대한민국 해군 마라도함(LPH) 비행갑판 파랑 동요 예측 및 1,000Hz 0-Alloc C# 헬기 착함 윈치 능동 인장력 제어 엔진

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.Navy.Amphibious
{
    public readonly record struct DeckMotionTelemetry(
        float RollDeg,
        float PitchDeg,
        float HeaveMeters,
        float VerticalVelocityMps,
        float VerticalAccelMps2
    );

    public readonly record struct HeloProbeState(
        float CableLengthMeters,
        float CablePayoutRateMps,
        float CurrentTensionKn
    );

    public ref struct WinchControlOutput
    {
        public float CommandedTorqueNm;
        public float TargetTensionKn;
        public bool IsQuiescentLandingWindow;
        public float SafetyFactor;
    }

    public static class MaradoHeloDeckWaveCompensationEngine
    {
        private const float BaseTensionKn = 15.0f; // 기본 인장력 15kN
        private const float MaxTensionKn = 45.0f;  // 최대 허용 인장력 45kN
        private const float WinchDrumRadiusMeters = 0.25f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void UpdateWinchCompensation(
            ref readonly DeckMotionTelemetry deck,
            ref readonly HeloProbeState helo,
            out WinchControlOutput output)
        {
            output = default;

            // 1. 갑판 정온 구간 (Quiescent Landing Window) 판정
            // 롤각 < 2.0도, 상하 가속도 < 0.5 m/s^2 일 때 안전 착함 가능
            bool rollSafe = MathF.Abs(deck.RollDeg) < 2.0f;
            bool pitchSafe = MathF.Abs(deck.PitchDeg) < 1.5f;
            bool accelSafe = MathF.Abs(deck.VerticalAccelMps2) < 0.5f;
            bool isWindow = rollSafe && pitchSafe && accelSafe;

            // 2. 갑판 상하 속도에 대응하는 능동 장력 보상
            // 갑판 상승 시 케이블 느슨함 방지 위해 권취 장력 증가
            // 갑판 하강 시 과도 장력 방지 위해 장력 완화
            float heaveVelocityComp = deck.VerticalVelocityMps * 2.5f; // kN/(m/s)
            float targetTension = BaseTensionKn + heaveVelocityComp;

            // 케이블 인출 속도 댐핑
            float damping = helo.CablePayoutRateMps * 1.2f;
            targetTension += damping;

            targetTension = Math.Clamp(targetTension, 5.0f, MaxTensionKn);

            // 3. 윈치 모터 요구 토크 환산: Tau = T * R
            float commandedTorque = (targetTension * 1000.0f) * WinchDrumRadiusMeters;

            output.CommandedTorqueNm = commandedTorque;
            output.TargetTensionKn = targetTension;
            output.IsQuiescentLandingWindow = isWindow;
            output.SafetyFactor = Math.Clamp(1.0f - (MathF.Abs(deck.RollDeg) / 5.0f), 0.0f, 1.0f);
        }
    }
}