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 #ifdef __cplusplus
  32 extern "C" {
  33 #endif
  34
  35
  36 #include <Flight/Slew/slew.h>
  37 /* #include <Flight/LaRCsim/ls_interface.h> */
  38
  39
  40 /* Define the various supported flight models (most not yet implemented) */
  41 #define FG_LARCSIM     0   /* The only one that is currently implemented */
  42 #define FG_ACM         1
  43 #define FG_SUPER_SONIC 2
  44 #define FG_HELICOPTER  3
  45 #define FG_AUTOGYRO    4
  46 #define FG_BALLOON     5
  47 #define FG_PARACHUTE   6
  48 #define FG_SLEW        7    /* Slew (in MS terminology) */
  49 #define FG_EXTERN_GPS  8    /* Driven via a serially connected GPS */
  50 #define FG_EXTERN_NET  9    /* Driven externally via the net */
  51 #define FG_EXTERN_NASA 10   /* Track the space shuttle ? */
  52
  53
  54 typedef double FG_VECTOR_3[3];
  55
  56 /* This is based heavily on LaRCsim/ls_generic.h */
  57 typedef struct {
  58
  59 /*================== Mass properties and geometry values ==================*/
  60
  61     double    mass, i_xx, i_yy, i_zz, i_xz; /* Inertias */
  62 #define FG_Mass                    f->mass
  63 #define FG_I_xx                    f->i_xx
  64 #define FG_I_yy                    f->i_yy
  65 #define FG_I_zz                    f->i_zz
  66 #define FG_I_xz                    f->i_xz
  67
  68     FG_VECTOR_3    d_pilot_rp_body_v;      /* Pilot location rel to ref pt */
  69 #define FG_D_pilot_rp_body_v       f->d_pilot_rp_body_v
  70 #define FG_Dx_pilot                f->d_pilot_rp_body_v[0]
  71 #define FG_Dy_pilot                f->d_pilot_rp_body_v[1]
  72 #define FG_Dz_pilot                f->d_pilot_rp_body_v[2]
  73
  74     FG_VECTOR_3    d_cg_rp_body_v; /* CG position w.r.t. ref. point */
  75 #define FG_D_cg_rp_body_v          f->d_cg_rp_body_v
  76 #define FG_Dx_cg                   f->d_cg_rp_body_v[0]
  77 #define FG_Dy_cg                   f->d_cg_rp_body_v[1]
  78 #define FG_Dz_cg                   f->d_cg_rp_body_v[2]
  79
  80 /*================================ Forces =================================*/
  81
  82     FG_VECTOR_3    f_body_total_v;
  83 #define FG_F_body_total_v          f->f_body_total_v
  84 #define FG_F_X                     f->f_body_total_v[0]
  85 #define FG_F_Y                     f->f_body_total_v[1]
  86 #define FG_F_Z                     f->f_body_total_v[2]
  87
  88     FG_VECTOR_3    f_local_total_v;
  89 #define FG_F_local_total_v         f->f_local_total_v
  90 #define FG_F_north                 f->f_local_total_v[0]
  91 #define FG_F_east                  f->f_local_total_v[1]
  92 #define FG_F_down                  f->f_local_total_v[2]
  93
  94     FG_VECTOR_3    f_aero_v;
  95 #define FG_F_aero_v                f->f_aero_v
  96 #define FG_F_X_aero                f->f_aero_v[0]
  97 #define FG_F_Y_aero                f->f_aero_v[1]
  98 #define FG_F_Z_aero                f->f_aero_v[2]
  99
 100     FG_VECTOR_3    f_engine_v;
 101 #define FG_F_engine_v              f->f_engine_v
 102 #define FG_F_X_engine              f->f_engine_v[0]
 103 #define FG_F_Y_engine              f->f_engine_v[1]
 104 #define FG_F_Z_engine              f->f_engine_v[2]
 105
 106     FG_VECTOR_3    f_gear_v;
 107 #define FG_F_gear_v                f->f_gear_v
