육군 차세대 자주포 K9A2 완전 자동화 포탑(Fully Automated Turret) 둔감 장약 급탄·장전 3축 로봇 역기구학 & 분당 10발 사격(10 RPM) 포신 열변형 보상 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.ArtillerySystems
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct AutoloaderState
    {
        public Vector256<float> JointPositions; // [theta1_rad, theta2_rad, d3_m, 0, ...]
        public float EndEffectorErrorMm;        // 약실 도달 오차 거리 (mm)
        public float BarrelThermalDroopMrad;   // 포신 열처짐 각도 (mrad)
        public float CompensatedElevationDeg;  // 열변형 보정 탄도 사각 (도)
        public bool IsRammingComplete;          // 약실 장전 완료 플래그
    }

    public sealed class K9A2AutomatedTurretEngine
    {
        private const float Link1LengthM = 0.85f;
        private const float Link2LengthM = 0.72f;
        private const float ThermalCoeff = 1.2e-5f;   // 포신 강철 열팽창계수 (/K)
        private const float OuterDiameterM = 0.32f;    // 포신 외경 (m)
        private const float BarrelLengthM = 8.06f;     // 52구경장 포신 길이 (m)

        private AutoloaderState _state;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public ref readonly AutoloaderState StepTurretControl(
            float targetX, float targetY, float targetZ,
            float topBarrelTempC, float bottomBarrelTempC,
            float nominalElevationDeg, float dt)
        {
            // 1. 포신 상하면 온도 차이에 의한 열처짐(Thermal Droop) 계산
            float deltaT = topBarrelTempC - bottomBarrelTempC;
            // 오일러-베르누이 열팽창 굽힘 각도 적분치
            float droopRad = (ThermalCoeff * deltaT / OuterDiameterM) * BarrelLengthM;
            float droopMrad = droopRad * 1000.0f;

            _state.BarrelThermalDroopMrad = droopMrad;
            // 탄도 사각 열변형 실시간 상쇄 보정
            _state.CompensatedElevationDeg = nominalElevationDeg + (droopRad * 180.0f / MathF.PI);

            // 2. 3축 고속 매니퓰레이터 역기구학 (기하학적 해석해)
            float r = MathF.Sqrt(targetX * targetX + targetY * targetY);
            float theta1 = MathF.Atan2(targetY, targetX);

            // Link1, Link2 2자유도 평면 역기구학
            float d = MathF.Sqrt(r * r + targetZ * targetZ);
            float cosTheta2 = (Link1LengthM * Link1LengthM + Link2LengthM * Link2LengthM - d * d) / (2.0f * Link1LengthM * Link2LengthM);
            cosTheta2 = MathF.Clamp(cosTheta2, -1.0f, 1.0f);
            float theta2 = MathF.PI - MathF.Acos(cosTheta2);

            float d3 = targetZ; // 선형 램 피스톤 이송 거리

            _state.JointPositions = Vector256.Create(theta1, theta2, d3, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);

            // 3. 순방향 기구학 검증 및 엔드 이펙터 오차 도출
            float fwdX = (Link1LengthM * MathF.Cos(theta1) + Link2LengthM * MathF.Cos(theta1 + theta2));
            float fwdY = (Link1LengthM * MathF.Sin(theta1) + Link2LengthM * MathF.Sin(theta1 + theta2));
            float errDistM = MathF.Sqrt(MathF.Pow(targetX - fwdX, 2.0f) + MathF.Pow(targetY - fwdY, 2.0f));

            _state.EndEffectorErrorMm = errDistM * 1000.0f;
            _state.IsRammingComplete = (_state.EndEffectorErrorMm < 0.5f); // 0.5mm 이내 결속 시 장전 완료

            return ref _state;
        }
    }
}