FDM/flight.h

   1 /**************************************************************************
   2  * flight.h -- define shared flight model parameters
   3  *
   4  * Written by Curtis Olson, started May 1997.
   5  *
   6  * Copyright (C) 1997  Curtis L. Olson  - curt@infoplane.com
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11  * License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  21  *
  22  * $Id$
  23  * (Log is kept at end of this file)
  24  **************************************************************************/
  25
  26
  27 #ifndef FLIGHT_H
  28 #define FLIGHT_H
  29
  30
  31 #include "slew/slew.h"
  32 #include "LaRCsim/ls_interface.h"
  33
  34
  35 /* Define the various supported flight models (not all implemented) */
  36 #define FG_SLEW      0
  37 #define FG_LARCSIM   1
  38 #define FG_ACM       2
  39 #define FG_HELO      3
  40 #define FG_BALLOON   4
  41 #define FG_PARACHUTE 5
  42
  43
  44 /* Define a structure containing the shared flight model parameters */
  45 /* struct flight_params {
  46     double pos_x, pos_y, pos_z;
  47     double vel_x, vel_y, vel_z;
  48
  49     double Phi;
  50     double Theta;
  51     double Psi;
  52     double vel_Phi;
  53     double vel_Theta;
  54     double vel_Psi;
  55 }; */
  56
  57
  58 typedef double FG_VECTOR_3[3];
  59
  60 /* This is based heavily on LaRCsim/ls_generic.h */
  61 struct flight_params {
  62
  63 /*================== Mass properties and geometry values ==================*/
  64
  65     double    mass, i_xx, i_yy, i_zz, i_xz; /* Inertias */
  66 #define FG_Mass                    f->mass
  67 #define FG_I_xx                    f->i_xx
  68 #define FG_I_yy                    f->i_yy
  69 #define FG_I_zz                    f->i_zz
  70 #define FG_I_xz                    f->i_xz
  71
  72     FG_VECTOR_3    d_pilot_rp_body_v;      /* Pilot location rel to ref pt */
  73 #define FG_D_pilot_rp_body_v       f->d_pilot_rp_body_v
  74 #define FG_Dx_pilot                f->d_pilot_rp_body_v[0]
  75 #define FG_Dy_pilot                f->d_pilot_rp_body_v[1]
  76 #define FG_Dz_pilot                f->d_pilot_rp_body_v[2]
  77
  78     FG_VECTOR_3    d_cg_rp_body_v; /* CG position w.r.t. ref. point */
  79 #define FG_D_cg_rp_body_v          f->d_cg_rp_body_v
  80 #define FG_Dx_cg                   f->d_cg_rp_body_v[0]
  81 #define FG_Dy_cg                   f->d_cg_rp_body_v[1]
  82 #define FG_Dz_cg                   f->d_cg_rp_body_v[2]
  83
  84 /*================================ Forces =================================*/
  85
  86     FG_VECTOR_3    f_body_total_v;
  87 #define FG_F_body_total_v          f->f_body_total_v
  88 #define FG_F_X                     f->f_body_total_v[0]
  89 #define FG_F_Y                     f->f_body_total_v[1]
  90 #define FG_F_Z                     f->f_body_total_v[2]
  91
  92     FG_VECTOR_3    f_local_total_v;
  93 #define FG_F_local_total_v         f->f_local_total_v
  94 #define FG_F_north                 f->f_local_total_v[0]
  95 #define FG_F_east                  f->f_local_total_v[1]
  96 #define FG_F_down                  f->f_local_total_v[2]
  97
  98     FG_VECTOR_3    f_aero_v;
  99 #define FG_F_aero_v                f->f_aero_v
 100 #define FG_F_X_aero                f->f_aero_v[0]
 101 #define FG_F_Y_aero                f->f_aero_v[1]
 102 #define FG_F_Z_aero                f->f_aero_v[2]
 103
 104     FG_VECTOR_3    f_engine_v;
 105 #define FG_F_engine_v              f->f_engine_v
 106 #define FG_F_X_engine              f->f_engine_v[0]
 107 #define FG_F_Y_engine              f->f_engine_v[1]
 108 #define FG_F_Z_engine              f->f_engine_v[2]
 109
 110     FG_VECTOR_3    f_gear_v;