 108 #define FG_F_X_gear                f->f_gear_v[0]
 109 #define FG_F_Y_gear                f->f_gear_v[1]
 110 #define FG_F_Z_gear                f->f_gear_v[2]
 111
 112 /*================================ Moments ================================*/
 113
 114     FG_VECTOR_3    m_total_rp_v;
 115 #define FG_M_total_rp_v            f->m_total_rp_v
 116 #define FG_M_l_rp                  f->m_total_rp_v[0]
 117 #define FG_M_m_rp                  f->m_total_rp_v[1]
 118 #define FG_M_n_rp                  f->m_total_rp_v[2]
 119
 120     FG_VECTOR_3    m_total_cg_v;
 121 #define FG_M_total_cg_v            f->m_total_cg_v
 122 #define FG_M_l_cg                  f->m_total_cg_v[0]
 123 #define FG_M_m_cg                  f->m_total_cg_v[1]
 124 #define FG_M_n_cg                  f->m_total_cg_v[2]
 125
 126     FG_VECTOR_3    m_aero_v;
 127 #define FG_M_aero_v                f->m_aero_v
 128 #define FG_M_l_aero                f->m_aero_v[0]
 129 #define FG_M_m_aero                f->m_aero_v[1]
 130 #define FG_M_n_aero                f->m_aero_v[2]
 131
 132     FG_VECTOR_3    m_engine_v;
 133 #define FG_M_engine_v              f->m_engine_v
 134 #define FG_M_l_engine              f->m_engine_v[0]
 135 #define FG_M_m_engine              f->m_engine_v[1]
 136 #define FG_M_n_engine              f->m_engine_v[2]
 137
 138     FG_VECTOR_3    m_gear_v;
 139 #define FG_M_gear_v                f->m_gear_v
 140 #define FG_M_l_gear                f->m_gear_v[0]
 141 #define FG_M_m_gear                f->m_gear_v[1]
 142 #define FG_M_n_gear                f->m_gear_v[2]
 143
 144 /*============================== Accelerations ============================*/
 145
 146     FG_VECTOR_3    v_dot_local_v;
 147 #define FG_V_dot_local_v           f->v_dot_local_v
 148 #define FG_V_dot_north             f->v_dot_local_v[0]
 149 #define FG_V_dot_east              f->v_dot_local_v[1]
 150 #define FG_V_dot_down              f->v_dot_local_v[2]
 151
 152     FG_VECTOR_3    v_dot_body_v;
 153 #define FG_V_dot_body_v            f->v_dot_body_v
 154 #define FG_U_dot_body              f->v_dot_body_v[0]
 155 #define FG_V_dot_body              f->v_dot_body_v[1]
 156 #define FG_W_dot_body              f->v_dot_body_v[2]
 157
 158     FG_VECTOR_3    a_cg_body_v;
 159 #define FG_A_cg_body_v             f->a_cg_body_v
 160 #define FG_A_X_cg                  f->a_cg_body_v[0]
 161 #define FG_A_Y_cg                  f->a_cg_body_v[1]
 162 #define FG_A_Z_cg                  f->a_cg_body_v[2]
 163
 164     FG_VECTOR_3    a_pilot_body_v;
 165 #define FG_A_pilot_body_v          f->a_pilot_body_v
 166 #define FG_A_X_pilot               f->a_pilot_body_v[0]
 167 #define FG_A_Y_pilot               f->a_pilot_body_v[1]
 168 #define FG_A_Z_pilot               f->a_pilot_body_v[2]
 169
 170     FG_VECTOR_3    n_cg_body_v;
 171 #define FG_N_cg_body_v             f->n_cg_body_v
 172 #define FG_N_X_cg                  f->n_cg_body_v[0]
 173 #define FG_N_Y_cg                  f->n_cg_body_v[1]
 174 #define FG_N_Z_cg                  f->n_cg_body_v[2]
 175
 176     FG_VECTOR_3    n_pilot_body_v;
 177 #define FG_N_pilot_body_v          f->n_pilot_body_v
 178 #define FG_N_X_pilot               f->n_pilot_body_v[0]
 179 #define FG_N_Y_pilot               f->n_pilot_body_v[1]
