초음속 흡입구 충격파-경계층 상호작용(SWBLI) 박리 버블 & 1,000Hz 0-Alloc C# 미소 와류 발생기(MVG) 유동 제어 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Aerodynamics.SwbliControl
{
    /// 

    /// 초음속 SWBLI 박리 버블 억제 및 MVG 능동 제어 구조체 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct SwbliMvgServoEngine
    {
        private readonly double _freestreamMach;       // 유입 마하수 (~2.5)
        private readonly double _boundaryLayerThickMm; // 경계층 두께 (~6.0 mm)
        private readonly double _kp;
        private readonly double _kd;
        private readonly double _dt;

        private double _estimatedBubbleLengthMm;       // 박리 버블 길이 (mm)
        private double _prevBubbleLengthMm;
        private double _commandedMvgAngleDeg;          // MVG 램프 각도 (0 ~ 20도)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SwbliMvgServoEngine(
            double freestreamMach = 2.5,
            double boundaryLayerThickMm = 6.0,
            double kp = 0.85,
            double kd = 0.08,
            double dt = 0.001)
        {
            _freestreamMach = freestreamMach;
            _boundaryLayerThickMm = boundaryLayerThickMm;
            _kp = kp;
            _kd = kd;
            _dt = dt;
            _estimatedBubbleLengthMm = 0.0;
            _prevBubbleLengthMm = 0.0;
            _commandedMvgAngleDeg = 8.0; // 기본 8도 전개
        }

        /// 

        /// 벽면 정압 센서 2지점(충격파 전후)의 압력비로부터 박리 버블 크기를 추정하고 MVG 제어 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateSwbliStep(
            double upstreamStaticPressureKPa,
            double downstreamStaticPressureKPa,
            double measuredDynamicPressureKPa,
            out double bubbleLengthMm,
            out double commandedMvgAngleDeg,
            out bool isEngineSurgeRisk)
        {
            // 압력 상승 계수 Cp = (p2 - p1) / q1
            double deltaP = downstreamStaticPressureKPa - upstreamStaticPressureKPa;
            double cp = deltaP / Math.Max(measuredDynamicPressureKPa, 1.0);

            // 임계 박리 계수: Cp_sep ~ 2 / sqrt(M^2 - 1) * sqrt(cf0/2) (cf0 ~ 0.002 가정)
            double cpSepCrit = (2.0 / Math.Sqrt(Math.Max((_freestreamMach * _freestreamMach) - 1.0, 0.1))) * Math.Sqrt(0.001);

            // 버블 길이 추정: (Cp - Cp_sep)에 비례
            if (cp > cpSepCrit)
            {
                double excessPressure = cp - cpSepCrit;
                _estimatedBubbleLengthMm = excessPressure * _boundaryLayerThickMm * 12.0;
            }
            else
            {
                _estimatedBubbleLengthMm = 0.0;
            }

            // 엔진 서지 위험 경보 (버블 길이가 경계층 두께의 4배 초과 시)
            isEngineSurgeRisk = _estimatedBubbleLengthMm > (_boundaryLayerThickMm * 4.0);

            // PD 제어기를 통한 MVG 전개 각도 산출
            double bubbleVelocity = (_estimatedBubbleLengthMm - _prevBubbleLengthMm) / _dt;
            _prevBubbleLengthMm = _estimatedBubbleLengthMm;

            double angleAdjustment = (_kp * _estimatedBubbleLengthMm) + (_kd * bubbleVelocity);
            _commandedMvgAngleDeg += angleAdjustment * _dt;

            // 기계적 전개 한계 (4도 ~ 22도)
            if (_commandedMvgAngleDeg < 4.0) _commandedMvgAngleDeg = 4.0;
            else if (_commandedMvgAngleDeg > 22.0) _commandedMvgAngleDeg = 22.0;

            bubbleLengthMm = _estimatedBubbleLengthMm;
            commandedMvgAngleDeg = _commandedMvgAngleDeg;
        }

        public double EstimatedBubbleLengthMm => _estimatedBubbleLengthMm;
        public double CommandedMvgAngleDeg => _commandedMvgAngleDeg;
    }
}