대한민국 공군 한국형 정밀유도폭탄(KGGB) 날개 전개 공력 천이 비행 및 종말 다이빙 충돌각 1,000Hz 0-Alloc C# 유도조종 엔진

제1장: 활공 날개 전개 과도 공력 및 피칭 모멘트 점프 모델

날개 미전개 상태($S_{\text{body}}$)에서 전개 완료 상태($S_{\text{total}}$)로의 전개율 $\delta_{\text{deploy}}(t) \in [0, 1]$에 따른 양력 계수 $C_L$ 및 공력 피칭 모멘트 $C_m$ 방정식은 다음과 같습니다:

제2장: 최적 장거리 활공 및 종말 다이빙 충돌각 제약 유도

중간 활공 구간의 최대 도달 거리 활공각과 종말 목표 충돌각 $\gamma_f$를 보장하는 편향 비례항법(Biased PNG) 가속도 명령 $a_{\text{cmd}}$는 다음과 같습니다:

제3장: 1,000Hz 0-Alloc C# KGGB 유도조종 엔진 아키텍처

1ms 주기로 INS/GPS 항법 상태를 갱신하고 최적 타면 각도를 무할당 연산하는 순수 C# 실시간 유도 엔진 구조체입니다:

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

namespace ZeliDesk.Defense.KggbGuidedBomb
{
    /// <summary>
    /// KGGB 비행 궤적 및 목표 상태 구조체 (0-Alloc stack-only)
    /// </summary>
    public readonly struct KggbNavState
    {
        public readonly float AirspeedMps;      // 대기속도 V (m/s)
        public readonly float AltitudeM;        // 고도 h (m)
        public readonly float FlightPathDeg;    // 비행경로각 gamma (deg)
        public readonly float HeadingDeg;       // 헤딩각 psi (deg)
        public readonly float RangeToGoM;       // 잔여 비행 거리 R_go (m)
        public readonly float LineOfSightDeg;   // 시선각 lambda (deg)
        public readonly float LosRateRps;       // 시선 각속도 lambda_dot (rad/s)
        public readonly float WingDeployRatio;  // 날개 전개율 (0.0~1.0)
        public readonly bool TerminalDivePhase; // 종말 다이빙 진입 여부

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public KggbNavState(
            float v, float alt, float gamma, float heading, float rGo,
            float los, float losRate, float deploy, bool dive)
        {
            AirspeedMps = v;
            AltitudeM = alt;
            FlightPathDeg = gamma;
            HeadingDeg = heading;
            RangeToGoM = rGo;
            LineOfSightDeg = los;
            LosRateRps = losRate;
            WingDeployRatio = deploy;
            TerminalDivePhase = dive;
        }
    }

    /// <summary>
    /// KGGB 조종 타면 출력 구조체
    /// </summary>
    public readonly struct KggbFinOutput
    {
        public readonly float LeftElevonDeg;    // 좌측 앨러본 각도 (deg)
        public readonly float RightElevonDeg;   // 우측 앨러본 각도 (deg)
        public readonly float AftRudderDeg;     // 방향타 각도 (deg)
        public readonly float NormalAccelCmdG;  // 법선 가속도 명령 (G)
        public readonly bool ImpactAngleSatisfied;// 충돌각 달성 안정 플래그

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public KggbFinOutput(float elL, float elR, float rud, float gCmd, bool satisfied)
        {
            LeftElevonDeg = elL;
            RightElevonDeg = elR;
            AftRudderDeg = rud;
            NormalAccelCmdG = gCmd;
            ImpactAngleSatisfied = satisfied;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 0-Alloc KGGB 정밀 유도조종 코어 엔진
    /// </summary>
    public ref struct KggbGuidanceControlEngine
    {
        private const float NavConstantN = 3.5f;       // 비례항법 상수
        private const float TargetImpactAngleDeg = -75.0f; // 목표 종말 수직 충돌각 (deg)
        private const float MaxFinDeflectionDeg = 25.0f;
        private const float MaxNormalG = 5.5f;

        private float _gammaErrorIntegral;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public KggbFinOutput Step1000Hz(in KggbNavState nav, float dt)
        {
            float v = MathF.Max(nav.AirspeedMps, 30.0f);
            float gravity = 9.80665f;
            float gammaRad = nav.FlightPathDeg * (MathF.PI / 180.0f);

            // 1. 주익 전개 중 과도 모멘트 보상
            float deployTrimDeg = 0.0f;
            if (nav.WingDeployRatio < 1.0f)
            {
                // 전개 과도기 동안 기수 들림 억제 상향 트림 인가
                deployTrimDeg = (1.0f - nav.WingDeployRatio) * 6.5f;
            }

            // 2. 종말 다이빙 충돌각 프로파일 산출
            float targetGamma = nav.TerminalDivePhase ? TargetImpactAngleDeg : -4.5f; // 순항 시 최적 활공각
            float gammaErr = targetGamma - nav.FlightPathDeg;
            _gammaErrorIntegral = Math.Clamp(_gammaErrorIntegral + gammaErr * dt, -10.0f, 10.0f);

            // 3. 편향 비례항법 가속도 명령 산출 a_cmd = N*V*lambda_dot + K*(gamma_des - gamma) + g*cos(gamma)
            float pngAccel = NavConstantN * v * nav.LosRateRps;
            float angleBiasAccel = (gammaErr * 0.45f) + (_gammaErrorIntegral * 0.05f);
            float gravComp = gravity * MathF.Cos(gammaRad);

            float totalAccelMps2 = pngAccel + angleBiasAccel + gravComp;
            float accelCmdG = Math.Clamp(totalAccelMps2 / gravity, -MaxNormalG, MaxNormalG);

            // 4. 요구 가속도 -> 앨러본 타면 매핑
            // 날개 전개율에 따른 공력 타면 효율 스케일링
            float wingAeroEfficiency = 0.4f + 0.6f * nav.WingDeployRatio;
            float pitchFinCmd = (accelCmdG * 4.2f / wingAeroEfficiency) + deployTrimDeg;

            // 5. 앨러본 좌/우 타면 분배
            float elevonLeft = Math.Clamp(pitchFinCmd, -MaxFinDeflectionDeg, MaxFinDeflectionDeg);
            float elevonRight = Math.Clamp(pitchFinCmd, -MaxFinDeflectionDeg, MaxFinDeflectionDeg);
            float rudder = 0.0f;

            bool isImpactSatisfied = nav.TerminalDivePhase && MathF.Abs(nav.FlightPathDeg - TargetImpactAngleDeg) < 5.0f;

            return new KggbFinOutput(
                elevonLeft,
                elevonRight,
                rudder,
                accelCmdG,
                isImpactSatisfied
            );
        }
    }
}

제4장: 2022 개정 교육과정 연계 교과 융합 지도안 (교사용 가이드)