 180 #define FG_N_Z_pilot               f->n_pilot_body_v[2]
 181
 182     FG_VECTOR_3    omega_dot_body_v;
 183 #define FG_Omega_dot_body_v        f->omega_dot_body_v
 184 #define FG_P_dot_body              f->omega_dot_body_v[0]
 185 #define FG_Q_dot_body              f->omega_dot_body_v[1]
 186 #define FG_R_dot_body              f->omega_dot_body_v[2]
 187
 188
 189 /*============================== Velocities ===============================*/
 190
 191     FG_VECTOR_3    v_local_v;
 192 #define FG_V_local_v               f->v_local_v
 193 #define FG_V_north                 f->v_local_v[0]
 194 #define FG_V_east                  f->v_local_v[1]
 195 #define FG_V_down                  f->v_local_v[2]
 196
 197     FG_VECTOR_3    v_local_rel_ground_v; /* V rel w.r.t. earth surface   */
 198 #define FG_V_local_rel_ground_v    f->v_local_rel_ground_v
 199 #define FG_V_north_rel_ground      f->v_local_rel_ground_v[0]
 200 #define FG_V_east_rel_ground       f->v_local_rel_ground_v[1]
 201 #define FG_V_down_rel_ground       f->v_local_rel_ground_v[2]
 202
 203     FG_VECTOR_3    v_local_airmass_v;   /* velocity of airmass (steady winds) */
 204 #define FG_V_local_airmass_v       f->v_local_airmass_v
 205 #define FG_V_north_airmass         f->v_local_airmass_v[0]
 206 #define FG_V_east_airmass          f->v_local_airmass_v[1]
 207 #define FG_V_down_airmass          f->v_local_airmass_v[2]
 208
 209     FG_VECTOR_3    v_local_rel_airmass_v;  /* velocity of veh. relative to */
 210                                            /* airmass */
 211 #define FG_V_local_rel_airmass_v   f->v_local_rel_airmass_v
 212 #define FG_V_north_rel_airmass     f->v_local_rel_airmass_v[0]
 213 #define FG_V_east_rel_airmass      f->v_local_rel_airmass_v[1]
 214 #define FG_V_down_rel_airmass      f->v_local_rel_airmass_v[2]
 215
 216     FG_VECTOR_3    v_local_gust_v; /* linear turbulence components, L frame */
 217 #define FG_V_local_gust_v          f->v_local_gust_v
 218 #define FG_U_gust                  f->v_local_gust_v[0]
 219 #define FG_V_gust                  f->v_local_gust_v[1]
 220 #define FG_W_gust                  f->v_local_gust_v[2]
 221
 222     FG_VECTOR_3    v_wind_body_v;  /* Wind-relative velocities in body axis */
 223 #define FG_V_wind_body_v           f->v_wind_body_v
 224 #define FG_U_body                  f->v_wind_body_v[0]
 225 #define FG_V_body                  f->v_wind_body_v[1]
 226 #define FG_W_body                  f->v_wind_body_v[2]
 227
 228     double    v_rel_wind, v_true_kts, v_rel_ground, v_inertial;
 229     double    v_ground_speed, v_equiv, v_equiv_kts;
 230     double    v_calibrated, v_calibrated_kts;
 231 #define FG_V_rel_wind              f->v_rel_wind
 232 #define FG_V_true_kts              f->v_true_kts
 233 #define FG_V_rel_ground            f->v_rel_ground
 234 #define FG_V_inertial              f->v_inertial
 235 #define FG_V_ground_speed          f->v_ground_speed
 236 #define FG_V_equiv                 f->v_equiv
 237 #define FG_V_equiv_kts             f->v_equiv_kts
 238 #define FG_V_calibrated            f->v_calibrated
 239 #define FG_V_calibrated_kts        f->v_calibrated_kts
 240
 241     FG_VECTOR_3    omega_body_v;   /* Angular B rates      */
 242 #define FG_Omega_body_v            f->omega_body_v
