스텔스 무인전투기(UCAV) 극초음속 내부무장창 공동 음향 공진(Cavity Flow) 능동 제어 서보 C# SIMD 엔진

3. C# .NET 9.0 Zero-Allocation 20,000Hz 무장창 공진 억제 서보 엔진

동적 메모리 할당을 일절 배제한 `ref struct`와 AVX2 8채널 고속 푸리에/스펙트럼 파워 분석을 통해 마이크로초 단위로 압전 스포일러 각도와 마이크로제트 솔레노이드 밸브 듀티비를 결정합니다.

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

namespace ZeliDesk.Defense.Aerodynamics
{
    /// <summary>
    /// 초음속 무장창 내부 8개 고주파 동압 센서 원격 측정 데이터 (20,000Hz 샘플링)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
    public readonly struct CavityAcousticTelemetry
    {
        public readonly float TimestampSec;
        public readonly float FlightMachNumber; // e.g. Mach 2.5
        public readonly float DynamicPressureKPa;
        public readonly Vector256<float> UnsteadyPressuresKPa; // 8채널 비정상 압력 탭

        public CavityAcousticTelemetry(
            float time, float mach, float qInf, Vector256<float> pSensors)
        {
            TimestampSec = time;
            FlightMachNumber = mach;
            DynamicPressureKPa = qInf;
            UnsteadyPressuresKPa = pSensors;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 20kHz 초고속 로시터 음향 공진 상쇄 및 마이크로제트 분사 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class WeaponBayAcousticSuppressionServoEngine
    {
        private const float CavityLengthMeters = 4.8f;
        private const float SafeSplThresholdDb = 158.0f; // 158dB 안전 한계
        private const float PiezosGainKp = 0.038f;
        private const float PiezosGainKd = 0.0015f;

        private float _prevAcousticEnergy;

        public WeaponBayAcousticSuppressionServoEngine()
        {
            _prevAcousticEnergy = 0.0f;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining | MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void ComputeSuppressionActuation(
            in CavityAcousticTelemetry telemetry,
            out float currentMaxSplDb,
            out float commandedSpoilerDeg,
            out float microjetDutyCyclePercent)
        {
            // 1. SIMD 압력 자승합(RMS) 계산 -> SPL(Sound Pressure Level) 산출
            Vector256<float> pVec = telemetry.UnsteadyPressuresKPa;
            Vector256<float> pSq = Avx.Multiply(pVec, pVec);

            Span<float> pSqSpan = stackalloc float[8];
            MemoryMarshal.Write(MemoryMarshal.AsBytes(pSqSpan), in pSq);

            float sumSq = 0.0f;
            float maxPeak = 0.0f;
            for (int i = 0; i < 8; i++)
            {
                sumSq += pSqSpan[i];
                if (pSqSpan[i] > maxPeak) maxPeak = pSqSpan[i];
            }

            float pRmsKPa = MathF.Sqrt(sumSq * 0.125f);
            // P_ref = 20 uPa = 2e-8 kPa
            float splDb = 20.0f * MathF.Log10(MathF.Max(pRmsKPa, 1e-6f) / 2.0e-8f);
            currentMaxSplDb = splDb;

            // 2. 음향 에너지 미분 변화율 감지
            float acousticEnergy = pRmsKPa * pRmsKPa;
            float dEnergy = (acousticEnergy - _prevAcousticEnergy) * 20000.0f; // dt = 50us
            _prevAcousticEnergy = acousticEnergy;

            // 3. 능동 압전 스포일러 편각 연산 (0도 ~ 22도)
            float splError = MathF.Max(0.0f, splDb - SafeSplThresholdDb);
            float spoilerTarget = (PiezosGainKp * splError) + (PiezosGainKd * dEnergy * 0.001f);
            commandedSpoilerDeg = Math.Clamp(spoilerTarget, 0.0f, 22.0f);

            // 4. 전연 초음속 마이크로제트 분사 밸브 듀티비 계산
            if (splDb > 165.0f)
            {
                microjetDutyCyclePercent = Math.Clamp((splDb - 165.0f) * 8.5f + 30.0f, 0.0f, 100.0f);
            }
            else
            {
                microjetDutyCyclePercent = 0.0f;
            }
        }
    }
}