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 #include <simgear/compiler.h>
  54
  55 #include <math.h>
  56
  57 #include STL_IOSTREAM
  58 #include STL_FSTREAM
  59
  60 #if !defined(SG_HAVE_NATIVE_SGI_COMPILERS)
  61 SG_USING_STD(ofstream);
  62 #endif
  63
  64 class FGNewEngine {
  65
  66 private:
  67
  68     float CONVERT_HP_TO_WATTS;
  69     float CONVERT_CUBIC_INCHES_TO_METERS_CUBED;
  70
  71     // Control and environment inputs
  72     float IAS;
  73     // 0 = Closed, 100 = Fully Open
  74     float Throttle_Lever_Pos;
  75     // 0 = Full Course 100 = Full Fine
  76     float Propeller_Lever_Pos;
  77     // 0 = Idle Cut Off 100 = Full Rich
  78     float Mixture_Lever_Pos;
  79
  80     // Engine Specific Variables used by this program that have limits.
  81     // Will be set in a parameter file to be read in to create
  82     // and instance for each engine.
  83     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.
  84     float Min_Manifold_Pressure;  //Closed throttle valueat idle - governed by the idle bypass valve
  85     float Max_RPM;
  86     float Min_RPM;
  87     float Max_Fuel_Flow;
  88     float Mag_Derate_Percent;
  89     float MaxHP;
  90     float Gear_Ratio;
  91
  92     // Initialise Engine Variables used by this instance
  93     float Percentage_Power;     // Power output as percentage of maximum power output
  94     float Manifold_Pressure;    // Inches
  95     float RPM;
  96     float Fuel_Flow_gals_hr;    // gals/hour
  97     float Torque;
  98     float CHT;                  // Cylinder head temperature deg K
  99     float CHT_degF;             // Ditto in deg Fahrenheit
 100     float EGT;                  // Exhaust gas temperature deg K
 101     float EGT_degF;             // Exhaust gas temperature deg Fahrenheit
 102     float Mixture;
 103     float Oil_Pressure;         // PSI
 104     float Oil_Temp;             // Deg C
 105     float HP;                   // Current power output in HP
 106     float Power_SI;             // Current power output in Watts
 107     float Torque_SI;            // Torque in Nm
 108     float Torque_FMEP;          // The component of Engine torque due to FMEP (Nm)
 109     float RPS;
 110     float Torque_Imbalance;
 111     bool  running;              //flag to indicate the engine is running self sustaining
 112     bool  cranking;             //flag to indicate the engine is being cranked
 113     bool  spark;                //flag to indicate a spark is available
 114     bool  fuel;                 //flag to indicate fuel is available
 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_air;
 132     float rho_fuel;             // kg/m^3
 133     float thi_sea_level;
 134     float delta_T_exhaust;
 135     float displacement;         // Engine displacement in cubic inches - to be read in from config file for each engine
 136     float displacement_SI;      // ditto in meters cubed
 137     float Cp_air;               // J/KgK
 138     float Cp_fuel;              // J/KgK
 139     float heat_capacity_exhaust;
 140     float enthalpy_exhaust;
 141     float Percentage_of_best_power_mixture_power;
 142     float abstract_mixture;     //temporary hack
 143     float engine_inertia;       //kg.m^2
 144     float prop_inertia;         //kg.m^2
 145     float angular_acceleration; //rad/s^2
 146     float n_R;                  //Number of cycles per power stroke
 147     float FMEP;                 //Friction Mean Effective Pressure (Pa)
 148     double time_step;
 149
 150     // Propellor Variables
 151     float FGProp1_Thrust;
 152     float FGProp1_RPS;
 153     float FGProp1_Blade_Angle;
 154     float prop_torque;          // Nm
 155     float prop_thrust;          // Newtons
 156     float blade_length;         // meters
 157     float forward_velocity;             // m/s
 158     float angular_velocity_SI;          // rad/s
