[단독] AIDT 온디바이스 MUM-T 극초음속 비행체 다공성 탄소 매트릭스 발한 냉각(Transpiration Cooling) 상변화 잠열 능동 유량 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Defense.MUMT.Aerothermal
{
    /// 

    /// 발한 냉각 매트릭스 온도 및 유체 센서 계측 데이터
    /// 
    public readonly record struct TranspirationSensorData(
        float SurfaceTempKelvin,     // 다공성 표면 온도 (K, 500K ~ 2200K)
        float InternalMatrixTempK,   // 매트릭스 내부 수심 2mm 지점 온도 (K)
        float AeroHeatFluxMwM2,      // 외기 공력 열유속 (MW/m^2, 예: 12.5 MW/m^2)
        float CoolantInletPressureBar,// 냉각제 공급 압력 (bar)
        float CoolantFlowRateGps     // 현재 냉각제 공급 유량 (g/s)
    );

    /// 

    /// 압전 마이크로 밸브 유량 제어 출력
    /// 
    public readonly record struct TranspirationServoOutput(
        float PiezoValveVoltageV,    // 압전 비례 밸브 인가 전압 (V, 0 ~ 120V)
        float RequiredMassFlowGps,   // 산출된 요구 냉각제 질량 유량 (g/s)
        float BlowingParameterB,     // 증기 블로잉 감쇠 파라미터
        bool IsSurfaceSafelyCooled   // 표면 온도 안전 기준(1500K 이하) 유지 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 MUM-T 다공성 매트릭스 발한 냉각 능동 서보
    /// 
    public ref struct TranspirationCoolingPorousServo
    {
        private const float TargetMaxTempK = 1450.0f; // 목표 표면온도 1450K 이하
        private const float LatentHeatJpg = 2260.0f;  // 기화 잠열 2260 J/g
        private float _integratedTempError;
        private float _prevSurfaceTemp;

        public TranspirationCoolingPorousServo(float initialTemp)
        {
            _integratedTempError = 0.0f;
            _prevSurfaceTemp = initialTemp;
        }

        /// 

        /// 100Hz 고속 루프: 정체점 열유속 기반 기화 잠열 요구 유량 산출 및 밸브 서보
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public TranspirationServoOutput UpdateServo(in TranspirationSensorData data, float dt)
        {
            // 1. 표면 온도 오차 미적분
            float tempError = data.SurfaceTempKelvin - TargetMaxTempK;
            _integratedTempError += tempError * dt;
            float dTemp = (data.SurfaceTempKelvin - _prevSurfaceTemp) / Math.Max(1e-5f, dt);
            _prevSurfaceTemp = data.SurfaceTempKelvin;

            // 2. 이론적 최소 소요 잠열 유량 산출: m_dot = Q_heat / h_latent
            // Q_heat: MW/m^2 단위 (선두부 면적 0.02 m^2 가정 -> Watts = Mw * 20000)
            float totalHeatWatts = data.AeroHeatFluxMwM2 * 20000.0f;
            float baseFlowGps = totalHeatWatts / LatentHeatJpg;

            // 3. 온도 피드백 추가 보정 (Kp = 0.04, Ki = 0.008, Kd = 0.005)
            float flowCorrection = (0.04f * tempError + 0.008f * _integratedTempError + 0.005f * dTemp);
            float targetFlow = Math.Max(0.5f, baseFlowGps + flowCorrection);

            // 4. 압전 밸브 구동 전압 매핑 (1g/s 당 약 8V, 최대 120V)
            float vValve = targetFlow * 8.0f;
            vValve = Math.Clamp(vValve, 0.0f, 120.0f);

            // 5. 블로잉 파라미터 B 계산
            float blowingB = targetFlow * 0.15f;

            bool isCooled = (data.SurfaceTempKelvin <= 1500.0f) && (targetFlow >= baseFlowGps * 0.9f);

            return new TranspirationServoOutput(
                vValve,
                targetFlow,
                blowingB,
                isCooled
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 온도 센서 어레이에 대한 SIMD 열유속 감쇠 일괄 벡터 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputePorousHeatFluxSIMD(
            ReadOnlySpan rawHeatFluxes,
            ReadOnlySpan blowingBArray,
            Span outNetFluxes)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;

            for (; i <= rawHeatFluxes.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                for (int k = 0; k < vectorSize; k++)
                {
                    float q0 = rawHeatFluxes[i + k];
                    float b = blowingBArray[i + k];
                    float factor = MathF.Log(1.0f + 2.0f * b) / Math.Max(1e-4f, 2.0f * b);
                    outNetFluxes[i + k] = q0 * factor;
                }
            }

            for (; i < rawHeatFluxes.Length; i++)
            {
                float b = blowingBArray[i];
                float factor = MathF.Log(1.0f + 2.0f * b) / Math.Max(1e-4f, 2.0f * b);
                outNetFluxes[i] = rawHeatFluxes[i] * factor;
            }
        }
    }
}