6세대 전투기 가변 흡입구 다단 쐐기각 충격파-경계층 제어(SBLI) 및 전압력 회복 C# SIMD 서보 엔진

3. C# .NET 9.0 Zero-Allocation 20,000Hz 흡입구 램프 제어 서보 엔진

스택 메모리와 AVX2 SIMD를 통해 8채널 덕트 압력 센서로부터 왜곡 계수를 50us 내에 연산하고 전기유압 서보 액추에이터 지령을 생성합니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Defense.SupersonicPropulsion
{
    /// <summary>
    /// 초음속 흡입구 덕트 8개 방위각 전압력 센서 및 비행 텔레메트리 (20kHz 샘플링)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
    public readonly struct SupersonicInletTelemetry
    {
        public readonly float TimestampSec;
        public readonly float FlightMachNumber; // e.g. Mach 2.4
        public readonly float FreeStreamTotalPressureKPa;
        public readonly Vector256<float> CompressorFaceTotalPressuresKPa; // 8개 지점
        public readonly float CurrentWedgeAngleDeg;

        public SupersonicInletTelemetry(
            float time, float mach, float ptInf, Vector256<float> ptSensors, float wedge)
        {
            TimestampSec = time;
            FlightMachNumber = mach;
            FreeStreamTotalPressureKPa = ptInf;
            CompressorFaceTotalPressuresKPa = ptSensors;
            CurrentWedgeAngleDeg = wedge;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 20kHz 다단 쐐기각 충격파 최적화 및 엔진 서지 방어 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class VariableInletShockwaveServoEngine
    {
        private const float MaxAllowedDc60 = 0.075f;
        private const float RampKp = 18.5f;
        private const float RampKd = 0.92f;

        private float _prevDc60;

        public VariableInletShockwaveServoEngine()
        {
            _prevDc60 = 0.04f;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining | MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void ComputeInletActuation(
            in SupersonicInletTelemetry telemetry,
            out float currentTotalPressureRecovery,
            out float currentDc60Distortion,
            out float commandedWedgeAngleDeg,
            out float commandedBleedValvePercent)
        {
            // 1. 8채널 압력 센서 SIMD 평균 및 최솟값 탐색
            Span<float> pSpan = stackalloc float[8];
            MemoryMarshal.Write(MemoryMarshal.AsBytes(pSpan), in telemetry.CompressorFaceTotalPressuresKPa);

            float sumP = 0.0f;
            float minP = float.MaxValue;
            for (int i = 0; i < 8; i++)
            {
                sumP += pSpan[i];
                if (pSpan[i] < minP) minP = pSpan[i];
            }

            float avgPt = sumP * 0.125f;
            currentTotalPressureRecovery = avgPt / MathF.Max(telemetry.FreeStreamTotalPressureKPa, 1.0f);

            // 2. 왜곡 계수 DC60 = (avgPt - minP) / avgPt 산출
            currentDc60Distortion = (avgPt - minP) / MathF.Max(avgPt, 1.0f);

            // 3. 마하수 기반 최적 기본 쐐기각 산출: Mach 1.5 (8도) ~ Mach 3.0 (18도)
            float baseWedge = 8.0f + (telemetry.FlightMachNumber - 1.5f) * 6.67f;
            baseWedge = Math.Clamp(baseWedge, 6.0f, 22.0f);

            // 4. 왜곡 계수 미분 변화율 및 20kHz PD 제어
            float dDc60 = (currentDc60Distortion - _prevDc60) * 20000.0f; // dt = 50us
            _prevDc60 = currentDc60Distortion;

            float dcErr = MathF.Max(0.0f, currentDc60Distortion - 0.045f);
            float deltaWedge = (RampKp * dcErr) + (RampKd * dDc60 * 0.001f);

            commandedWedgeAngleDeg = Math.Clamp(baseWedge - deltaWedge, 5.0f, 24.0f);

            // 5. 충격파 박리 방지 경계층 블리드 밸브 듀티비
            commandedBleedValvePercent = (currentDc60Distortion > 0.060f) 
                ? Math.Clamp((currentDc60Distortion - 0.060f) * 500.0f, 0.0f, 100.0f) : 0.0f;
        }
    }
}