 111 #define FG_F_gear_v                f->f_gear_v
 112 #define FG_F_X_gear                f->f_gear_v[0]
 113 #define FG_F_Y_gear                f->f_gear_v[1]
 114 #define FG_F_Z_gear                f->f_gear_v[2]
 115
 116 /*================================ Moments ================================*/
 117
 118     FG_VECTOR_3    m_total_rp_v;
 119 #define FG_M_total_rp_v            f->m_total_rp_v
 120 #define FG_M_l_rp                  f->m_total_rp_v[0]
 121 #define FG_M_m_rp                  f->m_total_rp_v[1]
 122 #define FG_M_n_rp                  f->m_total_rp_v[2]
 123
 124     FG_VECTOR_3    m_total_cg_v;
 125 #define FG_M_total_cg_v            f->m_total_cg_v
 126 #define FG_M_l_cg                  f->m_total_cg_v[0]
 127 #define FG_M_m_cg                  f->m_total_cg_v[1]
 128 #define FG_M_n_cg                  f->m_total_cg_v[2]
 129
 130     FG_VECTOR_3    m_aero_v;
 131 #define FG_M_aero_v                f->m_aero_v
 132 #define FG_M_l_aero                f->m_aero_v[0]
 133 #define FG_M_m_aero                f->m_aero_v[1]
 134 #define FG_M_n_aero                f->m_aero_v[2]
 135
 136     FG_VECTOR_3    m_engine_v;
 137 #define FG_M_engine_v              f->m_engine_v
 138 #define FG_M_l_engine              f->m_engine_v[0]
 139 #define FG_M_m_engine              f->m_engine_v[1]
 140 #define FG_M_n_engine              f->m_engine_v[2]
 141
 142     FG_VECTOR_3    m_gear_v;
 143 #define FG_M_gear_v                f->m_gear_v
 144 #define FG_M_l_gear                f->m_gear_v[0]
 145 #define FG_M_m_gear                f->m_gear_v[1]
 146 #define FG_M_n_gear                f->m_gear_v[2]
 147
 148 /*============================== Accelerations ============================*/
 149
 150     FG_VECTOR_3    v_dot_local_v;
 151 #define FG_V_dot_local_v           f->v_dot_local_v
 152 #define FG_V_dot_north             f->v_dot_local_v[0]
 153 #define FG_V_dot_east              f->v_dot_local_v[1]
 154 #define FG_V_dot_down              f->v_dot_local_v[2]
 155
 156     FG_VECTOR_3    v_dot_body_v;
 157 #define FG_V_dot_body_v            f->v_dot_body_v
 158 #define FG_U_dot_body              f->v_dot_body_v[0]
 159 #define FG_V_dot_body              f->v_dot_body_v[1]
 160 #define FG_W_dot_body              f->v_dot_body_v[2]
 161
 162     FG_VECTOR_3    a_cg_body_v;
 163 #define FG_A_cg_body_v             f->a_cg_body_v
 164 #define FG_A_X_cg                  f->a_cg_body_v[0]
 165 #define FG_A_Y_cg                  f->a_cg_body_v[1]
 166 #define FG_A_Z_cg                  f->a_cg_body_v[2]
 167
 168     FG_VECTOR_3    a_pilot_body_v;
 169 #define FG_A_pilot_body_v          f->a_pilot_body_v
 170 #define FG_A_X_pilot               f->a_pilot_body_v[0]
 171 #define FG_A_Y_pilot               f->a_pilot_body_v[1]
 172 #define FG_A_Z_pilot               f->a_pilot_body_v[2]
 173
 174     FG_VECTOR_3    n_cg_body_v;
 175 #define FG_N_cg_body_v             f->n_cg_body_v
 176 #define FG_N_X_cg                  f->n_cg_body_v[0]
 177 #define FG_N_Y_cg                  f->n_cg_body_v[1]
 178 #define FG_N_Z_cg                  f->n_cg_body_v[2]
 179
 180     FG_VECTOR_3    n_pilot_body_v;
 181 #define FG_N_pilot_body_v          f->n_pilot_body_v
 182 #define FG_N_X_pilot               f->n_pilot_body_v[0]
 183 #define FG_N_Y_pilot               f->n_pilot_body_v[1]
 184 #define FG_N_Z_pilot               f->n_pilot_body_v[2]
 185
 186     FG_VECTOR_3    omega_dot_body_v;
 187 #define FG_Omega_dot_body_v        f->omega_dot_body_v
 188 #define FG_P_dot_body              f->omega_dot_body_v[0]
 189 #define FG_Q_dot_body              f->omega_dot_body_v[1]
 190 #define FG_R_dot_body              f->omega_dot_body_v[2]
 191
 192
 193 /*============================== Velocities ===============================*/
