항만 부진동(Harbor Seiche) 천수 수평 공진 & 1,000Hz 0-Alloc C# 대형 선박 계류 장력 파단 방어 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.OceanEngineering.HarborSeiche
{
    /// 

    /// 항만 부진동 선박 공진 서지 및 계류 장력 파단 방어 엔진 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct HarborSeicheMooringEngine
    {
        private readonly double _harborLengthM;       // 항만 길이 (~1200 m)
        private readonly double _meanDepthM;          // 평균 수심 (~15 m)
        private readonly double _breakingTensionKn;   // 계류삭 파단 하중 (~1500 kN)
        private readonly double _kp;
        private readonly double _dt;

        private double _seicheNaturalPeriodSec;       // 고유 주기 (s)
        private double _currentLineTensionKn;         // 현재 계류삭 장력
        private double _commandedWinchSpeedMps;       // 윈치 완충 권취 속도
        private bool _isPartingImminentAlert;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public HarborSeicheMooringEngine(
            double harborLengthM = 1200.0,
            double meanDepthM = 15.0,
            double breakingTensionKn = 1500.0,
            double kp = 0.05,
            double dt = 0.001)
        {
            _harborLengthM = harborLengthM;
            _meanDepthM = meanDepthM;
            _breakingTensionKn = breakingTensionKn;
            _kp = kp;
            _dt = dt;

            // 메리안 주기 T1 = 4L / sqrt(g*h)
            _seicheNaturalPeriodSec = (4.0 * harborLengthM) / Math.Sqrt(9.80665 * meanDepthM);
            _currentLineTensionKn = 250.0; // 초기 선속 장력 (250 kN)
            _commandedWinchSpeedMps = 0.0;
            _isPartingImminentAlert = false;
        }

        /// 

        /// 외해 파랑 주기 및 선박 볼라드 로드셀 계측값으로부터 파단 위험을 평가하고 윈치를 제어 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateMooringStep(
            double incidentWavePeriodSec,
            double measuredTensionKn,
            double shipSurgeVelocityMps,
            out double commandedWinchRate,
            out double safetyFactor,
            out bool isResonanceDanger)
        {
            _currentLineTensionKn = measuredTensionKn;

            // 유입 파랑 주기가 항만 고유 주기(약 400초)와 15% 이내 합치 시 공진 경보
            double periodRatio = incidentWavePeriodSec / Math.Max(_seicheNaturalPeriodSec, 1.0);
            isResonanceDanger = Math.Abs(periodRatio - 1.0) < 0.15;

            // 안전율 계산 SF = MBL / Tension
            safetyFactor = _breakingTensionKn / Math.Max(_currentLineTensionKn, 1.0);
            _isPartingImminentAlert = safetyFactor < 1.35;

            // 윈치 능동 장력 완화 서보 (과장력 시 로프 풀림, 이완 시 당김)
            double targetTensionKn = 350.0;
            double tensionError = _currentLineTensionKn - targetTensionKn;

            // 장력 오차에 비례하여 윈치 속도 지령 (양수: 권출/풀림, 음수: 권취)
            _commandedWinchSpeedMps = _kp * (tensionError / 500.0) + (0.2 * shipSurgeVelocityMps);
            if (_commandedWinchSpeedMps > 0.5) _commandedWinchSpeedMps = 0.5;   // 최대 0.5 m/s
            else if (_commandedWinchSpeedMps < -0.3) _commandedWinchSpeedMps = -0.3;

            commandedWinchRate = _commandedWinchSpeedMps;
        }

        public double SeicheNaturalPeriodSec => _seicheNaturalPeriodSec;
        public double CurrentLineTensionKn => _currentLineTensionKn;
    }
}