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
  60 #include <iostream.h>
  61 #include <fstream.h>
  62 #include <math.h>
  63
  64
  65 class FGEngine {
  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;            // lbs/hour
 100     float Torque;
 101     float CHT;                  // Cylinder head temperature
 102     float EGT;                  // Exhaust gas temperature
 103     float Mixture;
 104     float Oil_Pressure;         // PSI
 105     float Oil_Temp;             // Deg C
 106     float HP;                   // Current power output in HP
 107     float Power_SI;             // Current power output in Watts
 108     float Torque_SI;            // Torque in Nm
 109     float RPS;
 110     float Torque_Imbalance;
 111     float Desired_RPM;          // The RPM that we wish the constant speed prop to maintain if possible
 112     bool  started;              //flag to indicate the engine is running self sustaining
 113     bool  cranking;             //flag to indicate the engine is being cranked
 114
 115     //DCL
 116     float volumetric_efficiency;
 117     float combustion_efficiency;
 118     float equivalence_ratio;
 119     float v_dot_air;
 120     float m_dot_air;
 121     float m_dot_fuel;
 122     float swept_volume;
 123     float True_Manifold_Pressure;   //in Hg
 124     float rho_air_manifold;
 125     float R_air;
 126     float p_amb_sea_level;      // Pascals
 127     float p_amb;                // Pascals
 128     float T_amb;                // deg Kelvin
 129     float calorific_value_fuel;
 130     float thi_sea_level;
 131     float delta_T_exhaust;
 132     float displacement;         // Engine displacement in cubic inches - to be read in from config file for each engine
 133     float displacement_SI;      // ditto in meters cubed
 134     float Cp_air;               // J/KgK
 135     float Cp_fuel;              // J/KgK
 136     float heat_capacity_exhaust;
 137     float enthalpy_exhaust;
 138     float Percentage_of_best_power_mixture_power;
 139     float abstract_mixture;     //temporary hack
 140     float engine_inertia;       //kg.m^2
 141     float prop_inertia;         //kg.m^2
 142     float angular_acceleration; //rad/s^2
 143     double time_step;
 144
 145     // Initialise Propellor Variables used by this instance
 146     float FGProp1_Angular_V;
 147     float FGProp1_Coef_Drag;
 148     float FGProp1_Torque;
 149     float FGProp1_Thrust;
 150     float FGProp1_RPS;
 151     float FGProp1_Coef_Lift;
 152     float Alpha1;
 153     float FGProp1_Blade_Angle;
 154     float FGProp_Fine_Pitch_Stop;
 155
 156 #ifdef NEVS_PROP_MODEL
 157     //Extra Propellor variables used by Nev's prop model
 158     float prop_fudge_factor;
 159     float prop_torque;  //Nm
 160     float prop_thrust;
 161     float blade_length;
 162     float allowance_for_spinner;
 163     float num_elements;
 164     float distance;
 165     float number_of_blades;
 166     float forward_velocity;
 167     float angular_velocity_SI;
 168     float element;
 169     float element_drag;
 170     float element_lift;
 171     float element_torque;
 172     float rho_air;
 173     float prop_power_consumed_SI;
 174     float prop_power_consumed_HP;
 175     float theta[6];     //prop angle of each element
 176 #endif // NEVS_PROP_MODEL
 177
 178     // Other internal values
 179     float Rho;
 180
 181     // Calculate Engine RPM based on Propellor Lever Position
 182     float Calc_Engine_RPM (float Position);
 183
 184     // Calculate combustion efficiency based on equivalence ratio
 185     float Lookup_Combustion_Efficiency(float thi_actual);
 186
 187     // Calculate exhaust gas temperature rise
 188     float Calculate_Delta_T_Exhaust(void);
 189
 190 public:
 191
 192     ofstream outfile;
 193
 194     //constructor
 195     FGEngine() {
 196 //      outfile.open("FGEngine.dat", ios::out|ios::trunc);
 197     }
 198
 199     //destructor
 200     ~FGEngine() {
 201 //      outfile.close();
 202     }
 203
 204     // set initial default values
 205     void init(double dt);
 206
 207     // update the engine model based on current control positions
 208     void update();
 209
 210     inline void set_IAS( float value ) { IAS = value; }
 211     inline void set_Throttle_Lever_Pos( float value ) {
 212         Throttle_Lever_Pos = value;
 213     }
 214     inline void set_Propeller_Lever_Pos( float value ) {
 215         Propeller_Lever_Pos = value;
 216     }
 217     inline void set_Mixture_Lever_Pos( float value ) {
 218         Mixture_Lever_Pos = value;
 219     }
 220
 221     // accessors
 222     inline float get_RPM() const { return RPM; }
 223     inline float get_Manifold_Pressure() const { return Manifold_Pressure; }
 224     inline float get_FGProp1_Thrust() const { return FGProp1_Thrust; }
 225     inline float get_FGProp1_Blade_Angle() const { return FGProp1_Blade_Angle; }
 226
 227     inline float get_Rho() const { return Rho; }
 228     inline float get_MaxHP() const { return MaxHP; }
 229     inline float get_Percentage_Power() const { return Percentage_Power; }
 230     inline float get_EGT() const { return EGT; }
 231     inline float get_prop_thrust_SI() const { return prop_thrust; }
 232 };
 233
 234
 235 #endif // _10520D_HXX_