 243 #define FG_P_body                  f->omega_body_v[0]
 244 #define FG_Q_body                  f->omega_body_v[1]
 245 #define FG_R_body                  f->omega_body_v[2]
 246
 247     FG_VECTOR_3    omega_local_v;  /* Angular L rates      */
 248 #define FG_Omega_local_v           f->omega_local_v
 249 #define FG_P_local                 f->omega_local_v[0]
 250 #define FG_Q_local                 f->omega_local_v[1]
 251 #define FG_R_local                 f->omega_local_v[2]
 252
 253     FG_VECTOR_3    omega_total_v;  /* Diff btw B & L       */
 254 #define FG_Omega_total_v           f->omega_total_v
 255 #define FG_P_total                 f->omega_total_v[0]
 256 #define FG_Q_total                 f->omega_total_v[1]
 257 #define FG_R_total                 f->omega_total_v[2]
 258
 259     FG_VECTOR_3    euler_rates_v;
 260 #define FG_Euler_rates_v           f->euler_rates_v
 261 #define FG_Phi_dot                 f->euler_rates_v[0]
 262 #define FG_Theta_dot               f->euler_rates_v[1]
 263 #define FG_Psi_dot                 f->euler_rates_v[2]
 264
 265     FG_VECTOR_3    geocentric_rates_v;     /* Geocentric linear velocities */
 266 #define FG_Geocentric_rates_v      f->geocentric_rates_v
 267 #define FG_Latitude_dot            f->geocentric_rates_v[0]
 268 #define FG_Longitude_dot           f->geocentric_rates_v[1]
 269 #define FG_Radius_dot              f->geocentric_rates_v[2]
 270
 271 /*=============================== Positions ===============================*/
 272
 273     FG_VECTOR_3    geocentric_position_v;
 274 #define FG_Geocentric_position_v   f->geocentric_position_v
 275 #define FG_Lat_geocentric          f->geocentric_position_v[0]
 276 #define FG_Lon_geocentric          f->geocentric_position_v[1]
 277 #define FG_Radius_to_vehicle       f->geocentric_position_v[2]
 278
 279     FG_VECTOR_3    geodetic_position_v;
 280 #define FG_Geodetic_position_v     f->geodetic_position_v
 281 #define FG_Latitude                f->geodetic_position_v[0]
 282 #define FG_Longitude               f->geodetic_position_v[1]
 283 #define FG_Altitude                f->geodetic_position_v[2]
 284
 285     FG_VECTOR_3    euler_angles_v;
 286 #define FG_Euler_angles_v          f->euler_angles_v
 287 #define FG_Phi                     f->euler_angles_v[0]
 288 #define FG_Theta                   f->euler_angles_v[1]
 289 #define FG_Psi                     f->euler_angles_v[2]
 290
 291 /*======================= Miscellaneous quantities ========================*/
 292
 293     double    t_local_to_body_m[3][3];    /* Transformation matrix L to B */
 294 #define FG_T_local_to_body_m       f->t_local_to_body_m
 295 #define FG_T_local_to_body_11      f->t_local_to_body_m[0][0]
 296 #define FG_T_local_to_body_12      f->t_local_to_body_m[0][1]
 297 #define FG_T_local_to_body_13      f->t_local_to_body_m[0][2]
 298 #define FG_T_local_to_body_21      f->t_local_to_body_m[1][0]
 299 #define FG_T_local_to_body_22      f->t_local_to_body_m[1][1]
 300 #define FG_T_local_to_body_23      f->t_local_to_body_m[1][2]
 301 #define FG_T_local_to_body_31      f->t_local_to_body_m[2][0]
 302 #define FG_T_local_to_body_32      f->t_local_to_body_m[2][1]
 303 #define FG_T_local_to_body_33      f->t_local_to_body_m[2][2]
 304
