대한민국 공군 KF-21 및 스텔스 가온 편대 RAM/RAS 공력가열 억제 및 1,000Hz 0-Alloc C# 적외선(IR) 능동 냉각 엔진

1. 초음속 공력 마찰 가열 및 적외선 방사 모델

비행 마하수 $M_\infty$, 대기 정온도 $T_\infty$, 난류 경계층 회복 계수 $r = \sqrt[3]{\text{Pr}} \approx 0.89$에 따른 단열벽 회복온도 $T_{aw}$:

RAM 도료 표면 방사율 $\varepsilon$, 슈테판-볼츠만 상수 $\sigma = 5.67 \times 10^{-8}\,\text{W}/(\text{m}^2\text{K}^4)$에 따른 단위 면적당 적외선 방사 출력 $E_{\text{IR}}$:

2. 마이크로채널 상변화 유체 흡열 및 능동 순환 방정식

마이크로채널 내 냉매 순환 질량유량 $\dot{m}$, 냉매 비열 $c_p$, 증발 잠열 $h_{fg}$에 의한 최대 열흡수율 $\dot{Q}_{\text{cool}}$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# RAM/RAS 적외선 스텔스 열제어 엔진

비행 컴퓨터 내에서 1,000Hz 주기로 표면 열 센서 데이터를 수집하여 냉매 펌프 BLDC 모터 듀티비를 실시간 변조하는 제로 알로케이션 C# 구현체입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.RamThermalControl
{
    /// 

    /// KF-21 외피 RAM/RAS 열 센서 및 비행 상태 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct RamThermalTelemetry
    {
        public readonly float LeadingEdgeTempC;       // 주익 전연 RAM 표면 실측 온도 (℃)
        public readonly float NoseconeTempC;          // 레이돔/노즈콘 표면 온도 (℃)
        public readonly float MachNumber;             // 순항 마하수 (1.0~2.2)
        public readonly float AmbientAirTempC;        // 고도 대기 외기 온도 (℃)
        public readonly float CoolantFlowRateLpm;     // 현재 순환 냉매 유량 (L/min)

        public RamThermalTelemetry(
            float leTemp, float noseTemp, float mach, float ambTemp, float flowRate)
        {
            LeadingEdgeTempC = leTemp;
            NoseconeTempC = noseTemp;
            MachNumber = mach;
            AmbientAirTempC = ambTemp;
            CoolantFlowRateLpm = flowRate;
        }
    }

    /// 

    /// 상변화 마이크로채널 펌프 제어 출력
    /// 
    public readonly ref struct RamCoolingOutput
    {
        public readonly float PumpPwmDutyPercent;     // 냉각 펌프 PWM 제어 듀티비 (0~100%)
        public readonly float ExpansionValveOpenDeg;  // 팽창 밸브 개도각 (도)
        public readonly bool IsIrSuppressionActive;   // 적외선 피탐 억제 모드 작동 여부
        public readonly float EstimatedIrReductionDb; // 적외선 방출 저감율 (dB)

        public RamCoolingOutput(float pwm, float valve, bool active, float irRed)
        {
            PumpPwmDutyPercent = pwm;
            ExpansionValveOpenDeg = valve;
            IsIrSuppressionActive = active;
            EstimatedIrReductionDb = irRed;
        }
    }

    /// 

    /// KF-21 & UCAV 1,000Hz 0-Alloc C# 능동 열제어 엔진
    /// 
    public static class RamActiveCoolingEngine
    {
        private const float TargetMaxSkinTempC = 45.0f;  // 적외선 스텔스 유지 목표 상한 온도
        private const float CriticalThermalLimitC = 110.0f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static RamCoolingOutput ComputeThermalControl(
            in RamThermalTelemetry telemetry)
        {
            // 전연부와 노즈콘 중 최고 온도 모니터링
            float peakTemp = MathF.Max(telemetry.LeadingEdgeTempC, telemetry.NoseconeTempC);
            float thermalError = peakTemp - TargetMaxSkinTempC;

            float pwmDuty = 0.0f;
            float valveDeg = 10.0f;
            bool active = false;
            float irReductionDb = 0.0f;

            if (thermalError > 0.0f)
            {
                active = true;
                // 비례-미분 게인 적용 펌프 유량 산출
                float baseDuty = thermalError * 1.85f;
                if (telemetry.MachNumber > 1.5f)
                {
                    baseDuty += (telemetry.MachNumber - 1.5f) * 35.0f; // 초음속 가열 보상
                }

                pwmDuty = Math.Clamp(baseDuty, 15.0f, 100.0f);
                valveDeg = Math.Clamp(15.0f + (pwmDuty * 0.75f), 15.0f, 90.0f);

                // 적외선 피탐 저감 추정: 온도 하강에 따른 4제곱 방사 감쇠 (dB 환산)
                irReductionDb = Math.Clamp((thermalError / 10.0f) * 2.8f, 0.0f, 18.5f);
            }
            else
            {
                // 최저 순환 대기 유량 유지
                pwmDuty = 10.0f;
                valveDeg = 15.0f;
            }

            return new RamCoolingOutput(pwmDuty, valveDeg, active, irReductionDb);
        }
    }
}

4. 초음속 마하 1.8 모의 풍동 및 IRST 추적 회피 성능 데이터