대한민국 육군 K2 흑표 120mm 자동장전장치 체인 서보 및 1,000Hz 0-Alloc C# 6초 급속재장전 기구학 엔진

1. 자동장전 링크 메커니즘 역기구학 모델

포신 현재 조준각 $\theta_{\text{gun}}$, 장전 기준각 $\theta_{\text{load}} = 3.5^\circ$, 매거진 드럼 각도 $\phi_{\text{mag}}$, 램머 링크 스트로크 $s(t)$의 기구학 구속 방정식:

저크 제한(Jerk-Limited) 7구간 S-커브 가속도 $a(t)$ 및 속도 $v(t)$ 수식:

2. 약실 삽탄 충격 완충 유압 서보 제어식

램머 말단 속도 $v_{\text{ram}}$, 포미 약실 잔류 거리 $d_{\text{remain}}$, 전자석 래치 압력 $P_{\text{latch}}$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# K2 자동장전 기구학 엔진

1밀리초 제어 주기로 인코더 위치와 포신 각도를 수신하여 6초 이내 급속 장전 시퀀스를 무할당 상태머신으로 구동하는 C# 엔진입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.TankAutoloader
{
    public enum AutoloaderState : byte
    {
        Idle = 0,
        AligningGunElevation = 1, // 포신 장전각 정렬 (+3.5도)
        IndexingMagazine = 2,     // 버슬 매거진 체인 인덱싱
        RammingRound = 3,         // 탄약 램머 약실 밀어넣기
        RetractingRammer = 4,     // 램머 복귀 및 폐쇄기 폐쇄
        ReadyToFire = 5
    }

    /// 

    /// K2 자동장전장치 센서 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct AutoloaderTelemetry
    {
        public readonly float GunElevationDeg;        // 주포 현재 고각 (-10 ~ +20도)
        public readonly float MagazineChainAngleDeg;  // 탄약 매거진 현재 회전각
        public readonly float RammerStrokeM;          // 램머 전진 거리 (0~1.4m)
        public readonly AutoloaderState CurrentState; // 현재 장전 시퀀스 상태
        public readonly bool IsBreechOpen;            // 약실 폐쇄기 개방 여부

        public AutoloaderTelemetry(
            float gunElev, float chainAngle, float rammerStroke, AutoloaderState state, bool breechOpen)
        {
            GunElevationDeg = gunElev;
            MagazineChainAngleDeg = chainAngle;
            RammerStrokeM = rammerStroke;
            CurrentState = state;
            IsBreechOpen = breechOpen;
        }
    }

    /// 

    /// 자동장전 액추에이터 제어 출력
    /// 
    public readonly ref struct AutoloaderServoOutput
    {
        public readonly float GunElevationCmdDeg;     // 포신 장전각 서보 지령
        public readonly float ChainMotorTorqueNm;     // 체인 모터 구동 토크 (Nm)
        public readonly float RammerVelocityMps;      // 램머 이송 속도 지령 (m/s)
        public readonly AutoloaderState NextState;    // 다음 전이 상태
        public readonly bool IsCycleComplete;         // 6초 장전 사이클 완료

        public AutoloaderServoOutput(
            float gunCmd, float chainTorque, float rammerVel, AutoloaderState next, bool complete)
        {
            GunElevationCmdDeg = gunCmd;
            ChainMotorTorqueNm = chainTorque;
            RammerVelocityMps = rammerVel;
            NextState = next;
            IsCycleComplete = complete;
        }
    }

    /// 

    /// K2 1,000Hz 0-Alloc C# 자동장전 기구학 엔진
    /// 
    public static class K2AutoloaderKinematicsEngine
    {
        private const float NominalLoadAngleDeg = 3.5f; // 포신 장전 고정각
        private const float FullStrokeM = 1.35f;        // 램머 최대 행정

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static AutoloaderServoOutput StepCycle(
            in AutoloaderTelemetry telemetry)
        {
            float gunCmd = NominalLoadAngleDeg;
            float chainTorque = 0.0f;
            float rammerVel = 0.0f;
            AutoloaderState next = telemetry.CurrentState;
            bool complete = false;

            switch (telemetry.CurrentState)
            {
                case AutoloaderState.AligningGunElevation:
                    // 포신 장전각 정렬 오차 판정 (< 0.05도)
                    if (MathF.Abs(telemetry.GunElevationDeg - NominalLoadAngleDeg) < 0.05f)
                    {
                        next = AutoloaderState.IndexingMagazine;
                    }
                    break;

                case AutoloaderState.IndexingMagazine:
                    // 매거진 체인 고속 인덱싱 회전
                    chainTorque = 85.0f;
                    if (telemetry.IsBreechOpen)
                    {
                        next = AutoloaderState.RammingRound;
                    }
                    break;

                case AutoloaderState.RammingRound:
                    // S-커브 램머 고속 삽탄 (최고 2.5 m/s)
                    float remain = FullStrokeM - telemetry.RammerStrokeM;
                    if (remain > 0.02f)
                    {
                        rammerVel = Math.Clamp(remain * 4.0f, 0.4f, 2.5f);
                    }
                    else
                    {
                        rammerVel = 0.0f;
                        next = AutoloaderState.RetractingRammer;
                    }
                    break;

                case AutoloaderState.RetractingRammer:
                    // 램머 급속 복귀 (-3.0 m/s)
                    if (telemetry.RammerStrokeM > 0.02f)
                    {
                        rammerVel = -3.0f;
                    }
                    else
                    {
                        rammerVel = 0.0f;
                        next = AutoloaderState.ReadyToFire;
                        complete = true;
                    }
                    break;

                case AutoloaderState.ReadyToFire:
                case AutoloaderState.Idle:
                default:
                    break;
            }

            return new AutoloaderServoOutput(gunCmd, chainTorque, rammerVel, next, complete);
        }
    }
}

4. 험지 기동 40km/h 주행 간 연속 10발 사격 시험 데이터