 194
 195     FG_VECTOR_3    v_local_v;
 196 #define FG_V_local_v               f->v_local_v
 197 #define FG_V_north                 f->v_local_v[0]
 198 #define FG_V_east                  f->v_local_v[1]
 199 #define FG_V_down                  f->v_local_v[2]
 200
 201     FG_VECTOR_3    v_local_rel_ground_v; /* V rel w.r.t. earth surface   */
 202 #define FG_V_local_rel_ground_v    f->v_local_rel_ground_v
 203 #define FG_V_north_rel_ground      f->v_local_rel_ground_v[0]
 204 #define FG_V_east_rel_ground       f->v_local_rel_ground_v[1]
 205 #define FG_V_down_rel_ground       f->v_local_rel_ground_v[2]
 206
 207     FG_VECTOR_3    v_local_airmass_v;   /* velocity of airmass (steady winds) */
 208 #define FG_V_local_airmass_v       f->v_local_airmass_v
 209 #define FG_V_north_airmass         f->v_local_airmass_v[0]
 210 #define FG_V_east_airmass          f->v_local_airmass_v[1]
 211 #define FG_V_down_airmass          f->v_local_airmass_v[2]
 212
 213     FG_VECTOR_3    v_local_rel_airmass_v;  /* velocity of veh. relative to */
 214                                            /* airmass */
 215 #define FG_V_local_rel_airmass_v   f->v_local_rel_airmass_v
 216 #define FG_V_north_rel_airmass     f->v_local_rel_airmass_v[0]
 217 #define FG_V_east_rel_airmass      f->v_local_rel_airmass_v[1]
 218 #define FG_V_down_rel_airmass      f->v_local_rel_airmass_v[2]
 219
 220     FG_VECTOR_3    v_local_gust_v; /* linear turbulence components, L frame */
 221 #define FG_V_local_gust_v          f->v_local_gust_v
 222 #define FG_U_gust                  f->v_local_gust_v[0]
 223 #define FG_V_gust                  f->v_local_gust_v[1]
 224 #define FG_W_gust                  f->v_local_gust_v[2]
 225
 226     FG_VECTOR_3    v_wind_body_v;  /* Wind-relative velocities in body axis */
 227 #define FG_V_wind_body_v           f->v_wind_body_v
 228 #define FG_U_body                  f->v_wind_body_v[0]
 229 #define FG_V_body                  f->v_wind_body_v[1]
 230 #define FG_W_body                  f->v_wind_body_v[2]
 231
 232     double    v_rel_wind, v_true_kts, v_rel_ground, v_inertial;
 233     double    v_ground_speed, v_equiv, v_equiv_kts;
 234     double    v_calibrated, v_calibrated_kts;
 235 #define FG_V_rel_wind              f->v_rel_wind
 236 #define FG_V_true_kts              f->v_true_kts
 237 #define FG_V_rel_ground            f->v_rel_ground
 238 #define FG_V_inertial              f->v_inertial
 239 #define FG_V_ground_speed          f->v_ground_speed
 240 #define FG_V_equiv                 f->v_equiv
 241 #define FG_V_equiv_kts             f->v_equiv_kts
 242 #define FG_V_calibrated            f->v_calibrated
 243 #define FG_V_calibrated_kts        f->v_calibrated_kts
 244
 245     FG_VECTOR_3    omega_body_v;   /* Angular B rates      */
 246 #define FG_Omega_body_v            f->omega_body_v
 247 #define FG_P_body                  f->omega_body_v[0]
 248 #define FG_Q_body                  f->omega_body_v[1]
 249 #define FG_R_body                  f->omega_body_v[2]
 250
 251     FG_VECTOR_3    omega_local_v;  /* Angular L rates      */
 252 #define FG_Omega_local_v           f->omega_local_v
 253 #define FG_P_local                 f->omega_local_v[0]
 254 #define FG_Q_local                 f->omega_local_v[1]
 255 #define FG_R_local                 f->omega_local_v[2]
 256
 257     FG_VECTOR_3    omega_total_v;  /* Diff btw B & L       */
 258 #define FG_Omega_total_v           f->omega_total_v
 259 #define FG_P_total                 f->omega_total_v[0]
 260 #define FG_Q_total                 f->omega_total_v[1]
 261 #define FG_R_total                 f->omega_total_v[2]
 262
 263     FG_VECTOR_3    euler_rates_v;
