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 #include "boost/tuple/tuple.hpp"
  31 using namespace boost;
  32
  33 #include <cmath>
  34
  35 using namespace std;
  36
  37 /**
  38  * Model the atmosphere in a way consistent with the laws
  39  * of physics.
  40  *
  41  * Each instance of this class models a particular air mass.
  42  * You may freely move up, down, or sideways in the air mass.
  43  * In contrast, if you want to compare different air masses,
  44  * you should use a separate instance for each one.
  45  *
  46  * See also ./environment.hxx
  47  */
  48
  49 #define SCD(name,val) const double name(val)
  50 namespace atmodel {
  51     SCD(g, 9.80665);            // [m/s/s] acceleration of gravity
  52     SCD(mm, .0289644);          // [kg/mole] molar mass of air (dry?)
  53     SCD(Rgas, 8.31432);         // [J/K/mole] gas constant
  54     SCD(inch, 0.0254);          // [m] definition of inch
  55     SCD(foot, 12 * inch);       // [m]
  56     SCD(inHg, 101325.0 / 760 * 1000 * inch);  // [Pa] definition of inHg
  57     SCD(mbar, 100.);            // [Pa] definition of millibar
  58     SCD(freezing, 273.15);      // [K] centigrade - kelvin offset
  59     SCD(nm, 1852);              // [m] nautical mile (NIST)
  60     SCD(sm, 5280*foot);         // [m] nautical mile (NIST)
  61
  62     namespace ISA {
  63         SCD(P0, 101325.0);              // [pascals] ISA sea-level pressure
  64         SCD(T0, 15. + freezing);        // [K] ISA sea-level temperature
  65         SCD(lam0, .0065);               // [K/m] ISA troposphere lapse rate
  66     }
  67 }
  68 #undef SCD
  69
  70
  71
  72 class ISA_layer {
  73 public:
  74   double height;
  75   double temp;
  76   double lapse;
  77   ISA_layer(int, double h, double, double, double, double t, double,
  78                     double l=-1, double=0)
  79    :  height(h),        // [meters]
  80       temp(t),          // [kelvin]
  81       lapse(l)          // [K/m]
  82   {}
  83 };
  84
  85 extern const ISA_layer ISA_def[];
  86
  87 tuple<double,double> PT_vs_hpt(
  88           const double hh,
  89           const double _p0 = atmodel::ISA::P0,
  90           const double _t0 = atmodel::ISA::T0);
  91
  92 double P_layer(const double height, const double href,
  93   const double Pref, const double Tref, const double lapse );
  94
  95 double T_layer(const double height, const double href,
  96   const double Pref, const double Tref,  const double lapse );
  97
  98 // The base class is little more than a namespace.
  99 // It has no constructor, no destructor, and no variables.
 100 class FGAtmo {
 101 public:
 102     double a_vs_p(const double press, const double qnh = atmodel::ISA::P0);
 103     double fake_T_vs_a_us(const double h_ft,
 104                 const double Tsl = atmodel::ISA::T0) const;
 105     double fake_dp_vs_a_us(const double dpsl, const double h_ft);
 106     void check_one(const double height);
 107
 108 // Altimeter setting _in pascals_
 109 //  ... caller gets to convert to inHg or millibars
 110 // Field elevation in m
 111 // Field pressure in pascals
 112 // Valid for fields within the troposphere only.
 113     double QNH(const double field_elev, const double field_press);
 114 };
 115
 116
 117
 118 class FGAtmoCache : FGAtmo {
 119     friend class FGAltimeter;
 120     SGInterpTable * a_tvs_p;    // _tvs_ means "tabulated versus"
 121
 122 public:
 123     FGAtmoCache();
 124     ~FGAtmoCache();
 125     void tabulate();
 126     void cache();
 127     void check_model();  // debug
 128 };
 129
 130
 131
 132 class FGAltimeter : public FGAtmoCache {
 133     double kset;
 134     double kft;
 135
 136 public:
 137     FGAltimeter();
 138     double reading_ft(const double p_inHg,
 139             const double set_inHg = atmodel::ISA::P0/atmodel::inHg);
 140     inline double press_alt_ft(const double p_inHg) {
 141         return a_tvs_p->interpolate(p_inHg);
 142     }
 143     inline double kollsman_ft(const double set_inHg) {
 144         return a_tvs_p->interpolate(set_inHg);
 145     }
 146
 147     // debug
 148     void dump_stack();
 149     void dump_stack1(const double Tref);
 150 };
 151
 152 #endif // _ATMOSPHERE_HXX