src/FDM/JSBSim/FGAircraft.h

   1 /*******************************************************************************
   2
   3  Header:       FGAircraft.h
   4  Author:       Jon S. Berndt
   5  Date started: 12/12/98
   6
   7  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jsb@hal-pc.org) -------------
   8
   9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  10  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  11  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  12  version.
  13
  14  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  15  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  16  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  17  details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  20  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  21  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22
  23  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 HISTORY
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28 12/12/98   JSB   Created
  29
  30 ********************************************************************************
  31 SENTRY
  32 *******************************************************************************/
  33
  34 #ifndef FGAIRCRAFT_H
  35 #define FGAIRCRAFT_H
  36
  37 /*******************************************************************************
  38 COMMENTS, REFERENCES,  and NOTES
  39 *******************************************************************************/
  40 /*
  41 The aerodynamic coefficients used in this model typically are:
  42
  43 Longitudinal
  44   CL0 - Reference lift at zero alpha
  45   CD0 - Reference drag at zero alpha
  46   CDM - Drag due to Mach
  47   CLa - Lift curve slope (w.r.t. alpha)
  48   CDa - Drag curve slope (w.r.t. alpha)
  49   CLq - Lift due to pitch rate
  50   CLM - Lift due to Mach
  51   CLadt - Lift due to alpha rate
  52
  53   Cmadt - Pitching Moment due to alpha rate
  54   Cm0 - Reference Pitching moment at zero alpha
  55   Cma - Pitching moment slope (w.r.t. alpha)
  56   Cmq - Pitch damping (pitch moment due to pitch rate)
  57   CmM - Pitch Moment due to Mach
  58
  59 Lateral
  60   Cyb - Side force due to sideslip
  61   Cyr - Side force due to yaw rate
  62
  63   Clb - Dihedral effect (roll moment due to sideslip)
  64   Clp - Roll damping (roll moment due to roll rate)
  65   Clr - Roll moment due to yaw rate
  66   Cnb - Weathercocking stability (yaw moment due to sideslip)
  67   Cnp - Rudder adverse yaw (yaw moment due to roll rate)
  68   Cnr - Yaw damping (yaw moment due to yaw rate)
  69
  70 Control
  71   CLDe - Lift due to elevator
  72   CDDe - Drag due to elevator
  73   CyDr - Side force due to rudder
  74   CyDa - Side force due to aileron
  75
  76   CmDe - Pitch moment due to elevator
  77   ClDa - Roll moment due to aileron
  78   ClDr - Roll moment due to rudder
  79   CnDr - Yaw moment due to rudder
  80   CnDa - Yaw moment due to aileron
  81
  82 [1] Cooke, Zyda, Pratt, and McGhee, "NPSNET: Flight Simulation Dynamic Modeling
  83          Using Quaternions", Presence, Vol. 1, No. 4, pp. 404-420  Naval Postgraduate
  84          School, January 1994
  85 [2] D. M. Henderson, "Euler Angles, Quaternions, and Transformation Matrices",
  86          JSC 12960, July 1977
  87 [3] Richard E. McFarland, "A Standard Kinematic Model for Flight Simulation at
  88          NASA-Ames", NASA CR-2497, January 1975
  89 [4] Barnes W. McCormick, "Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics",
  90          Wiley & Sons, 1979 ISBN 0-471-03032-5
  91 [5] Bernard Etkin, "Dynamics of Flight, Stability and Control", Wiley & Sons,
  92          1982 ISBN 0-471-08936-2
  93 */
  94
  95 /*******************************************************************************
  96 INCLUDES
  97 *******************************************************************************/
  98
  99 #ifdef FGFS
 100 #  include <simgear/compiler.h>
 101 #  ifdef FG_HAVE_STD_INCLUDES
 102 #    include <vector>
 103 #    include <map>
 104 #  else
 105 #    include <vector.h>
 106 #    include <map.h>
 107 #  endif
 108 #else
 109 #  include <vector>
 110 #  include <map>
 111 #endif
 112
 113 #include "FGModel.h"
 114 #include "FGCoefficient.h"
 115 #include "FGEngine.h"
 116 #include "FGTank.h"
 117 #include "FGLGear.h"
 118 #include "FGConfigFile.h"
