지령
        public readonly float MeasRightFlaperonDeg;   // 우측 플래퍼론 실측
        public readonly float RequiredRollMomentNm;   // 요구 롤 모멘트
        public readonly float RequiredPitchMomentNm;  // 요구 피치 모멘트

        public FbwControlTelemetry(
            float cmdLf, float measLf, float cmdRf, float measRf, float rollM, float pitchM)
        {
            CmdLeftFlaperonDeg = cmdLf;
            MeasLeftFlaperonDeg = measLf;
            CmdRightFlaperonDeg = cmdRf;
            MeasRightFlaperonDeg = measRf;
            RequiredRollMomentNm = rollM;
            RequiredPitchMomentNm = pitchM;
        }
    }

    /// 

    /// 재형상 조종면 타각 출력
    /// 
    public readonly ref struct ReconfiguredControlOutput
    {
        public readonly float OutputLeftFlaperonDeg;
        public readonly float OutputRightFlaperonDeg;
        public readonly float DiffTailDeflectionDeg;  // 수평미익 차동 조향 보정각
        public readonly bool IsLeftFlaperonStuck;
        public readonly bool IsRightFlaperonStuck;

        public ReconfiguredControlOutput(
            float lf, float rf, float diffTail, bool stuckL, bool stuckR)
        {
            OutputLeftFlaperonDeg = lf;
            OutputRightFlaperonDeg = rf;
            DiffTailDeflectionDeg = diffTail;
            IsLeftFlaperonStuck = stuckL;
            IsRightFlaperonStuck = stuckR;
        }
    }

    /// 

    /// FA-50 / KF-21 1,000Hz 0-Alloc C# FBW 조종면 고착 고장 검출 및 재형상 엔진
    /// 
    public static class FbwReconfigurableControlEngine
    {
        private const float StuckThresholdDeg = 4.0f; // 고착 판단 오차 임계치

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static ReconfiguredControlOutput ComputeControl(
            in FbwControlTelemetry telemetry)
        {
            // 1. 좌/우 플래퍼론 고착 고장 검출 (FDIR)
            float errorL = MathF.Abs(telemetry.CmdLeftFlaperonDeg - telemetry.MeasLeftFlaperonDeg);
            float errorR = MathF.Abs(telemetry.CmdRightFlaperonDeg - telemetry.MeasRightFlaperonDeg);

            bool stuckLeft = errorL > StuckThresholdDeg;
            bool stuckRight = errorR > StuckThresholdDeg;

            float outLeft = telemetry.CmdLeftFlaperonDeg;
            float outRight = telemetry.CmdRightFlaperonDeg;
            float diffTail = 0.0f;

            // 2. 고착 발생 시 타 조종면(수평미익 차동 조향)으로 모멘트 긴급 재형상 분배
            if (stuckLeft)
            {
                // 좌측 플래퍼론 고착 시 고착 타각에 의한 비대칭 롤 모멘트를 수평꼬리날개 차동각으로 상쇄
                float stuckMoment = telemetry.MeasLeftFlaperonDeg * 120.0f;
                diffTail = -stuckMoment / 150.0f;
                outLeft = telemetry.MeasLeftFlaperonDeg; // 고착 위치로 지령 정렬
            }
            else if (stuckRight)
            {
                float stuckMoment = telemetry.MeasRightFlaperonDeg * 120.0f;
                diffTail = stuckMoment / 150.0f;
                outRight = telemetry.MeasRightFlaperonDeg;
            }

            diffTail = Math.Clamp(diffTail, -15.0f, 15.0f);

            return new ReconfiguredControlOutput(outLeft, outRight, diffTail, stuckLeft, stuckRight);
        }
    }
}

4. 마하 1.2 초음속 선회 중 조종면 고착 HIL 시뮬레이션 및 교육적 가치