램제트(Ramjet) 초음속 흡입구 비시동(Unstart) 충격파 천이 & 1,000Hz 0-Alloc C# 바이패스 블리드 서보 제어 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Aerospace.Propulsion
{
    /// 

    /// 램제트 초음속 흡입구 비시동 방지 및 바이패스 블리드 서보 제어 구조체 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct RamjetInletUnstartServoEngine
    {
        private const double Gamma = 1.4; // 비열비
        private readonly double _throatArea; // m^2
        private readonly double _designMach;
        private readonly double _kp;
        private readonly double _kd;
        private readonly double _dt;

        private double _targetShockPositionX; // 목부 기준 최적 충격파 위치 (m)
        private double _currentShockPositionX;
        private double _prevShockPositionX;
        private double _bleedDoorAngleDeg;    // 0 ~ 30도 블리드 개도

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public RamjetInletUnstartServoEngine(
            double throatArea,
            double designMach,
            double targetShockPositionX,
            double kp = 45.0,
            double kd = 3.2,
            double dt = 0.001)
        {
            _throatArea = throatArea;
            _designMach = designMach;
            _targetShockPositionX = targetShockPositionX;
            _kp = kp;
            _kd = kd;
            _dt = dt;
            _currentShockPositionX = targetShockPositionX;
            _prevShockPositionX = targetShockPositionX;
            _bleedDoorAngleDeg = 5.0; // 순항 기본 개도
        }

        /// 

        /// 흡입구 확산부 전후 정압 센서 배열 값을 기반으로 충격파 위치를 추정하고 블리드 도어를 제어 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateServoStep(
            double staticPressureThroat,
            double staticPressureDiffuser,
            double combustorBackPressure,
            out double shockPositionMeters,
            out double commandedBleedDeg,
            out bool isUnstartWarning)
        {
            // 충격파 전후 압력비 역산을 통한 충격파 위치 추정
            double pressureRatio = staticPressureDiffuser / Math.Max(staticPressureThroat, 1e-3);
            
            // 압력비 급증 시 충격파가 목부 전방으로 밀려나는 위치 섭동 근사
            double shockOffset = (pressureRatio - 1.89) * 0.15 + (combustorBackPressure * 1e-6) * 0.08;
            _currentShockPositionX = _targetShockPositionX - shockOffset;

            // 비시동 위험 임계치 (충격파가 목부 전방 x < 0.02m 근접 시)
            isUnstartWarning = _currentShockPositionX < 0.02;

            // PD 제어기를 이용한 블리드 도어 급속 개방 명령 산출
            double posError = _targetShockPositionX - _currentShockPositionX;
            double shockVelocity = (_currentShockPositionX - _prevShockPositionX) / _dt;
            _prevShockPositionX = _currentShockPositionX;

            double deltaBleed = (_kp * posError) - (_kd * shockVelocity);
            _bleedDoorAngleDeg += deltaBleed * _dt;

            // 액추에이터 기계적 한계 구속 (0도 ~ 35도)
            if (_bleedDoorAngleDeg < 0.0) _bleedDoorAngleDeg = 0.0;
            else if (_bleedDoorAngleDeg > 35.0) _bleedDoorAngleDeg = 35.0;

            shockPositionMeters = _currentShockPositionX;
            commandedBleedDeg = _bleedDoorAngleDeg;
        }

        public double BleedDoorAngleDeg => _bleedDoorAngleDeg;
        public double CurrentShockPositionX => _currentShockPositionX;
    }
}