src/FDM/IO360.hxx

   1 // Module:        10520c.c
   2 //  Author:       Phil Schubert
   3 //  Date started: 12/03/99
   4 //  Purpose:      Models a Continental IO-520-M Engine
   5 //  Called by:    FGSimExec
   6 //
   7 //  Copyright (C) 1999  Philip L. Schubert (philings@ozemail.com.au)
   8 //
   9 // This program is free software; you can redistribute it and/or
  10 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
  11 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  12 // License, or (at your option) any later version.
  13 //
  14 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  15 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17 // General Public License for more details.
  18 //
  19 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  20 // along with this program; if not, write to the Free Software
  21 // Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
  22 // 02111-1307, USA.
  23 //
  24 // Further information about the GNU General Public License can also
  25 // be found on the world wide web at http://www.gnu.org.
  26 //
  27 // FUNCTIONAL DESCRIPTION
  28 // ------------------------------------------------------------------------
  29 // Models a Continental IO-520-M engine. This engine is used in Cessna
  30 // 210, 310, Beechcraft Bonaza and Baron C55. The equations used below
  31 // were determined by a first and second order curve fits using Excel.
  32 // The data is from the Cessna Aircraft Corporations Engine and Flight
  33 // Computer for C310. Part Number D3500-13
  34 //
  35 // ARGUMENTS
  36 // ------------------------------------------------------------------------
  37 //
  38 //
  39 // HISTORY
  40 // ------------------------------------------------------------------------
  41 // 12/03/99     PLS     Created
  42 // 07/03/99     PLS     Added Calculation of Density, and Prop_Torque
  43 // 07/03/99     PLS     Restructered Variables to allow easier implementation
  44 //                      of Classes
  45 // 15/03/99     PLS     Added Oil Pressure, Oil Temperature and CH Temp
  46 // ------------------------------------------------------------------------
  47 // INCLUDES
  48 // ------------------------------------------------------------------------
  49
  50 #ifndef _IO360_HXX_
  51 #define _IO360_HXX_
  52
  53 #define NEVS_PROP_MODEL
  54
  55 #ifndef NEVS_PROP_MODEL
  56 #define PHILS_PROP_MODEL
  57 #endif
  58
  59 #include <simgear/compiler.h>
  60
  61 #include <iostream>
  62 #include <fstream>
  63 #include <math.h>
  64
  65 FG_USING_STD(ofstream);
  66
  67 class FGEngine {
  68
  69 private:
  70
  71
  72
  73     float CONVERT_HP_TO_WATTS;
  74     float CONVERT_CUBIC_INCHES_TO_METERS_CUBED;
  75
  76     // Control and environment inputs
  77     float IAS;
  78     // 0 = Closed, 100 = Fully Open
  79     float Throttle_Lever_Pos;
  80     // 0 = Full Course 100 = Full Fine
  81     float Propeller_Lever_Pos;
  82     // 0 = Idle Cut Off 100 = Full Rich
  83     float Mixture_Lever_Pos;
  84
  85     // Engine Specific Variables used by this program that have limits.
  86     // Will be set in a parameter file to be read in to create
  87     // and instance for each engine.
  88     float Max_Manifold_Pressure;  //will be lower than ambient pressure for a non turbo/super charged engine due to losses through the throttle.  This is the sea level full throttle value.
