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 #include "FGMatrix.h"
  61
  62 /*******************************************************************************
  63 ************************************ CODE **************************************
  64 *******************************************************************************/
  65
  66
  67 FGAtmosphere::FGAtmosphere(FGFDMExec* fdmex) : FGModel(fdmex),
  68                                                     vWindNED(3),
  69                                                     vWindUVW(3)
  70 {
  71     Name = "FGAtmosphere";
  72     h = 0;
  73     Calculate(h);
  74     SLtemperature = temperature;
  75     SLpressure    = pressure;
  76     SLdensity     = density;
  77     SLsoundspeed  = sqrt(SHRATIO*Reng*temperature);
  78     useExternal=false;
  79     vWindUVW(1)=0;vWindUVW(2)=0;vWindUVW(3)=0;
  80     vWindNED(1)=0;vWindNED(2)=0;vWindNED(3)=0;
  81 }
  82
  83
  84 FGAtmosphere::~FGAtmosphere()
  85 {
  86 }
  87
  88
  89 bool FGAtmosphere::Run(void)
  90 {
  91     //cout << "In FGAtmosphere::Run(void)" << endl;
  92     if (!FGModel::Run()) {                 // if false then execute this Run()
  93         //do temp, pressure, and density first
  94         if (!useExternal) {
  95             //cout << "Atmosphere: Using internal model, altitude= ";
  96             h = Position->Geth();
  97
  98             Calculate(h);
  99         } else {
 100             density = exDensity;
 101             pressure = exPressure;
 102             temperature = exTemperature;
 103             //switch sign of wind components so that they are
 104             //in aircraft reference frame.  The classic example is
 105             //takeoff or landing where you always want to fly
 106             //into the wind.  Suppose that an aircraft is
 107             //taking off into the wind on the runway heading
 108             //of pure north.  Into the wind means the wind is
 109             //flowing to the south (or negative) direction,
 110             //and we know that headwinds increase the relative
 111             //velocity, so to make a positive delta U from the
 112             //southerly wind the sign must be switched.
 113             vWindNED *= -1;
 114             vWindUVW  = State->GetTl2b()*vWindNED;
 115         }
 116         soundspeed = sqrt(SHRATIO*Reng*temperature);
 117         //cout << "Atmosphere: soundspeed: " << soundspeed << endl;
 118         State->Seta(soundspeed);
 119
 120
 121     } else {                               // skip Run() execution this time
 122     }
 123     return false;
 124 }
 125
 126
 127 void FGAtmosphere::Calculate(float altitude)
 128 {
 129     //see reference [1]
 130
 131     float slope,reftemp,refpress,refdens;
 132     int i=0;
 133     float htab[]={0,36089,82020,154198,173882,259183,295272,344484}; //ft.
 134     // cout << "Atmosphere:  h=" << altitude << " rho= " << density << endl;
 135     if (altitude <= htab[0]) {
 136         altitude=0;
 137     } else if (altitude >= htab[7]){
 138         i = 7;
 139         altitude = htab[7];
 140     } else {
 141         while (htab[i+1] < altitude) {
 142             i++;
 143         }
 144     }
 145
 146     switch(i) {
 147     case 0:     // sea level
 148         slope     = -0.0035662; // R/ft.
 149         reftemp   = 518.688;    // R
 150         refpress  = 2116.17;    // psf
 151         refdens   = 0.0023765;  // slugs/cubic ft.
 152         break;
 153     case 1:     // 36089 ft.
 154         slope     = 0;
 155         reftemp   = 389.988;
 156         refpress  = 474.1;
 157         refdens   = 0.0007078;
 158         break;
 159     case 2:     // 82020 ft.
 160         slope     = 0.00164594;
 161         reftemp   = 389.988;
 162         refpress  = 52.7838;
 163         refdens   = 7.8849E-5;
 164         break;
 165     case 3:     // 154198 ft.
 166         slope     = 0;
 167         reftemp   = 508.788;
 168         refpress  = 2.62274;
 169         refdens   = 3.01379E-6;
 170         break;
 171     case 4:     // 173882 ft.
 172         slope     = -0.00246891;
 173         reftemp   = 508.788;
 174         refpress  = 1.28428;
 175         refdens   = 1.47035e-06;
 176         break;
 177     case 5:     // 259183 ft.
 178         slope     = 0;
 179         reftemp   = 298.188;
 180         refpress  = 0.0222008;
 181         refdens   = 4.33396e-08;
 182         break;
 183     case 6:     // 295272 ft.
 184         slope     = 0.00219459;
 185         reftemp   = 298.188;
 186         refpress  = 0.00215742;
 187         refdens   = 4.21368e-09;
 188         break;
 189     case 7:     // 344484 ft.
 190         slope     = 0;
 191         reftemp   = 406.188;
 192         refpress  = 0.000153755;
 193         refdens   = 2.20384e-10;
 194         break;
 195     }
 196
 197
 198     if (slope == 0) {
 199         temperature = reftemp;
 200         pressure = refpress*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 201         density = refdens*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 202     } else {
 203         temperature = reftemp+slope*(altitude-htab[i]);
 204         pressure = refpress*pow(temperature/reftemp,-GRAVITY/(slope*Reng));
 205         density = refdens*pow(temperature/reftemp,-(GRAVITY/(slope*Reng)+1));
 206     }
 207
 208     //cout << "Atmosphere:  h=" << altitude << " rho= " << density << endl;
 209
 210 }
 211
 212
 213
 214