 159     float prop_power_consumed_SI;       // Watts
 160     float prop_power_consumed_HP;       // HP
 161     double prop_diameter;               // meters
 162     double J;                           // advance ratio - dimensionless
 163     double Cp_20;                   // coefficient of power for 20 degree blade angle
 164     double Cp_25;                   // coefficient of power for 25 degree blade angle
 165     double Cp;                      // Our actual coefficient of power
 166     double blade_angle;             // degrees
 167     double neta_prop_20;
 168     double neta_prop_25;
 169     double neta_prop;               // prop efficiency
 170
 171     // Calculate Engine RPM based on Propellor Lever Position
 172     float Calc_Engine_RPM(float Position);
 173
 174     // Calculate Manifold Pressure based on throttle lever position
 175     // Note that this is simplistic and needs altering to include engine speed effects
 176     float Calc_Manifold_Pressure( float LeverPosn, float MaxMan, float MinMan);
 177
 178     // Calculate combustion efficiency based on equivalence ratio
 179     float Lookup_Combustion_Efficiency(float thi_actual);
 180
 181     // Calculate percentage of best power mixture power based on equivalence ratio
 182     float Power_Mixture_Correlation(float thi_actual);
 183
 184     // Calculate exhaust gas temperature rise
 185     float Calculate_Delta_T_Exhaust(void);
 186
 187     // Calculate Oil Temperature
 188     float Calc_Oil_Temp (float Fuel_Flow, float Mixture, float IAS);
 189
 190     // Calculate Oil Pressure
 191     float Calc_Oil_Press (float Oil_Temp, float Engine_RPM);
 192
 193 public:
 194
 195     ofstream outfile;
 196
 197     //constructor
 198     FGNewEngine() {
 199 //      outfile.open("FGNewEngine.dat", ios::out|ios::trunc);
 200     }
 201
 202     //destructor
 203     ~FGNewEngine() {
 204 //      outfile.close();
 205     }
 206
 207     // set initial default values
 208     void init(double dt);
 209
 210     // update the engine model based on current control positions
 211     void update();
 212
 213     inline void set_IAS( float value ) { IAS = value; }
 214     inline void set_Throttle_Lever_Pos( float value ) {
 215         Throttle_Lever_Pos = value;
 216     }
 217     inline void set_Propeller_Lever_Pos( float value ) {
 218         Propeller_Lever_Pos = value;
 219     }
 220     inline void set_Mixture_Lever_Pos( float value ) {
 221         Mixture_Lever_Pos = value;
 222     }
 223     // set ambient pressure - takes pounds per square foot
 224     inline void set_p_amb( float value ) {
 225         p_amb = value * 47.88026;
 226         // Convert to Pascals
 227     }
 228     // set ambient temperature - takes degrees Rankine
 229     inline void set_T_amb( float value ) {
 230         T_amb = value * 0.555555555556;
 231         // Convert to degrees Kelvin
 232     }
 233
 234     // accessors
 235     inline float get_RPM() const { return RPM; }
 236     inline float get_Manifold_Pressure() const { return True_Manifold_Pressure; }
 237     inline float get_FGProp1_Thrust() const { return FGProp1_Thrust; }
 238     inline float get_FGProp1_Blade_Angle() const { return FGProp1_Blade_Angle; }
 239
 240  //   inline float get_Rho() const { return Rho; }
 241     inline float get_MaxHP() const { return MaxHP; }
 242     inline float get_Percentage_Power() const { return Percentage_Power; }
 243     inline float get_EGT() const { return EGT_degF; }    // Returns EGT in Fahrenheit
 244     inline float get_CHT() const { return CHT_degF; }    // Note this returns CHT in Fahrenheit
 245     inline float get_prop_thrust_SI() const { return prop_thrust; }
 246     inline float get_prop_thrust_lbs() const { return (prop_thrust * 0.2248); }
 247     inline float get_fuel_flow_gals_hr() const { return (Fuel_Flow_gals_hr); }
 248 };
 249
 250
 251 #endif // _IO360_HXX_