해군 대잠수함 수직발사 홍상어(K-ASROC) 로켓 부스터 비행·낙하산 감속 분리 & 경어뢰 해수 입수(Water Entry) 슬래밍 충격파 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.SubmarineWarfare
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct AsrocTrajectoryState
    {
        public Vector256<float> PosVel;       // [x, y, z, 0, vx, vy, vz, 0] (m, m/s)
        public float PitchAngleDeg;           // 어뢰 자세 피치각 (도)
        public float SlammingPressureKPa;     // 소나 돔 표면 슬래밍 피크 압력 (kPa)
        public float DecelerationG;           // 감속도 하중배수 (G)
        public int FlightPhase;               // 1: 로켓비행, 2: 낙하산감속, 3: 수면충돌입수, 4: 수중자율수색
    }

    public sealed class AsrocWaterEntryEngine
    {
        private const float SeaWaterDensity = 1025.0f; // 해수 밀도 (kg/m^3)
        private const float TorpedoMassKg = 280.0f;    // 청상어 경어뢰 질량 (kg)
        private const float TorpedoRadiusM = 0.162f;   // 어뢰 반경 (m)
        private const float ParachuteAreaM2 = 2.4f;    // 감속 낙하산 유효 단면적 (m^2)
        private const float ParachuteCd = 1.15f;       // 낙하산 항력 계수

        private AsrocTrajectoryState _state;

        public AsrocWaterEntryEngine()
        {
            _state.FlightPhase = 2; // 낙하산 감속 단계 진입 상태 초기화
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public ref readonly AsrocTrajectoryState StepTrajectory(float dt)
        {
            Span<float> pv = stackalloc float[8];
            _state.PosVel.CopyTo(pv);

            float x = pv[0], y = pv[1], z = pv[2];
            float vx = pv[4], vy = pv[5], vz = pv[6];
            float speed = MathF.Sqrt(vx * vx + vy * vy + vz * vz);

            // Phase 2: 공중 낙하산 감속 단계 (고도 z > 0)
            if (z > 0.0f)
            {
                _state.FlightPhase = 2;
                float airDensity = 1.225f;
                float dragForce = 0.5f * airDensity * ParachuteCd * ParachuteAreaM2 * speed * speed;

                float ax = -dragForce * (vx / speed) / TorpedoMassKg;
                float ay = -dragForce * (vy / speed) / TorpedoMassKg;
                float az = -9.81f - (dragForce * (vz / speed) / TorpedoMassKg);

                vx += ax * dt;
                vy += ay * dt;
                vz += az * dt;

                x += vx * dt;
                y += vy * dt;
                z += vz * dt;

                _state.DecelerationG = MathF.Sqrt(ax * ax + ay * ay + az * az) / 9.81f;
                _state.PitchAngleDeg = MathF.Atan2(vz, MathF.Sqrt(vx * vx + vy * vy)) * (180.0f / MathF.PI);
                _state.SlammingPressureKPa = 0.0f;
            }
            // Phase 3: 해수면 입수 충돌 단계 (z <= 0.0f 및 천이)
            else if (z > -3.0f)
            {
                _state.FlightPhase = 3;
                float penetrationH = MathF.Abs(z);
                float addedMass = (4.0f / 3.0f) * SeaWaterDensity * MathF.Pow(3.0f * TorpedoRadiusM * penetrationH + 0.001f, 1.5f);

                // 바그너 슬래밍 충격 계수 적용
                float slammingForce = 0.5f * SeaWaterDensity * 3.2f * (MathF.PI * TorpedoRadiusM * TorpedoRadiusM) * speed * speed;
                float totalDecel = slammingForce / (TorpedoMassKg + addedMass);

                vz += totalDecel * dt * 0.4f; // 수중 급감속
                z += vz * dt;

                _state.DecelerationG = totalDecel / 9.81f;
                _state.SlammingPressureKPa = (slammingForce / (MathF.PI * TorpedoRadiusM * TorpedoRadiusM)) / 1000.0f;
            }
            // Phase 4: 수중 음향 소나 작동 및 자율 유도 단계
            else
            {
                _state.FlightPhase = 4;
                _state.DecelerationG = 1.0f;
                _state.SlammingPressureKPa = 0.0f;
                // 수중 수색 순항 속도(45노트 = 23.1m/s) 유지
                vz = -2.0f;
                z += vz * dt;
            }

            _state.PosVel = Vector256.Create(x, y, z, 0.0f, vx, vy, vz, 0.0f);
            return ref _state;
        }
    }
}