  89     float Min_Manifold_Pressure;  //Closed throttle valueat idle - governed by the idle bypass valve
  90     float Max_RPM;
  91     float Min_RPM;
  92     float Max_Fuel_Flow;
  93     float Mag_Derate_Percent;
  94     float MaxHP;
  95     float Gear_Ratio;
  96
  97     // Initialise Engine Variables used by this instance
  98     float Percentage_Power;     // Power output as percentage of maximum power output
  99     float Manifold_Pressure;    // Inches
 100     float RPM;
 101     float Fuel_Flow;            // lbs/hour
 102     float Torque;
 103     float CHT;                  // Cylinder head temperature
 104     float EGT;                  // Exhaust gas temperature
 105     float Mixture;
 106     float Oil_Pressure;         // PSI
 107     float Oil_Temp;             // Deg C
 108     float HP;                   // Current power output in HP
 109     float Power_SI;             // Current power output in Watts
 110     float Torque_SI;            // Torque in Nm
 111     float RPS;
 112     float Torque_Imbalance;
 113     float Desired_RPM;          // The RPM that we wish the constant speed prop to maintain if possible
 114     bool  started;              //flag to indicate the engine is running self sustaining
 115     bool  cranking;             //flag to indicate the engine is being cranked
 116
 117     //DCL
 118     float volumetric_efficiency;
 119     float combustion_efficiency;
 120     float equivalence_ratio;
 121     float v_dot_air;
 122     float m_dot_air;
 123     float m_dot_fuel;
 124     float swept_volume;
 125     float True_Manifold_Pressure;   //in Hg
 126     float rho_air_manifold;
 127     float R_air;
 128     float p_amb_sea_level;      // Pascals
 129     float p_amb;                // Pascals
 130     float T_amb;                // deg Kelvin
 131     float calorific_value_fuel;
 132     float thi_sea_level;
 133     float delta_T_exhaust;
 134     float displacement;         // Engine displacement in cubic inches - to be read in from config file for each engine
 135     float displacement_SI;      // ditto in meters cubed
 136     float Cp_air;               // J/KgK
 137     float Cp_fuel;              // J/KgK
 138     float heat_capacity_exhaust;
 139     float enthalpy_exhaust;
 140     float Percentage_of_best_power_mixture_power;
 141     float abstract_mixture;     //temporary hack
 142     float engine_inertia;       //kg.m^2
 143     float prop_inertia;         //kg.m^2
 144     float angular_acceleration; //rad/s^2
 145     double time_step;
 146
 147     // Initialise Propellor Variables used by this instance
 148     float FGProp1_Angular_V;
 149     float FGProp1_Coef_Drag;
 150     float FGProp1_Torque;
 151     float FGProp1_Thrust;
 152     float FGProp1_RPS;
 153     float FGProp1_Coef_Lift;
 154     float Alpha1;
 155     float FGProp1_Blade_Angle;
 156     float FGProp_Fine_Pitch_Stop;
 157
 158 #ifdef NEVS_PROP_MODEL
 159     //Extra Propellor variables used by Nev's prop model
 160     float prop_fudge_factor;
 161     float prop_torque;  //Nm
 162     float prop_thrust;
 163     float blade_length;
 164     float allowance_for_spinner;
 165     float num_elements;
 166     float distance;
 167     float number_of_blades;
 168     float forward_velocity;
 169     float angular_velocity_SI;
 170     float element;
 171     float element_drag;
 172     float element_lift;
 173     float element_torque;
 174     float rho_air;
 175     float prop_power_consumed_SI;
 176     float prop_power_consumed_HP;
 177     float theta[6];     //prop angle of each element
 178 #endif // NEVS_PROP_MODEL
 179
 180     // Other internal values
 181     float Rho;
 182
 183     // Calculate Engine RPM based on Propellor Lever Position
 184     float Calc_Engine_RPM (float Position);
 185
 186     // Calculate combustion efficiency based on equivalence ratio
 187     float Lookup_Combustion_Efficiency(float thi_actual);
 188
 189     // Calculate exhaust gas temperature rise
 190     float Calculate_Delta_T_Exhaust(void);
 191
 192 public:
 193
 194     ofstream outfile;
 195
 196     //constructor
 197     FGEngine() {
 198 //      outfile.open("FGEngine.dat", ios::out|ios::trunc);
 199     }
 200
 201     //destructor
 202     ~FGEngine() {
 203 //      outfile.close();
 204     }
 205
 206     // set initial default values
 207     void init(double dt);
 208
 209     // update the engine model based on current control positions
 210     void update();
 211
 212     inline void set_IAS( float value ) { IAS = value; }
 213     inline void set_Throttle_Lever_Pos( float value ) {
 214         Throttle_Lever_Pos = value;
 215     }
 216     inline void set_Propeller_Lever_Pos( float value ) {
 217         Propeller_Lever_Pos = value;
 218     }
 219     inline void set_Mixture_Lever_Pos( float value ) {
 220         Mixture_Lever_Pos = value;
 221     }
 222
 223     // accessors
 224     inline float get_RPM() const { return RPM; }
 225     inline float get_Manifold_Pressure() const { return Manifold_Pressure; }
 226     inline float get_FGProp1_Thrust() const { return FGProp1_Thrust; }
 227     inline float get_FGProp1_Blade_Angle() const { return FGProp1_Blade_Angle; }
 228
 229     inline float get_Rho() const { return Rho; }
 230     inline float get_MaxHP() const { return MaxHP; }
 231     inline float get_Percentage_Power() const { return Percentage_Power; }
 232     inline float get_EGT() const { return EGT; }
 233     inline float get_prop_thrust_SI() const { return prop_thrust; }
 234 };
 235
 236
 237 #endif // _10520D_HXX_