대한민국 해병대 KAAV-II 차기 상륙돌격장갑차 해상 고속 활주 트림 탭 서보 및 1,000Hz 0-Alloc C# 자세 복원 엔진

1. 사비츠키(Savitsky) 고속 활주 양력 및 포포이징 불안정성 판별식

선폭 $b$, 활주 트림각 $\tau$, 횡선 각도(Deadrise angle $\beta$), 프루드 수 $C_v = V / \sqrt{g b}$에 따른 무차원 동적 양력 계수 $C_L$:

포포이징(Porpoising) 자려 진동 임계 트림각 $\tau_{\text{crit}}$ 및 피치-히브 상태 미분 연립방정식:

2. 선수 바우 서퍼 & 선미 트림 탭 유압 서보 협조 제어식

선체 피치 각속도 $\dot{\theta}$와 수직 가속도 $\ddot{z}$를 상쇄하기 위한 선미 트림 탭 각도 $\delta_{\text{trim}}$ 및 선수 바우 서퍼 각도 $\delta_{\text{bow}}$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# KAAV-II 자세 복원 제어 엔진

해상 파도 외란 속에서 힙 메모리 할당 없이 1밀리초 주기로 유압 액추에이터 타각을 계산하는 고성능 C# 엔진입니다.

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

namespace ZeliDesk.Defense.AmphibiousControl
{
    /// 

    /// KAAV-II 해상 활주 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct AmphibiousTelemetry
    {
        public readonly float SpeedKnots;             // 수상 활주 속도 (노트)
        public readonly float PitchAngleDeg;          // 트림 각도 (도, 피치)
        public readonly float PitchRateDegPerSec;     // 피치 각속도 (q)
        public readonly float VerticalAccelMps2;      // 수직 상하 가속도 (Heave 가속도)
        public readonly float WaveHeightM;            // 조우 파고 (m)
        public readonly float RollAngleDeg;           // 횡경사 롤 각도

        public AmphibiousTelemetry(
            float knots, float pitch, float pitchRate, float vAccel, float waveH, float roll)
        {
            SpeedKnots = knots;
            PitchAngleDeg = pitch;
            PitchRateDegPerSec = pitchRate;
            VerticalAccelMps2 = vAccel;
            WaveHeightM = waveH;
            RollAngleDeg = roll;
        }
    }

    /// 

    /// 유압 액추에이터 지령 타각
    /// 
    public readonly ref struct TabControlOutput
    {
        public readonly float BowSurferAngleDeg;      // 선수 바우 서퍼 각도 (0~30도)
        public readonly float PortTrimTabAngleDeg;     // 좌현 선미 트림 탭 각도 (0~25도)
        public readonly float StbdTrimTabAngleDeg;     // 우현 선미 트림 탭 각도 (0~25도)
        public readonly bool IsPorpoisingSuppressed;   // 포포이징 억제 성공 여부

        public TabControlOutput(float bow, float port, float stbd, bool suppressed)
        {
            BowSurferAngleDeg = bow;
            PortTrimTabAngleDeg = port;
            StbdTrimTabAngleDeg = stbd;
            IsPorpoisingSuppressed = suppressed;
        }
    }

    /// 

    /// KAAV-II 1,000Hz 0-Alloc C# 해상 고속 활주 동요 억제 및 자세 제어 엔진
    /// 
    public static class KaavAttitudeStabilizationEngine
    {
        private const float OptimalPlaningTrimDeg = 3.8f; // 최적 활주 트림각 (3.8도)
        private const float MaxBowAngleDeg = 28.0f;       // 바우 서퍼 최대각
        private const float MaxTrimAngleDeg = 22.0f;      // 트림 탭 최대각

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static TabControlOutput ComputeStabilization(
            in AmphibiousTelemetry telemetry)
        {
            // 1. 활주 트림 오차 및 피치 각속도 감쇠 계산
            float trimError = telemetry.PitchAngleDeg - OptimalPlaningTrimDeg;

            // 선미 트림 탭 PD 제어 (트림각이 높으면 탭을 내려 선미를 띄움)
            const float KpTrim = 1.8f;
            const float KdTrim = 0.65f;
            float baseTrimDeg = (trimError * KpTrim) + (telemetry.PitchRateDegPerSec * KdTrim);

            // 롤(Roll) 경사 보정 (차동 제어)
            float rollComp = telemetry.RollAngleDeg * 0.45f;
            float portTab = Math.Clamp(baseTrimDeg - rollComp, 0.0f, MaxTrimAngleDeg);
            float stbdTab = Math.Clamp(baseTrimDeg + rollComp, 0.0f, MaxTrimAngleDeg);

            // 2. 선수 바우 서퍼 제어 (선수 함몰 및 파도 돌입 방지)
            float bowAngle = 0.0f;
            if (telemetry.SpeedKnots > 12.0f)
            {
                // 고속 활주 시 기본 지지 각도
                bowAngle = 5.0f;

                // 선수가 아래로 처박힐 때 (음의 피치 각속도) 급속 전개
                if (telemetry.PitchRateDegPerSec < -1.5f || telemetry.PitchAngleDeg < 1.0f)
                {
                    float bowExtra = (-telemetry.PitchRateDegPerSec) * 3.2f + (2.0f - telemetry.PitchAngleDeg) * 4.0f;
                    bowAngle += Math.Max(0.0f, bowExtra);
                }

                // 높은 파고 조우 시 추가 전개
                if (telemetry.WaveHeightM > 1.25f)
                {
                    bowAngle += (telemetry.WaveHeightM - 1.25f) * 6.0f;
                }
            }
            bowAngle = Math.Clamp(bowAngle, 0.0f, MaxBowAngleDeg);

            // 포포이징 자려 진동 억제 판정 (피치 진폭 < 1.0도 및 피치속도 < 2.5 deg/s)
            bool isSuppressed = MathF.Abs(trimError) < 1.2f && MathF.Abs(telemetry.PitchRateDegPerSec) < 2.5f;

            return new TabControlOutput(bowAngle, portTab, stbdTab, isSuppressed);
        }
    }
}

4. 해상 20노트 Sea State 3 모의 HIL 시뮬레이션 및 교육적 가치