LaRCsim/ls_accel.c

   1 /***************************************************************************
   2
   3   TITLE:        ls_Accel
   4
   5   ----------------------------------------------------------------------------
   6
   7   FUNCTION:     Sums forces and moments and calculates accelerations
   8
   9   ----------------------------------------------------------------------------
  10
  11   MODULE STATUS:        developmental
  12
  13   ----------------------------------------------------------------------------
  14
  15   GENEALOGY:    Written 920731 by Bruce Jackson.  Based upon equations
  16   given in reference [1] and a Matrix-X/System Build block
  17   diagram model of equations of motion coded by David Raney
  18   at NASA-Langley in June of 1992.
  19
  20   ----------------------------------------------------------------------------
  21
  22   DESIGNED BY:  Bruce Jackson
  23
  24   CODED BY:             Bruce Jackson
  25
  26   MAINTAINED BY:
  27
  28   ----------------------------------------------------------------------------
  29
  30   MODIFICATION HISTORY:
  31
  32   DATE          PURPOSE
  33
  34   931007    Moved calculations of auxiliary accelerations here from ls_aux.c                                                                    BY
  35             and corrected minus sign in front of A_Y_Pilot
  36             contribution from Q_body*P_body*D_X_pilot term.
  37   940111    Changed DATA to SCALAR; updated header files
  38
  39 $Header$
  40 $Log$
  41 Revision 1.2  1998/01/19 18:40:24  curt
  42 Tons of little changes to clean up the code and to remove fatal errors
  43 when building with the c++ compiler.
  44
  45 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:53  curt
  46 Initial Flight Gear revision.
  47
  48  * Revision 1.5  1994/01/11  18:42:16  bjax
  49  * Oops! Changed data types from DATA to SCALAR for precision control.
  50  *
  51  * Revision 1.4  1994/01/11  18:36:58  bjax
  52  * Removed ls_eom.h include directive; replaced with ls_types, ls_constants,
  53  * and ls_generic.h includes.
  54  *
  55  * Revision 1.3  1993/10/07  18:45:24  bjax
  56  * Added local defn of d[xyz]_pilot_from_cg to support previous mod. EBJ
  57  *
  58  * Revision 1.2  1993/10/07  18:41:31  bjax
  59  * Moved calculations of auxiliary accelerations here from ls_aux, and
  60  * corrected sign on Q_body*P_body*d_x_pilot term of A_Y_pilot calc.  EBJ
  61  *
  62  * Revision 1.1  1992/12/30  13:17:02  bjax
  63  * Initial revision
  64  *
  65
  66   ----------------------------------------------------------------------------
  67
  68   REFERENCES:
  69
  70   [  1] McFarland, Richard E.: "A Standard Kinematic Model
  71   for Flight Simulation at NASA-Ames", NASA CR-2497,
  72   January 1975
  73
  74   ----------------------------------------------------------------------------
  75
  76   CALLED BY:
  77
  78   ----------------------------------------------------------------------------
  79
  80   CALLS TO:
  81
  82   ----------------------------------------------------------------------------
  83
  84   INPUTS:  Aero, engine, gear forces & moments
  85
  86   ----------------------------------------------------------------------------
  87
  88   OUTPUTS:      State derivatives
  89
  90   -------------------------------------------------------------------------*/
  91 #include "ls_types.h"
  92 #include "ls_generic.h"
  93 #include "ls_constants.h"
  94 #include "ls_accel.h"
  95 #include <math.h>
  96
  97 void ls_accel( void ) {
  98
  99   SCALAR        inv_Mass, inv_Radius;
 100   SCALAR        ixz2, c0, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8, c9, c10;
 101   SCALAR        dx_pilot_from_cg, dy_pilot_from_cg, dz_pilot_from_cg;
 102
 103
 104   /* Sum forces and moments at reference point */
 105
 106
 107   F_X = F_X_aero + F_X_engine + F_X_gear;
 108   F_Y = F_Y_aero + F_Y_engine + F_Y_gear;
 109   F_Z = F_Z_aero + F_Z_engine + F_Z_gear;
 110
 111   M_l_rp = M_l_aero + M_l_engine + M_l_gear;