 305     double    gravity;            /* Local acceleration due to G  */
 306 #define FG_Gravity                 f->gravity
 307
 308     double    centrifugal_relief; /* load factor reduction due to speed */
 309 #define FG_Centrifugal_relief      f->centrifugal_relief
 310
 311     double    alpha, beta, alpha_dot, beta_dot;   /* in radians   */
 312 #define FG_Alpha                   f->alpha
 313 #define FG_Beta                    f->beta
 314 #define FG_Alpha_dot               f->alpha_dot
 315 #define FG_Beta_dot                f->beta_dot
 316
 317     double    cos_alpha, sin_alpha, cos_beta, sin_beta;
 318 #define FG_Cos_alpha               f->cos_alpha
 319 #define FG_Sin_alpha               f->sin_alpha
 320 #define FG_Cos_beta                f->cos_beta
 321 #define FG_Sin_beta                f->sin_beta
 322
 323     double    cos_phi, sin_phi, cos_theta, sin_theta, cos_psi, sin_psi;
 324 #define FG_Cos_phi                 f->cos_phi
 325 #define FG_Sin_phi                 f->sin_phi
 326 #define FG_Cos_theta               f->cos_theta
 327 #define FG_Sin_theta               f->sin_theta
 328 #define FG_Cos_psi                 f->cos_psi
 329 #define FG_Sin_psi                 f->sin_psi
 330
 331     double    gamma_vert_rad, gamma_horiz_rad;    /* Flight path angles   */
 332 #define FG_Gamma_vert_rad          f->gamma_vert_rad
 333 #define FG_Gamma_horiz_rad         f->gamma_horiz_rad
 334
 335     double    sigma, density, v_sound, mach_number;
 336 #define FG_Sigma                   f->sigma
 337 #define FG_Density                 f->density
 338 #define FG_V_sound                 f->v_sound
 339 #define FG_Mach_number             f->mach_number
 340
 341     double    static_pressure, total_pressure, impact_pressure;
 342     double    dynamic_pressure;
 343 #define FG_Static_pressure         f->static_pressure
 344 #define FG_Total_pressure          f->total_pressure
 345 #define FG_Impact_pressure         f->impact_pressure
 346 #define FG_Dynamic_pressure        f->dynamic_pressure
 347
 348     double    static_temperature, total_temperature;
 349 #define FG_Static_temperature      f->static_temperature
 350 #define FG_Total_temperature       f->total_temperature
 351
 352     double    sea_level_radius, earth_position_angle;
 353 #define FG_Sea_level_radius        f->sea_level_radius
 354 #define FG_Earth_position_angle    f->earth_position_angle
 355
 356     double    runway_altitude, runway_latitude, runway_longitude;
 357     double    runway_heading;
 358 #define FG_Runway_altitude         f->runway_altitude
 359 #define FG_Runway_latitude         f->runway_latitude
 360 #define FG_Runway_longitude        f->runway_longitude
 361 #define FG_Runway_heading          f->runway_heading
 362
 363     double    radius_to_rwy;
 364 #define FG_Radius_to_rwy           f->radius_to_rwy
 365
 366     FG_VECTOR_3    d_cg_rwy_local_v;       /* CG rel. to rwy in local coords */
 367 #define FG_D_cg_rwy_local_v        f->d_cg_rwy_local_v
 368 #define FG_D_cg_north_of_rwy       f->d_cg_rwy_local_v[0]
 369 #define FG_D_cg_east_of_rwy        f->d_cg_rwy_local_v[1]
 370 #define FG_D_cg_above_rwy          f->d_cg_rwy_local_v[2]
 371
 372     FG_VECTOR_3    d_cg_rwy_rwy_v; /* CG relative to rwy, in rwy coordinates */
