src/FDM/JSBSim/FGAtmosphere.cpp

   1 /*******************************************************************************
   2
   3  Module:       FGAtmosphere.cpp
   4  Author:       Jon Berndt
   5                Implementation of 1959 Standard Atmosphere added by Tony Peden
   6  Date started: 11/24/98
   7  Purpose:      Models the atmosphere
   8  Called by:    FGSimExec
   9
  10  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jsb@hal-pc.org) -------------
  11
  12  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  13  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  14  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  15  version.
  16
  17  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  18  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  19  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  20  details.
  21
  22  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  23  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  24  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  25
  26  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  27  the world wide web at http://www.gnu.org.
  28
  29 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  30 --------------------------------------------------------------------------------
  31 Models the atmosphere. The equation used below was determined by a third order
  32 curve fit using Excel. The data is from the ICAO atmosphere model.
  33
  34 HISTORY
  35 --------------------------------------------------------------------------------
  36 11/24/98   JSB   Created
  37 07/23/99   TP    Added implementation of 1959 Standard Atmosphere
  38                  Moved calculation of Mach number to FGTranslation
  39 ********************************************************************************
  40 COMMENTS, REFERENCES,  and NOTES
  41 ********************************************************************************
  42 [1]   Anderson, John D. "Introduction to Flight, Third Edition", McGraw-Hill,
  43       1989, ISBN 0-07-001641-0
  44
  45 ********************************************************************************
  46 INCLUDES
  47 *******************************************************************************/
  48
  49 #include "FGAtmosphere.h"
  50 #include "FGState.h"
  51 #include "FGFDMExec.h"
  52 #include "FGFCS.h"
  53 #include "FGAircraft.h"
  54 #include "FGTranslation.h"
  55 #include "FGRotation.h"
  56 #include "FGPosition.h"
  57 #include "FGAuxiliary.h"
  58 #include "FGOutput.h"
  59 #include "FGDefs.h"
  60
  61 /*******************************************************************************
  62 ************************************ CODE **************************************
  63 *******************************************************************************/
  64
  65
  66 FGAtmosphere::FGAtmosphere(FGFDMExec* fdmex) : FGModel(fdmex)
  67 {
  68   Name = "FGAtmosphere";
  69   h = 0;
  70   Calculate(h);
  71   temperature = T;
  72   pressure    = p;
  73   density     = rho;
  74   soundspeed  = a;
  75 }
  76
  77
  78 FGAtmosphere::~FGAtmosphere()
  79 {
  80 }
  81
  82
  83 bool FGAtmosphere::Run(void)
  84 {
  85   if (!FGModel::Run()) {                 // if false then execute this Run()
  86     h = State->Geth();
  87
  88     Calculate(h);
  89
  90     temperature = T;
  91     pressure    = p;
  92     density     = rhos;
  93     soundspeed  = a;
  94     State->Seta(soundspeed);
  95   } else {                               // skip Run() execution this time
  96   }
  97   return false;
  98 }
  99
 100
 101 float FGAtmosphere::CalcRho(float altitude)
 102 {
 103   //return (0.00237 - 7.0E-08*altitude
 104   //      + 7.0E-13*altitude*altitude
 105   //      - 2.0E-18*altitude*altitude*altitude);
 106   return GetDensity(altitude);
 107 }
 108
 109
 110 void FGAtmosphere::Calculate(float altitude)
 111 {
 112   //see reference [1]
 113
 114   float slope,reftemp,refpress,refdens;
 115   int i=0;
 116   float htab[]={0,36089,82020,154198,173882,259183,295272,344484}; //ft.
 117
 118   if (altitude <= htab[0]) {
 119     altitude=0;
 120   } else if (altitude >= htab[7]){
 121     i = 7;
 122     altitude = htab[7];
 123   } else {
 124     while (htab[i+1] < altitude) {
 125       i++;
 126     }
 127   }
 128
 129   switch(i) {
 130   case 0:     // sea level
 131     slope     = -0.0035662; // R/ft.
 132     reftemp   = 518.688;    // R
 133     refpress  = 2116.17;    // psf
 134     refdens   = 0.0023765;  // slugs/cubic ft.
 135     break;
 136   case 1:     // 36089 ft.
 137     slope     = 0;
 138     reftemp   = 389.988;
 139     refpress  = 474.1;
 140     refdens   = 0.0007078;
 141     break;
 142   case 2:     // 82020 ft.
 143     slope     = 0.00164594;
 144     reftemp   = 389.988;
 145     refpress  = 52.7838;
 146     refdens   = 7.8849E-5;
 147     break;
 148   case 3:     // 154198 ft.
 149     slope     = 0;
 150     reftemp   = 508.788;
 151     refpress  = 2.62274;
 152     refdens   = 3.01379E-6;
 153     break;
 154   case 4:     // 173882 ft.
 155     slope     = -0.00246891;
 156     reftemp   = 508.788;
 157     refpress  = 1.28428;
 158     refdens   = 1.47035e-06;
 159     break;
 160   case 5:     // 259183 ft.
 161     slope     = 0;
 162     reftemp   = 298.188;
 163     refpress  = 0.0222008;
 164     refdens   = 4.33396e-08;
 165     break;
 166   case 6:     // 295272 ft.
 167     slope     = 0.00219459;
 168     reftemp   = 298.188;
 169     refpress  = 0.00215742;
 170     refdens   = 4.21368e-09;
 171     break;
 172   case 7:     // 344484 ft.
 173     slope     = 0;
 174     reftemp   = 406.188;
 175     refpress  = 0.000153755;
 176     refdens   = 2.20384e-10;
 177     break;
 178   }
 179
 180
 181   if (slope == 0) {
 182     T = reftemp;
 183     p = refpress*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 184     rhos = refdens*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 185   } else {
 186     T = reftemp+slope*(altitude-htab[i]);
 187     p = refpress*pow(T/reftemp,-GRAVITY/(slope*Reng));
 188     rhos = refdens*pow(T/reftemp,-(GRAVITY/(slope*Reng)+1));
 189   }
 190
 191   a = sqrt(SHRATIO*Reng*T);
 192
 193 }
 194
 195
 196 float FGAtmosphere::GetTemperature(float altitude)
 197 {
 198     Calculate(altitude);
 199     return T;
 200 }
 201
 202
 203 float FGAtmosphere::GetPressure(float altitude)
 204 {
 205     Calculate(altitude);
 206     return p;
 207 }
 208
 209 float FGAtmosphere::GetDensity(float altitude)
 210 {
 211     Calculate(altitude);
 212     return rhos;
 213 }
 214
 215
 216 float FGAtmosphere::GetSoundSpeed(float altitude)
 217 {
 218     Calculate(altitude);
 219     return a;
 220 }
 221