[단독] AIDT 온디바이스 MUM-T 극초음속 비행체 경계층 난류 천이(Boundary Layer Transition) 유전체 장벽 방전(DBD) 플라즈마 액추에이터 능동 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Defense.MUMT.Hypersonic
{
    /// 

    /// 극초음속 경계층 벽면 압력 센서 및 비행 파라미터
    /// 
    public readonly record struct BoundaryLayerSensorData(
        float MachNumber,           // 비행 마하수 (예: Mach 6.5)
        float EdgeVelocityMps,      // 경계층 외측 유속 (m/s, 예: 2100m/s)
        float BoundaryThicknessMm,  // 추정 경계층 두께 delta (mm)
        float MackModeAmplitudePa,  // 계측된 맥 모드 음향 압력 진폭 (Pa)
        float WallHeatFluxKwM2      // 국소 벽면 열유속 (kW/m^2)
    );

    /// 

    /// DBD 플라즈마 방전 제어 출력
    /// 
    public readonly record struct PlasmaActuatorCommand(
        float PulseVoltageKv,       // 플라즈마 인가 전압 (kV, 0 ~ 12kV)
        float PulseFreqKhz,         // 방전 변조 주파수 (kHz)
        float EstimatedNDactor,     // 현재 e^N 진폭 지수
        bool IsTransitionSuppressed // 난류 천이 억제 및 층류 유지 여부
    );

    /// 

    /// 극초음속 경계층 난류 천이 억제 DBD 플라즈마 능동 서보
    /// 
    public ref struct HypersonicBoundaryLayerTransitionServo
    {
        private const float TransitionNThreshold = 8.5f; // e^8.5 도달 시 천이 임박
        private float _integratedPressureAmp;
        private float _prevPressureAmp;

        public HypersonicBoundaryLayerTransitionServo(float initialAmp)
        {
            _integratedPressureAmp = 0.0f;
            _prevPressureAmp = initialAmp;
        }

        /// 

        /// 고속 500kHz 루프: 맥 모드 공진 주파수 산출 및 역위상 플라즈마 제어
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PlasmaActuatorCommand UpdateServo(in BoundaryLayerSensorData data, float dt)
        {
            // 1. 맥 2차 모드 목표 주파수 산출: f_mack = U_e / (2 * delta)
            float deltaM = Math.Max(0.0001f, data.BoundaryThicknessMm * 0.001f);
            float fMackHz = data.EdgeVelocityMps / (2.0f * deltaM);
            float fMackKhz = fMackHz * 0.001f;

            // 2. N-factor 경험적 추정 (기저 소음 대비 압력 진폭비의 자연로그)
            float baseNoise = 10.0f; // 10 Pa 기저 소음
            float nFactor = MathF.Log(Math.Max(1.0f, data.MackModeAmplitudePa / baseNoise));

            // 3. 압력 진폭 오차 미적분
            float ampError = nFactor - 5.0f; // 목표 N-factor는 5.0 이하로 억제
            _integratedPressureAmp += ampError * dt;
            float dAmp = (data.MackModeAmplitudePa - _prevPressureAmp) / Math.Max(1e-7f, dt);
            _prevPressureAmp = data.MackModeAmplitudePa;

            // 4. DBD 플라즈마 전압 출력 연산
            // Kp = 1.2f, Ki = 0.15f, Kd = 0.05f
            float vKv = 4.0f + (1.2f * ampError + 0.15f * _integratedPressureAmp + 0.05f * dAmp * 0.001f);
            vKv = Math.Clamp(vKv, 0.0f, 12.0f); // 최대 12kV 클램핑

            bool isSuppressed = nFactor < TransitionNThreshold && data.WallHeatFluxKwM2 < 800.0f;

            return new PlasmaActuatorCommand(
                vKv,
                fMackKhz,
                nFactor,
                isSuppressed
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 압력 센서 어레이의 AVX-512 SIMD 맥 모드 진폭 일괄 감쇠도 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputeMackModeDecaySIMD(
            ReadOnlySpan rawAmplitudes,
            float dampingFactor,
            Span outSuppressedAmps)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;
            var factorVec = Vector256.Create(dampingFactor);

            for (; i <= rawAmplitudes.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                var ampVec = Vector256.LoadUnsafe(in rawAmplitudes[i]);
                var decayedVec = Vector256.Multiply(ampVec, factorVec);
                decayedVec.StoreUnsafe(ref outSuppressedAmps[i]);
            }

            for (; i < rawAmplitudes.Length; i++)
            {
                outSuppressedAmps[i] = rawAmplitudes[i] * dampingFactor;
            }
        }
    }
}