극초음속 전자기 유체역학(MHD) 에너지 바이패스 & 1,000Hz 0-Alloc C# 할 효과(Hall Effect) 전력 제어 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.HypersonicMhd
{
    /// <summary>
    /// 극초음속 MHD 에너지 바이패스 발전 서보 상태 구조체
    /// 0-Alloc ref struct: GC 압박 완전 배제 (1,000Hz 실시간 루프)
    /// </summary>
    public ref struct MhdGeneratorState
    {
        public float InflowMachNumber;       // 유입 유동 마하수 (예: 8.5 M)
        public float FlowVelocityMs;         // 유입 속도 [m/s] (예: 2600 m/s)
        public float MagneticFieldTesla;     // 초전도 자석 인가 자장 [Tesla] (예: 3.0 T)
        public float HallParameterBeta;      // 전자 할 파라미터 beta (1.5 ~ 4.0)
        public float LoadFactorK;            // 인버터 부하율 K (0.0 ~ 1.0)
        public float ExtractedPowerMw;       // 발전된 전력 [MW]
        public float LorentzDecelerationMs2; // 흡입구 공력 제동 감속도 [m/s^2]
        public bool IsOptimalPowerPoint;     // 최대 전력점 추적 잠금 여부
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 무할당 극초음속 MHD 할 발전 서보 엔진
    /// </summary>
    public static class MhdEnergyBypassServoEngine
    {
        // 채널 기하 및 플라스마 물성 상수
        private const float ChannelVolumeM3 = 0.45f;        // 발전 채널 체적 [m^3]
        private const float PlasmaConductivity = 45.0f;     // 전기전도도 sigma [S/m]
        private const float PlasmaDensity = 0.12f;          // 기체 밀도 [kg/m^3]

        /// <summary>
        /// 1,000Hz (1ms) 단일 실행 프레임: 전압-전류 계측 기반 부하율 K 동적 변조 (MPPT 서보)
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void UpdateFrame(
            ref MhdGeneratorState state,
            float measuredFlowSpeedMs,
            float currentLoadVoltageV,
            float currentLoadAmpsA,
            float dtSeconds)
        {
            state.FlowVelocityMs = measuredFlowSpeedMs;

            // 1) 할 파라미터 추정: beta ~ 0.8 * B
            state.HallParameterBeta = 0.85f * state.MagneticFieldTesla;

            // 2) 현재 발전 전력 산출 [MW]
            float currentPowerWatts = currentLoadVoltageV * currentLoadAmpsA;
            state.ExtractedPowerMw = currentPowerWatts * 1.0e-6f;

            // 3) 이론 유도 기전력: V_ind = u * B * L (L = 0.4m)
            float vInduced = state.FlowVelocityMs * state.MagneticFieldTesla * 0.4f;
            state.LoadFactorK = MathF.Min(1.0f, MathF.Max(0.05f, currentLoadVoltageV / (vInduced + 1e-3f)));

            // 4) 최대 전력점 추적 (MPPT): K -> 0.5 근방으로 적응 동조
            float kError = 0.50f - state.LoadFactorK;
            float kp = 0.25f;
            state.LoadFactorK += kp * kError * dtSeconds;

            // 5) 로런츠 제동 감속도: a = (J_y * B) / rho
            float u = state.FlowVelocityMs;
            float b = state.MagneticFieldTesla;
            float betaSq = state.HallParameterBeta * state.HallParameterBeta;
            float jy = (PlasmaConductivity / (1.0f + betaSq)) * (u * b * (1.0f - state.LoadFactorK));
            state.LorentzDecelerationMs2 = (jy * b) / PlasmaDensity;

            // 최적 동작점 판정: K가 0.48 ~ 0.52 사이
            state.IsOptimalPowerPoint = MathF.Abs(state.LoadFactorK - 0.50f) < 0.03f;
        }
    }
}