대한민국 공군 차세대 스텔스 무인전투기(UCAV) 가오리-X 무미익(Tailless) 전익기 공력 불안정성 극복 및 1,000Hz 0-Alloc C# 디퍼런셜 스플릿 러더 비선형 제어 엔진

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

namespace ZeliDesk.Defense.AirForce.UcavFlightControl
{
    public readonly record struct TaillessFlightTelemetry(
        float TrueAirspeedMps,
        float DynamicPressurePa,
        float AngleOfAttackDeg,
        float SideslipAngleBetaDeg,
        float RollRateP,
        float PitchRateQ,
        float YawRateR,
        float CommandedYawRateR
    );

    public ref struct SplitRudderActuatorCommand
    {
        public float LeftUpperRudderDeg;
        public float LeftLowerRudderDeg;
        public float RightUpperRudderDeg;
        public float RightLowerRudderDeg;
        public float LeftElevonPitchTrimDeg;
        public float RightElevonPitchTrimDeg;
        public bool DirectionalStabilityLocked;
    }

    public static class KaoriXFlightControlCore
    {
        private const float WingSpanMeters = 14.8f;
        private const float HalfSpanMomentArm = 7.1f;
        private const float MaxSplitAngleDeg = 45.0f;
        private const float YawRateGainKp = 1.45f;
        private const float BetaRestoringGainKd = 0.82f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void ComputeTaillessControl(
            ref readonly TaillessFlightTelemetry tel,
            float dtSec,
            ref SplitRudderActuatorCommand cmd)
        {
            // 1. 요 레이트 오차 및 사이드슬립(베타) 복원 필요 요 모멘트 산출
            float yawRateError = tel.CommandedYawRateR - tel.YawRateR;
            float targetYawMoment = (YawRateGainKp * yawRateError) - (BetaRestoringGainKd * tel.SideslipAngleBetaDeg);

            // 2. 필요 차등 항력(Delta Drag) 역산 (N = Delta_D * Arm)
            float requiredDeltaDrag = targetYawMoment / HalfSpanMomentArm;

            // 3. 동압 q에 따른 스플릿 러더 필요 편향각 연산
            float qEffective = Math.Max(tel.DynamicPressurePa, 500.0f);
            float dragCoeffNeeded = Math.Abs(requiredDeltaDrag) / (qEffective * 1.2f);
            float splitDeflectionDeg = Math.Clamp(dragCoeffNeeded * 35.0f, 0.0f, MaxSplitAngleDeg);

            // 4. 좌우 차등 배분 및 피치 모멘트 중립 보정
            if (requiredDeltaDrag > 0.0f)
            {
                // 우측 항력 증가 -> 우회전 요 모멘트 생성
                cmd.LeftUpperRudderDeg = 0.0f;
                cmd.LeftLowerRudderDeg = 0.0f;
                cmd.RightUpperRudderDeg = splitDeflectionDeg;
                cmd.RightLowerRudderDeg = splitDeflectionDeg;
            }
            else
            {
                // 좌측 항력 증가 -> 좌회전 요 모멘트 생성
                cmd.LeftUpperRudderDeg = splitDeflectionDeg;
                cmd.LeftLowerRudderDeg = splitDeflectionDeg;
                cmd.RightUpperRudderDeg = 0.0f;
                cmd.RightLowerRudderDeg = 0.0f;
            }

            // 5. 스플릿 전개 시 유도 피치다운 외란을 엘레본 트림으로 0ms 보상
            float pitchCompDeg = splitDeflectionDeg * 0.085f;
            cmd.LeftElevonPitchTrimDeg = pitchCompDeg;
            cmd.RightElevonPitchTrimDeg = pitchCompDeg;
            cmd.DirectionalStabilityLocked = Math.Abs(tel.SideslipAngleBetaDeg) < 1.5f;
        }
    }
}