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 static const char *IdSrc = "$Header$";
  63 static const char *IdHdr = ID_ATMOSPHERE;
  64
  65 /*******************************************************************************
  66 ************************************ CODE **************************************
  67 *******************************************************************************/
  68
  69
  70 FGAtmosphere::FGAtmosphere(FGFDMExec* fdmex) : FGModel(fdmex),
  71                                                     vWindNED(3),
  72                                                     vWindUVW(3)
  73 {
  74     Name = "FGAtmosphere";
  75     h = 0;
  76     Calculate(h);
  77     SLtemperature = temperature;
  78     SLpressure    = pressure;
  79     SLdensity     = density;
  80     SLsoundspeed  = sqrt(SHRATIO*Reng*temperature);
  81     useExternal=false;
  82     vWindUVW(1)=0;vWindUVW(2)=0;vWindUVW(3)=0;
  83     vWindNED(1)=0;vWindNED(2)=0;vWindNED(3)=0;
  84 }
  85
  86
  87 FGAtmosphere::~FGAtmosphere()
  88 {
  89 }
  90
  91
  92 bool FGAtmosphere::Run(void)
  93 {
  94     //cout << "In FGAtmosphere::Run(void)" << endl;
  95     if (!FGModel::Run()) {                 // if false then execute this Run()
  96         //do temp, pressure, and density first
  97         if (!useExternal) {
  98             //cout << "Atmosphere: Using internal model, altitude= ";
  99             h = Position->Geth();
 100
 101             Calculate(h);
 102         } else {
 103             density = exDensity;
 104             pressure = exPressure;
 105             temperature = exTemperature;
 106             //switch sign of wind components so that they are
 107             //in aircraft reference frame.  The classic example is
 108             //takeoff or landing where you always want to fly
 109             //into the wind.  Suppose that an aircraft is
 110             //taking off into the wind on the runway heading
 111             //of pure north.  Into the wind means the wind is
 112             //flowing to the south (or negative) direction,
 113             //and we know that headwinds increase the relative
 114             //velocity, so to make a positive delta U from the
 115             //southerly wind the sign must be switched.
 116             vWindNED *= -1;
 117             vWindUVW  = State->GetTl2b()*vWindNED;
 118         }
 119         soundspeed = sqrt(SHRATIO*Reng*temperature);
 120         //cout << "Atmosphere: soundspeed: " << soundspeed << endl;
 121         State->Seta(soundspeed);
 122
 123
 124     } else {                               // skip Run() execution this time
 125     }
 126     return false;
 127 }
 128
 129
 130 void FGAtmosphere::Calculate(float altitude)
 131 {
 132     //see reference [1]
 133
 134     float slope,reftemp,refpress,refdens;
 135     int i=0;
 136     float htab[]={0,36089,82020,154198,173882,259183,295272,344484}; //ft.
 137     // cout << "Atmosphere:  h=" << altitude << " rho= " << density << endl;
 138     if (altitude <= htab[0]) {
 139         altitude=0;
 140     } else if (altitude >= htab[7]){
 141         i = 7;
 142         altitude = htab[7];
 143     } else {
 144         while (htab[i+1] < altitude) {
 145             i++;
 146         }
 147     }
 148
 149     switch(i) {
 150     case 0:     // sea level
 151         slope     = -0.0035662; // R/ft.
 152         reftemp   = 518.688;    // R
 153         refpress  = 2116.17;    // psf
 154         refdens   = 0.0023765;  // slugs/cubic ft.
 155         break;
 156     case 1:     // 36089 ft.
 157         slope     = 0;
 158         reftemp   = 389.988;
 159         refpress  = 474.1;
 160         refdens   = 0.0007078;
 161         break;
 162     case 2:     // 82020 ft.
 163         slope     = 0.00164594;
 164         reftemp   = 389.988;
 165         refpress  = 52.7838;
 166         refdens   = 7.8849E-5;
 167         break;
 168     case 3:     // 154198 ft.
 169         slope     = 0;
 170         reftemp   = 508.788;
 171         refpress  = 2.62274;
 172         refdens   = 3.01379E-6;
 173         break;
 174     case 4:     // 173882 ft.
 175         slope     = -0.00246891;
 176         reftemp   = 508.788;
 177         refpress  = 1.28428;
 178         refdens   = 1.47035e-06;
 179         break;
 180     case 5:     // 259183 ft.
 181         slope     = 0;
 182         reftemp   = 298.188;
 183         refpress  = 0.0222008;
 184         refdens   = 4.33396e-08;
 185         break;
 186     case 6:     // 295272 ft.
 187         slope     = 0.00219459;
 188         reftemp   = 298.188;
 189         refpress  = 0.00215742;
 190         refdens   = 4.21368e-09;
 191         break;
 192     case 7:     // 344484 ft.
 193         slope     = 0;
 194         reftemp   = 406.188;
 195         refpress  = 0.000153755;
 196         refdens   = 2.20384e-10;
 197         break;
 198     }
 199
 200
 201     if (slope == 0) {
 202         temperature = reftemp;
 203         pressure = refpress*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 204         density = refdens*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 205     } else {
 206         temperature = reftemp+slope*(altitude-htab[i]);
 207         pressure = refpress*pow(temperature/reftemp,-GRAVITY/(slope*Reng));
 208         density = refdens*pow(temperature/reftemp,-(GRAVITY/(slope*Reng)+1));
 209     }
 210
 211     //cout << "Atmosphere:  h=" << altitude << " rho= " << density << endl;
 212
 213 }
 214
 215
 216
 217