 373 #define FG_D_cg_rwy_rwy_v          f->d_cg_rwy_rwy_v
 374 #define FG_X_cg_rwy                f->d_cg_rwy_rwy_v[0]
 375 #define FG_Y_cg_rwy                f->d_cg_rwy_rwy_v[1]
 376 #define FG_H_cg_rwy                f->d_cg_rwy_rwy_v[2]
 377
 378     FG_VECTOR_3    d_pilot_rwy_local_v;  /* pilot rel. to rwy in local coords */
 379 #define FG_D_pilot_rwy_local_v     f->d_pilot_rwy_local_v
 380 #define FG_D_pilot_north_of_rwy    f->d_pilot_rwy_local_v[0]
 381 #define FG_D_pilot_east_of_rwy     f->d_pilot_rwy_local_v[1]
 382 #define FG_D_pilot_above_rwy       f->d_pilot_rwy_local_v[2]
 383
 384     FG_VECTOR_3   d_pilot_rwy_rwy_v;   /* pilot rel. to rwy, in rwy coords. */
 385 #define FG_D_pilot_rwy_rwy_v       f->d_pilot_rwy_rwy_v
 386 #define FG_X_pilot_rwy             f->d_pilot_rwy_rwy_v[0]
 387 #define FG_Y_pilot_rwy             f->d_pilot_rwy_rwy_v[1]
 388 #define FG_H_pilot_rwy             f->d_pilot_rwy_rwy_v[2]
 389
 390 } fgFLIGHT, *pfgFlight;
 391
 392
 393 extern fgFLIGHT cur_flight_params;
 394
 395
 396 /* General interface to the flight model routines */
 397
 398 /* Initialize the flight model parameters */
 399 int fgFlightModelInit(int model, fgFLIGHT *f, double dt);
 400
 401 /* Run multiloop iterations of the flight model */
 402 int fgFlightModelUpdate(int model, fgFLIGHT *f, int multiloop);
 403
 404
 405 #ifdef __cplusplus
 406 }
 407 #endif
 408
 409
 410 #endif /* _FLIGHT_H */
 411
 412
 413 /* $Log$
 414 /* Revision 1.15  1998/04/21 16:59:33  curt
 415 /* Integrated autopilot.
 416 /* Prepairing for C++ integration.
 417 /*
 418  * Revision 1.14  1998/02/07 15:29:37  curt
 419  * Incorporated HUD changes and struct/typedef changes from Charlie Hotchkiss
 420  * <chotchkiss@namg.us.anritsu.com>
 421  *
 422  * Revision 1.13  1998/01/24 00:04:59  curt
 423  * misc. tweaks.
 424  *
 425  * Revision 1.12  1998/01/22 02:59:32  curt
 426  * Changed #ifdef FILE_H to #ifdef _FILE_H
 427  *
 428  * Revision 1.11  1998/01/19 19:27:03  curt
 429  * Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 430  * This should simplify things tremendously.
 431  *
 432  * Revision 1.10  1997/12/10 22:37:43  curt
 433  * Prepended "fg" on the name of all global structures that didn't have it yet.
 434  * i.e. "struct WEATHER {}" became "struct fgWEATHER {}"
 435  *
 436  * Revision 1.9  1997/09/04 02:17:33  curt
 437  * Shufflin' stuff.
 438  *
 439  * Revision 1.8  1997/08/27 03:30:06  curt
 440  * Changed naming scheme of basic shared structures.
 441  *
 442  * Revision 1.7  1997/07/23 21:52:19  curt
 443  * Put comments around the text after an #endif for increased portability.
 444  *
 445  * Revision 1.6  1997/06/21 17:52:22  curt
 446  * Continue directory shuffling ... everything should be compilable/runnable
 447  * again.
 448  *
 449  * Revision 1.5  1997/06/21 17:12:49  curt
 450  * Capitalized subdirectory names.
 451  *
 452  * Revision 1.4  1997/05/29 22:39:57  curt
 453  * Working on incorporating the LaRCsim flight model.
 454  *
 455  * Revision 1.3  1997/05/29 02:32:25  curt
 456  * Starting to build generic flight model interface.
 457  *
 458  * Revision 1.2  1997/05/23 15:40:37  curt
 459  * Added GNU copyright headers.
 460  *
 461  * Revision 1.1  1997/05/16 16:04:45  curt
 462  * Initial revision.
 463  *
 464  */