src/Environment/atmosphere.hxx

   1 // atmosphere.hxx -- routines to model the air column
   2 //
   3 // Written by David Megginson, started February 2002.
   4 // Modified by John Denker to correct physics errors in 2007
   5 //
   6 // Copyright (C) 2002  David Megginson - david@megginson.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., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  21 //
  22 // $Id$
  23
  24
  25 #ifndef _ATMOSPHERE_HXX
  26 #define _ATMOSPHERE_HXX
  27
  28 #include <simgear/compiler.h>
  29 #include <simgear/math/interpolater.hxx>
  30
  31 #include <cmath>
  32
  33 using namespace std;
  34
  35 /**
  36  * Model the atmosphere in a way consistent with the laws
  37  * of physics.
  38  *
  39  * Each instance of this class models a particular air mass.
  40  * You may freely move up, down, or sideways in the air mass.
  41  * In contrast, if you want to compare different air masses,
  42  * you should use a separate instance for each one.
  43  *
  44  * See also ./environment.hxx
  45  */
  46
  47 #define SCD(name,val) const double name(val)
  48 namespace atmodel {
  49     SCD(g, 9.80665);            // [m/s/s] acceleration of gravity
  50     SCD(mm, .0289644);          // [kg/mole] molar mass of air (dry?)
  51     SCD(Rgas, 8.31432);         // [J/K/mole] gas constant
  52     SCD(inch, 0.0254);          // [m] definition of inch
  53     SCD(foot, 12 * inch);               // [m]
  54     SCD(inHg, 101325.0 / 760 * 1000 * inch);  // [Pa] definition of inHg
  55     SCD(freezing, 273.15);      // [K] centigrade - kelvin offset
  56     SCD(nm, 1852);              // [m] nautical mile (NIST)
  57     SCD(sm, 5280*foot);         // [m] nautical mile (NIST)
  58
  59     namespace ISA {
  60         SCD(P0, 101325.0);              // [pascals] ISA sea-level pressure
  61         SCD(T0, 15. + freezing);        // [K] ISA sea-level temperature
  62         SCD(lam0, .0065);               // [K/m] ISA troposphere lapse rate
  63     }
  64 }
  65 #undef SCD
  66
  67
  68
  69 // The base class is little more than a namespace.
  70 // It has no constructor, no destructor, and no variables.
  71 class FGAtmo {
  72 public:
  73     double p_vs_a(const double height);
  74     double a_vs_p(const double press, const double qnh = atmodel::ISA::P0);
  75     double fake_t_vs_a_us(const double h_ft);
  76     double fake_dp_vs_a_us(const double dpsl, const double h_ft);
  77     double P_layer(const double height, const double href,
  78     const double Pref, const double Tref,
  79     const double lapse );
  80     void check_one(const double height);
  81     double qnh(const double field_ft, const double press_in);
  82 };
  83
  84
  85
  86 class FGAtmoCache : FGAtmo {
  87     friend class FGAltimeter;
  88     SGInterpTable * a_tvs_p;    // _tvs_ means "tabulated versus"
  89
  90 public:
  91     FGAtmoCache();
  92     ~FGAtmoCache();
  93     void tabulate();
  94     void cache();
  95     void check_model();  // debug
  96 };
  97
  98
  99
 100 class FGAltimeter : public FGAtmoCache {
 101     double kset;
 102     double kft;
 103
 104 public:
 105     FGAltimeter();
 106     double reading_ft(const double p_inHg,
 107             const double set_inHg = atmodel::ISA::P0/atmodel::inHg);
 108     inline double press_alt_ft(const double p_inHg) {
 109         return a_tvs_p->interpolate(p_inHg);
 110     }
 111     inline double kollsman_ft(const double set_inHg) {
 112         return a_tvs_p->interpolate(set_inHg);
 113     }
 114
 115     // debug
 116     void dump_stack();
 117     void dump_stack1(const double Tref);
 118 };
 119
 120 #endif // _ATMOSPHERE_HXX