 119 #include "FGMatrix.h"
 120
 121 /*******************************************************************************
 122 DEFINITIONS
 123 *******************************************************************************/
 124
 125 /*******************************************************************************
 126 CLASS DECLARATION
 127 *******************************************************************************/
 128
 129 class FGAircraft : public FGModel {
 130   enum {eL=1, eM, eN};
 131   enum {eX=1, eY, eZ};
 132   enum {eP=1, eQ, eR};
 133   enum {ePhi=1, eTht, ePsi};
 134
 135 public:
 136   FGAircraft(FGFDMExec*);
 137   ~FGAircraft(void);
 138
 139   bool Run(void);
 140   bool LoadAircraft(string, string, string);
 141   inline string GetAircraftName(void) { return AircraftName; }
 142   inline void SetGearUp(bool tt) { GearUp = tt; }
 143   inline bool GetGearUp(void) { return GearUp; }
 144   inline float GetWingArea(void) { return WingArea; }
 145   inline float GetWingSpan(void) { return WingSpan; }
 146   inline float Getcbar(void) { return cbar; }
 147   inline FGEngine* GetEngine(int tt) { return Engine[tt]; }
 148   inline FGTank* GetTank(int tt) { return Tank[tt]; }
 149   inline float GetWeight(void) { return Weight; }
 150   inline float GetMass(void) { return Mass; }
 151   inline FGColumnVector GetMoments(void) { return vMoments; }
 152   inline FGColumnVector GetForces(void) { return vForces; }
 153   inline FGColumnVector GetvFs(void) { return vFs; }
 154   inline float GetIxx(void) { return Ixx; }
 155   inline float GetIyy(void) { return Iyy; }
 156   inline float GetIzz(void) { return Izz; }
 157   inline float GetIxz(void) { return Ixz; }
 158   inline int   GetNumEngines(void) { return numEngines; }
 159   inline FGColumnVector GetXYZcg(void) { return vXYZcg; }
 160   inline float GetNlf(void) { return nlf; }
 161   inline float GetAlphaCLMax(void) { return alphaclmax; }
 162   inline float GetAlphaCLMin(void) { return alphaclmin; }
 163   inline void SetAlphaCLMax(float tt) { alphaclmax=tt; }
 164   inline void SetAlphaCLMin(float tt) { alphaclmin=tt; }
 165
 166   string GetCoefficientStrings(void);
 167   string GetCoefficientValues(void);
 168
 169   enum { ssSimulation   = 1,
 170          ssAerosurfaces = 2,
 171          ssRates        = 4,
 172          ssVelocities   = 8,
 173          ssForces       = 16,
 174          ssMoments      = 32,
 175          ssAtmosphere   = 64,
 176          ssMassProps    = 128,
 177          ssCoefficients = 256,
 178          ssPosition     = 512 } subsystems;
 179
 180 private:
 181   void GetState(void);
 182   void FMAero(void);
 183   void FMGear(void);
 184   void FMMass(void);
 185   void FMProp(void);
 186   void MassChange(void);
 187   FGColumnVector vMoments;
 188   FGColumnVector vForces;
 189   FGColumnVector vFs;
 190   FGColumnVector vXYZrp;
 191   FGColumnVector vbaseXYZcg;
 192   FGColumnVector vXYZcg;
 193   FGColumnVector vXYZep;
 194   FGColumnVector vEuler;
 195   float baseIxx, baseIyy, baseIzz, baseIxz, EmptyMass, Mass;
 196   float Ixx, Iyy, Izz, Ixz;
 197   float rho, qbar, Vt;
 198   float alpha, beta;
 199   float WingArea, WingSpan, cbar;
 200   float Weight, EmptyWeight;
 201   float nlf,alphaclmax,alphaclmin;
 202   float dt;
 203   string CFGVersion;
 204   string AircraftName;
 205
 206   int numTanks;
 207   int numEngines;
 208   int numSelectedOxiTanks;
 209   int numSelectedFuelTanks;
 210   FGTank* Tank[MAX_TANKS];
 211   FGEngine *Engine[MAX_ENGINES];
 212
 213   typedef map<string,int> AxisIndex;
 214   AxisIndex AxisIdx;
 215
 216   typedef vector<FGCoefficient> CoeffArray;
 217   typedef vector<CoeffArray> CoeffVector;
 218
 219   CoeffVector Coeff;
 220
 221   void DisplayCoeffFactors(int multipliers);
 222
 223   bool GearUp;
 224
 225   string Axis[6];
 226   vector <FGLGear*> lGear;
 227   string AircraftPath;
 228   string EnginePath;
 229   void ReadMetrics(FGConfigFile*);
 230   void ReadPropulsion(FGConfigFile*);
 231   void ReadFlightControls(FGConfigFile*);
 232   void ReadAerodynamics(FGConfigFile*);
 233   void ReadUndercarriage(FGConfigFile*);
 234   void ReadPrologue(FGConfigFile*);
 235   void ReadOutput(FGConfigFile*);
 236 };
 237
 238 /******************************************************************************/
 239 #endif