 112   M_m_rp = M_m_aero + M_m_engine + M_m_gear;
 113   M_n_rp = M_n_aero + M_n_engine + M_n_gear;
 114
 115   /* Transfer moments to center of gravity */
 116
 117   M_l_cg = M_l_rp + F_Y*Dz_cg - F_Z*Dy_cg;
 118   M_m_cg = M_m_rp + F_Z*Dx_cg - F_X*Dz_cg;
 119   M_n_cg = M_n_rp + F_X*Dy_cg - F_Y*Dx_cg;
 120
 121   /* Transform from body to local frame */
 122
 123   F_north = T_local_to_body_11*F_X + T_local_to_body_21*F_Y
 124     + T_local_to_body_31*F_Z;
 125   F_east  = T_local_to_body_12*F_X + T_local_to_body_22*F_Y
 126     + T_local_to_body_32*F_Z;
 127   F_down  = T_local_to_body_13*F_X + T_local_to_body_23*F_Y
 128     + T_local_to_body_33*F_Z;
 129
 130   /* Calculate linear accelerations */
 131
 132   inv_Mass = 1/Mass;
 133   inv_Radius = 1/Radius_to_vehicle;
 134   V_dot_north = inv_Mass*F_north +
 135     inv_Radius*(V_north*V_down - V_east*V_east*tan(Lat_geocentric));
 136   V_dot_east  = inv_Mass*F_east  +
 137     inv_Radius*(V_east*V_down + V_north*V_east*tan(Lat_geocentric));
 138   V_dot_down  = inv_Mass*(F_down) + Gravity -
 139     inv_Radius*(V_north*V_north + V_east*V_east);
 140
 141   /* Invert the symmetric inertia matrix */
 142
 143   ixz2 = I_xz*I_xz;
 144   c0  = 1/(I_xx*I_zz - ixz2);
 145   c1  = c0*((I_yy-I_zz)*I_zz - ixz2);
 146   c2  = c0*I_xz*(I_xx - I_yy + I_zz);
 147   c3  = c0*I_zz;
 148   c4  = c0*I_xz;
 149   c7  = 1/I_yy;
 150   c5  = c7*(I_zz - I_xx);
 151   c6  = c7*I_xz;
 152   c8  = c0*((I_xx - I_yy)*I_xx + ixz2);
 153   c9  = c0*I_xz*(I_yy - I_zz - I_xx);
 154   c10 = c0*I_xx;
 155
 156   /* Calculate the rotational body axis accelerations */
 157
 158   P_dot_body = (c1*R_body + c2*P_body)*Q_body + c3*M_l_cg +  c4*M_n_cg;
 159   Q_dot_body = c5*R_body*P_body + c6*(R_body*R_body - P_body*P_body) + c7*M_m_cg;
 160   R_dot_body = (c8*P_body + c9*R_body)*Q_body + c4*M_l_cg + c10*M_n_cg;
 161
 162   /* Calculate body axis accelerations (move to ls_accel?)      */
 163
 164     inv_Mass = 1/Mass;
 165
 166     A_X_cg = F_X * inv_Mass;
 167     A_Y_cg = F_Y * inv_Mass;
 168     A_Z_cg = F_Z * inv_Mass;
 169
 170     dx_pilot_from_cg = Dx_pilot - Dx_cg;
 171     dy_pilot_from_cg = Dy_pilot - Dy_cg;
 172     dz_pilot_from_cg = Dz_pilot - Dz_cg;
 173
 174     A_X_pilot = A_X_cg  + (-R_body*R_body - Q_body*Q_body)*dx_pilot_from_cg
 175                                             + ( P_body*Q_body - R_dot_body   )*dy_pilot_from_cg
 176                                             + ( P_body*R_body + Q_dot_body   )*dz_pilot_from_cg;
 177     A_Y_pilot = A_Y_cg  + ( P_body*Q_body + R_dot_body   )*dx_pilot_from_cg
 178                                             + (-P_body*P_body - R_body*R_body)*dy_pilot_from_cg
 179                                             + ( Q_body*R_body - P_dot_body   )*dz_pilot_from_cg;
 180     A_Z_pilot = A_Z_cg  + ( P_body*R_body - Q_dot_body   )*dx_pilot_from_cg
 181                                             + ( Q_body*R_body + P_dot_body   )*dy_pilot_from_cg
 182                                             + (-Q_body*Q_body - P_body*P_body)*dz_pilot_from_cg;
 183
 184     N_X_cg = INVG*A_X_cg;
 185     N_Y_cg = INVG*A_Y_cg;
 186     N_Z_cg = INVG*A_Z_cg;
 187
 188     N_X_pilot = INVG*A_X_pilot;
 189     N_Y_pilot = INVG*A_Y_pilot;
 190     N_Z_pilot = INVG*A_Z_pilot;
 191
 192
 193     U_dot_body = T_local_to_body_11*V_dot_north + T_local_to_body_12*V_dot_east
 194                                     + T_local_to_body_13*V_dot_down - Q_total*W_body + R_total*V_body;
 195     V_dot_body = T_local_to_body_21*V_dot_north + T_local_to_body_22*V_dot_east
 196                                     + T_local_to_body_23*V_dot_down - R_total*U_body + P_total*W_body;
 197     W_dot_body = T_local_to_body_31*V_dot_north + T_local_to_body_32*V_dot_east
 198                                     + T_local_to_body_33*V_dot_down - P_total*V_body + Q_total*U_body;
 199     /* End of ls_accel */
 200
 201 }
 202 /**************************************************************************/
 203
 204
 205
 206