 264 #define FG_Euler_rates_v           f->euler_rates_v
 265 #define FG_Phi_dot                 f->euler_rates_v[0]
 266 #define FG_Theta_dot               f->euler_rates_v[1]
 267 #define FG_Psi_dot                 f->euler_rates_v[2]
 268
 269     FG_VECTOR_3    geocentric_rates_v;     /* Geocentric linear velocities */
 270 #define FG_Geocentric_rates_v      f->geocentric_rates_v
 271 #define FG_Latitude_dot            f->geocentric_rates_v[0]
 272 #define FG_Longitude_dot           f->geocentric_rates_v[1]
 273 #define FG_Radius_dot              f->geocentric_rates_v[2]
 274
 275 /*=============================== Positions ===============================*/
 276
 277     FG_VECTOR_3    geocentric_position_v;
 278 #define FG_Geocentric_position_v   f->geocentric_position_v
 279 #define FG_Lat_geocentric          f->geocentric_position_v[0]
 280 #define FG_Lon_geocentric          f->geocentric_position_v[1]
 281 #define FG_Radius_to_vehicle       f->geocentric_position_v[2]
 282
 283     FG_VECTOR_3    geodetic_position_v;
 284 #define FG_Geodetic_position_v     f->geodetic_position_v
 285 #define FG_Latitude                f->geodetic_position_v[0]
 286 #define FG_Longitude               f->geodetic_position_v[1]
 287 #define FG_Altitude                f->geodetic_position_v[2]
 288
 289     FG_VECTOR_3    euler_angles_v;
 290 #define FG_Euler_angles_v          f->euler_angles_v
 291 #define FG_Phi                     f->euler_angles_v[0]
 292 #define FG_Theta                   f->euler_angles_v[1]
 293 #define FG_Psi                     f->euler_angles_v[2]
 294
 295 /*======================= Miscellaneous quantities ========================*/
 296
 297     double    t_local_to_body_m[3][3];    /* Transformation matrix L to B */
 298 #define FG_T_local_to_body_m       f->t_local_to_body_m
 299 #define FG_T_local_to_body_11      f->t_local_to_body_m[0][0]
 300 #define FG_T_local_to_body_12      f->t_local_to_body_m[0][1]
 301 #define FG_T_local_to_body_13      f->t_local_to_body_m[0][2]
 302 #define FG_T_local_to_body_21      f->t_local_to_body_m[1][0]
 303 #define FG_T_local_to_body_22      f->t_local_to_body_m[1][1]
 304 #define FG_T_local_to_body_23      f->t_local_to_body_m[1][2]
 305 #define FG_T_local_to_body_31      f->t_local_to_body_m[2][0]
 306 #define FG_T_local_to_body_32      f->t_local_to_body_m[2][1]
 307 #define FG_T_local_to_body_33      f->t_local_to_body_m[2][2]
 308
 309     double    gravity;            /* Local acceleration due to G  */
 310 #define FG_Gravity                 f->gravity
 311
 312     double    centrifugal_relief; /* load factor reduction due to speed */
 313 #define FG_Centrifugal_relief      f->centrifugal_relief
 314
 315     double    alpha, beta, alpha_dot, beta_dot;   /* in radians   */
 316 #define FG_Alpha                   f->alpha
 317 #define FG_Beta                    f->beta
 318 #define FG_Alpha_dot               f->alpha_dot
 319 #define FG_Beta_dot                f->beta_dot
 320
 321     double    cos_alpha, sin_alpha, cos_beta, sin_beta;
 322 #define FG_Cos_alpha               f->cos_alpha
 323 #define FG_Sin_alpha               f->sin_alpha
 324 #define FG_Cos_beta                f->cos_beta
 325 #define FG_Sin_beta                f->sin_beta
 326
 327     double    cos_phi, sin_phi, cos_theta, sin_theta, cos_psi, sin_psi;
 328 #define FG_Cos_phi                 f->cos_phi
 329 #define FG_Sin_phi                 f->sin_phi
 330 #define FG_Cos_theta               f->cos_theta
 331 #define FG_Sin_theta               f->sin_theta
 332 #define FG_Cos_psi                 f->cos_psi
 333 #define FG_Sin_psi                 f->sin_psi
 334
 335     double    gamma_vert_rad, gamma_horiz_rad;    /* Flight path angles   */
