전기수력학(EHD) 이온풍(Ionic Wind) 추진 & 1,000Hz 0-Alloc C# 코로나 방전(Corona) 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.ElectrohydrodynamicFlight
{
    /// <summary>
    /// EHD 이온풍 추진 고전압 서보 제어 상태 구조체
    /// 0-Alloc ref struct: GC 압박 완전 배제 (1,000Hz 실시간 루프)
    /// </summary>
    public ref struct EhdThrusterState
    {
        public float AppliedHighVoltageKv;   // 방출극 인가 고전압 [kV] (15 ~ 40 kV)
        public float DischargeCurrentMa;     // 계측된 코로나 방전 전류 [mA]
        public float GeneratedThrustNewton;  // EHD 순 추력 [N]
        public float ElectricPowerWatts;     // 소비 전력 [W]
        public float ThrustToPowerRatioNw;   // 추력비 [N/kW]
        public float CurrentDerivativeMaSec; // 전류 급상승 미분율 dI/dt (아크 예측용)
        public bool IsArcBreakdownImminent;  // 아크 방전 임박 비상 차단 플래그
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 무할당 EHD 이온풍 코로나 추력 서보 엔진
    /// </summary>
    public static class EhdCoronaPropulsionServoEngine
    {
        // 물리 상수 (상온 대기 기준)
        private const float IonMobility = 1.8e-4f;          // 이온 이동도 mu_i [m^2/(V*s)]
        private const float ElectrodeGapM = 0.065f;         // 에미터-컬렉터 간극 d = 65mm
        private const float CoronaOnsetKv = 12.5f;          // 코로나 방전 시작 전압 [kV]

        /// <summary>
        /// 1,000Hz (1ms) 단일 실행 프레임: 전류 및 dI/dt 모니터링 기반 고전압 PWM 제어
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void UpdateFrame(
            ref EhdThrusterState state,
            float measuredCurrentMa,
            float targetThrustNewton,
            float dtSeconds)
        {
            // 1) 전류 미분 변화율 산출 (아크 방전 전조 증상 판별)
            float deltaI = measuredCurrentMa - state.DischargeCurrentMa;
            state.CurrentDerivativeMaSec = deltaI / dtSeconds;
            state.DischargeCurrentMa = measuredCurrentMa;

            // 2) EHD 추력 계산: T = (I * d) / mu_i
            float currentAmps = measuredCurrentMa * 1.0e-3f;
            state.GeneratedThrustNewton = (currentAmps * ElectrodeGapM) / IonMobility;

            // 3) 소비 전력 및 효율 지표
            state.ElectricPowerWatts = (state.AppliedHighVoltageKv * 1000.0f) * currentAmps;
            state.ThrustToPowerRatioNw = (state.ElectricPowerWatts > 0.1f) ?
                (state.GeneratedThrustNewton / (state.ElectricPowerWatts * 1.0e-3f)) : 0.0f; // N/kW

            // 4) 아크 방전 임박 위험 감지 (전류가 3mA 이상이거나 dI/dt > 500 mA/s 폭증 시)
            state.IsArcBreakdownImminent = (measuredCurrentMa > 3.2f) || (state.CurrentDerivativeMaSec > 450.0f);

            if (state.IsArcBreakdownImminent)
            {
                // 긴급 전압 컷오프 (아크 플라스마 단락 소멸 유도)
                state.AppliedHighVoltageKv = MathF.Max(CoronaOnsetKv, state.AppliedHighVoltageKv - 50.0f * dtSeconds);
            }
            else
            {
                // 목표 추력 추종 적응형 고전압 제어
                float thrustError = targetThrustNewton - state.GeneratedThrustNewton;
                float kp = 2.5f; // [kV/N]
                state.AppliedHighVoltageKv += kp * thrustError * dtSeconds;
                state.AppliedHighVoltageKv = MathF.Min(38.0f, MathF.Max(CoronaOnsetKv, state.AppliedHighVoltageKv));
            }
        }
    }
}