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 #ifdef SG_HAVE_STD_INCLUDES
  32 #  include <cmath>
  33 #else
  34 #  include <math.h>
  35 #endif
  36
  37 using namespace std;
  38
  39 /**
  40  * Model the atmosphere in a way consistent with the laws
  41  * of physics.
  42  *
  43  * Each instance of this class models a particular air mass.
  44  * You may freely move up, down, or sideways in the air mass.
  45  * In contrast, if you want to compare different air masses,
  46  * you should use a separate instance for each one.
  47  *
  48  * See also ./environment.hxx
  49  */
  50
  51 #define SCD(name,val) const double name(val)
  52 namespace atmodel {
  53     SCD(g, 9.80665);            // [m/s/s] acceleration of gravity
  54     SCD(mm, .0289644);          // [kg/mole] molar mass of air (dry?)
  55     SCD(Rgas, 8.31432);         // [J/K/mole] gas constant
  56     SCD(inch, 0.0254);          // [m] definition of inch
  57     SCD(foot, 12 * inch);               // [m]
  58     SCD(inHg, 101325.0 / 760 * 1000 * inch);  // [Pa] definition of inHg
  59     SCD(freezing, 273.15);      // [K] centigrade - kelvin offset
  60     SCD(nm, 1852);              // [m] nautical mile (NIST)
  61     SCD(sm, 5280*foot);         // [m] nautical mile (NIST)
  62
  63     namespace ISA {
  64         SCD(P0, 101325.0);              // [pascals] ISA sea-level pressure
  65         SCD(T0, 15. + freezing);        // [K] ISA sea-level temperature
  66         SCD(lam0, .0065);               // [K/m] ISA troposphere lapse rate
  67     }
  68 }
  69 #undef SCD
  70
  71
  72
  73 // The base class is little more than a namespace.
  74 // It has no constructor, no destructor, and no variables.
  75 class FGAtmo {
  76 public:
  77     double p_vs_a(const double height);
  78     double a_vs_p(const double press, const double qnh = atmodel::ISA::P0);
  79     double fake_t_vs_a_us(const double h_ft);
  80     double fake_dp_vs_a_us(const double dpsl, const double h_ft);
  81     double P_layer(const double height, const double href,
  82     const double Pref, const double Tref,
  83     const double lapse );
  84     void check_one(const double height);
  85     double qnh(const double field_ft, const double press_in);
  86 };
  87
  88
  89
  90 class FGAtmoCache : FGAtmo {
  91     friend class FGAltimeter;
  92     SGInterpTable * a_tvs_p;    // _tvs_ means "tabulated versus"
  93
  94 public:
  95     FGAtmoCache();
  96     ~FGAtmoCache();
  97     void tabulate();
  98     void cache();
  99     void check_model();  // debug
 100 };
 101
 102
 103
 104 class FGAltimeter : public FGAtmoCache {
 105     double kset;
 106     double kft;
 107
 108 public:
 109     FGAltimeter();
 110     double reading_ft(const double p_inHg,
 111             const double set_inHg = atmodel::ISA::P0/atmodel::inHg);
 112     inline double press_alt_ft(const double p_inHg) {
 113         return a_tvs_p->interpolate(p_inHg);
 114     }
 115     inline double kollsman_ft(const double set_inHg) {
 116         return a_tvs_p->interpolate(set_inHg);
 117     }
 118
 119     // debug
 120     void dump_stack();
 121     void dump_stack1(const double Tref);
 122 };
 123
 124 #endif // _ATMOSPHERE_HXX