 336 #define FG_Gamma_vert_rad          f->gamma_vert_rad
 337 #define FG_Gamma_horiz_rad         f->gamma_horiz_rad
 338
 339     double    sigma, density, v_sound, mach_number;
 340 #define FG_Sigma                   f->sigma
 341 #define FG_Density                 f->density
 342 #define FG_V_sound                 f->v_sound
 343 #define FG_Mach_number             f->mach_number
 344
 345     double    static_pressure, total_pressure, impact_pressure;
 346     double    dynamic_pressure;
 347 #define FG_Static_pressure         f->static_pressure
 348 #define FG_Total_pressure          f->total_pressure
 349 #define FG_Impact_pressure         f->impact_pressure
 350 #define FG_Dynamic_pressure        f->dynamic_pressure
 351
 352     double    static_temperature, total_temperature;
 353 #define FG_Static_temperature      f->static_temperature
 354 #define FG_Total_temperature       f->total_temperature
 355
 356     double    sea_level_radius, earth_position_angle;
 357 #define FG_Sea_level_radius        f->sea_level_radius
 358 #define FG_Earth_position_angle    f->earth_position_angle
 359
 360     double    runway_altitude, runway_latitude, runway_longitude;
 361     double    runway_heading;
 362 #define FG_Runway_altitude         f->runway_altitude
 363 #define FG_Runway_latitude         f->runway_latitude
 364 #define FG_Runway_longitude        f->runway_longitude
 365 #define FG_Runway_heading          f->runway_heading
 366
 367     double    radius_to_rwy;
 368 #define FG_Radius_to_rwy           f->radius_to_rwy
 369
 370     FG_VECTOR_3    d_cg_rwy_local_v;       /* CG rel. to rwy in local coords */
 371 #define FG_D_cg_rwy_local_v        f->d_cg_rwy_local_v
 372 #define FG_D_cg_north_of_rwy       f->d_cg_rwy_local_v[0]
 373 #define FG_D_cg_east_of_rwy        f->d_cg_rwy_local_v[1]
 374 #define FG_D_cg_above_rwy          f->d_cg_rwy_local_v[2]
 375
 376     FG_VECTOR_3    d_cg_rwy_rwy_v; /* CG relative to rwy, in rwy coordinates */
 377 #define FG_D_cg_rwy_rwy_v          f->d_cg_rwy_rwy_v
 378 #define FG_X_cg_rwy                f->d_cg_rwy_rwy_v[0]
 379 #define FG_Y_cg_rwy                f->d_cg_rwy_rwy_v[1]
 380 #define FG_H_cg_rwy                f->d_cg_rwy_rwy_v[2]
 381
 382     FG_VECTOR_3    d_pilot_rwy_local_v;  /* pilot rel. to rwy in local coords */
 383 #define FG_D_pilot_rwy_local_v     f->d_pilot_rwy_local_v
 384 #define FG_D_pilot_north_of_rwy    f->d_pilot_rwy_local_v[0]
 385 #define FG_D_pilot_east_of_rwy     f->d_pilot_rwy_local_v[1]
 386 #define FG_D_pilot_above_rwy       f->d_pilot_rwy_local_v[2]
 387
 388     FG_VECTOR_3   d_pilot_rwy_rwy_v;   /* pilot rel. to rwy, in rwy coords. */
 389 #define FG_D_pilot_rwy_rwy_v       f->d_pilot_rwy_rwy_v
 390 #define FG_X_pilot_rwy             f->d_pilot_rwy_rwy_v[0]
 391 #define FG_Y_pilot_rwy             f->d_pilot_rwy_rwy_v[1]
 392 #define FG_H_pilot_rwy             f->d_pilot_rwy_rwy_v[2]
 393
 394 };
 395
 396
 397 /* General interface to the flight model routines */
 398
 399 /* Initialize the flight model parameters */
 400 int fgFlightModelInit(int model, struct flight_params *f, double dt);
 401
 402 /* Run multiloop iterations of the flight model */
 403 int fgFlightModelUpdate(int model, struct flight_params *f, int multiloop);
 404
 405
 406 #endif FLIGHT_H
 407
 408
 409 /* $Log$
 410 /* Revision 1.4  1997/05/29 22:39:57  curt
 411 /* Working on incorporating the LaRCsim flight model.
 412 /*
 413  * Revision 1.3  1997/05/29 02:32:25  curt
 414  * Starting to build generic flight model interface.
 415  *
 416  * Revision 1.2  1997/05/23 15:40:37  curt
 417  * Added GNU copyright headers.
 418  *
 419  * Revision 1.1  1997/05/16 16:04:45  curt
 420  * Initial revision.
 421  *
 422  */