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 DCL_PROP_MODEL
  54 //#define NEVS_PROP_MODEL
  55 //#define PHILS_PROP_MODEL
  56
  57 #include <simgear/compiler.h>
  58
  59 #include <iostream>
  60 #include <fstream>
  61 #include <math.h>
  62
  63 FG_USING_STD(ofstream);
  64
  65 class FGNewEngine {
  66
  67 private:
  68
  69
  70
  71     float CONVERT_HP_TO_WATTS;
  72     float CONVERT_CUBIC_INCHES_TO_METERS_CUBED;
  73
  74     // Control and environment inputs
  75     float IAS;
  76     // 0 = Closed, 100 = Fully Open
  77     float Throttle_Lever_Pos;
  78     // 0 = Full Course 100 = Full Fine
  79     float Propeller_Lever_Pos;
  80     // 0 = Idle Cut Off 100 = Full Rich
  81     float Mixture_Lever_Pos;
  82
  83     // Engine Specific Variables used by this program that have limits.
  84     // Will be set in a parameter file to be read in to create
  85     // and instance for each engine.
  86     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.
  87     float Min_Manifold_Pressure;  //Closed throttle valueat idle - governed by the idle bypass valve
  88     float Max_RPM;
  89     float Min_RPM;
  90     float Max_Fuel_Flow;
  91     float Mag_Derate_Percent;
  92     float MaxHP;
  93     float Gear_Ratio;
  94
  95     // Initialise Engine Variables used by this instance
  96     float Percentage_Power;     // Power output as percentage of maximum power output
  97     float Manifold_Pressure;    // Inches
  98     float RPM;
  99     float Fuel_Flow_gals_hr;    // gals/hour
 100     float Torque;
 101     float CHT;                  // Cylinder head temperature deg K
 102     float CHT_degF;             // Ditto in deg Fahrenheit
 103     float EGT;                  // Exhaust gas temperature deg K
 104     float EGT_degF;             // Exhaust gas temperature deg Fahrenheit
 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     bool  started;              //flag to indicate the engine is running self sustaining
 114     bool  cranking;             //flag to indicate the engine is being cranked
 115
 116     //DCL
 117     float volumetric_efficiency;
 118     float combustion_efficiency;
 119     float equivalence_ratio;
 120     float v_dot_air;
 121     float m_dot_air;
 122     float m_dot_fuel;
 123     float swept_volume;
 124     float True_Manifold_Pressure;   //in Hg
 125     float rho_air_manifold;
 126     float R_air;
 127     float p_amb_sea_level;      // Pascals
 128     float p_amb;                // Pascals
 129     float T_amb;                // deg Kelvin
 130     float calorific_value_fuel;
 131     float rho_fuel;             // kg/m^3
 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;          // Newtons
 163     float blade_length;         // meters
 164     float allowance_for_spinner;        // meters
 165     float num_elements;
 166     float distance;
 167     float number_of_blades;
 168     float forward_velocity;             // m/s
 169     float angular_velocity_SI;          // rad/s
 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;       // Watts
 176     float prop_power_consumed_HP;       // 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     FGNewEngine() {
 198 //      outfile.open("FGNewEngine.dat", ios::out|ios::trunc);
 199     }
 200
 201     //destructor
 202     ~FGNewEngine() {
 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_degF; }    // Returns EGT in Fahrenheit
 233     inline float get_CHT() const { return CHT_degF; }    // Note this returns CHT in Fahrenheit
 234     inline float get_prop_thrust_SI() const { return prop_thrust; }
 235     inline float get_prop_thrust_lbs() const { return (prop_thrust * 0.2248); }
 236     inline float get_fuel_flow_gals_hr() const { return (Fuel_Flow_gals_hr); }
 237 };
 238
 239
 240 #endif // _IO360_HXX_