대한민국 해군 정조대왕급 KVLS-II 수직발사대 플레넘 화염가스 배출 및 1,000Hz 0-Alloc C# 압력완화 엔진

1. 초음속 압축성 배기가스 1차원 노즐 유동 및 충격파 모델

비열비 $\gamma$, 기체 상수 $R$, 챔버 전압력 $P_0$, 전온도 $T_0$, 덕트 목 면적 $A^*$에 대한 질량 유량 $\dot{m}$:

하부 플레넘 내 압력 상승률 $\frac{dP_{\text{plen}}}{dt}$ 및 상부 통기 덕트 차압식:

2. 통기 해치 유압 서보 고속 개도 제어식

목표 압력 $P_{\text{target}} = 1.8\,\text{MPa}$, 압력 변화율 $\dot{P}$, 밸브 개도 지령 $\theta_{\text{vent}}^*$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# KVLS-II 플레넘 압력 제어 엔진

1밀리초 주기로 초고압 압력 센서를 감시하고 0.015초 만에 유압 통기 도어를 전개하는 C# 엔진입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.KvlsLauncher
{
    /// 

    /// KVLS-II 플레넘 센서 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct KvlsPlenumTelemetry
    {
        public readonly float PlenumPressureMpa;      // 플레넘 내부 실측 압력 (MPa)
        public readonly float PressureRateOfChangeMpaPs; // 압력 상승률 (MPa/s)
        public readonly float GasTemperatureC;        // 연소 가스 온도 (℃)
        public readonly float RocketThrustKn;         // 로켓 모터 순시 추력 (kN)
        public readonly bool IsIgnitionTriggered;     // 점화 트리거 신호 인가 여부

        public KvlsPlenumTelemetry(
            float pressure, float rate, float temp, float thrust, bool ignition)
        {
            PlenumPressureMpa = pressure;
            PressureRateOfChangeMpaPs = rate;
            GasTemperatureC = temp;
            RocketThrustKn = thrust;
            IsIgnitionTriggered = ignition;
        }
    }

    /// 

    /// 플레넘 통기 해치 서보 제어 출력
    /// 
    public readonly ref struct PlenumReliefOutput
    {
        public readonly float VentHatchAngleDeg;      // 배기 해치 개도각 (0~90도)
        public readonly float GasDischargeMassFlowKgPs;// 초당 배출 질량유량 (kg/s)
        public readonly bool IsBackpressureCritical;  // 배압 위험 경보 여부
        public readonly bool IsCellSafe;              // 인접 셀 안전 보장 여부

        public PlenumReliefOutput(float hatchAngle, float massFlow, bool critical, bool safe)
        {
            VentHatchAngleDeg = hatchAngle;
            GasDischargeMassFlowKgPs = massFlow;
            IsBackpressureCritical = critical;
            IsCellSafe = safe;
        }
    }

    /// 

    /// KVLS-II 1,000Hz 0-Alloc C# 플레넘 압력 제어 엔진
    /// 
    public static class KvlsPlenumGasDynamicEngine
    {
        private const float NominalTargetPressureMpa = 1.8f;
        private const float CriticalBackpressureMpa = 3.2f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static PlenumReliefOutput ComputeRelief(
            in KvlsPlenumTelemetry telemetry)
        {
            // 1. 점화 신호 인가 시 선제적 해치 100% 급속 전개
            float targetHatchDeg = 0.0f;
            if (telemetry.IsIgnitionTriggered)
            {
                targetHatchDeg = 90.0f; // 완전 개방
            }
            else
            {
                // 압력 피드백 PD 제어
                float pErr = telemetry.PlenumPressureMpa - NominalTargetPressureMpa;
                const float Kp = 35.0f;
                const float Kd = 4.2f;
                targetHatchDeg = (pErr * Kp) + (telemetry.PressureRateOfChangeMpaPs * Kd);
                targetHatchDeg = Math.Clamp(targetHatchDeg, 0.0f, 90.0f);
            }

            // 배출 유량 근사 계산: m_dot = C_d * A * P / sqrt(T)
            float openFraction = targetHatchDeg / 90.0f;
            float massFlow = openFraction * (telemetry.PlenumPressureMpa * 1e6f / MathF.Sqrt(telemetry.GasTemperatureC + 273.15f)) * 0.00045f;

            bool critical = telemetry.PlenumPressureMpa >= CriticalBackpressureMpa;
            bool safe = telemetry.PlenumPressureMpa < CriticalBackpressureMpa && telemetry.GasTemperatureC < 3000.0f;

            return new PlenumReliefOutput(targetHatchDeg, massFlow, critical, safe);
        }
    }
}

4. 정조대왕급 KVLS-II 대구경 발사 시험 데이터