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   SLtemperature = temperature;
  72   SLpressure    = pressure;
  73   SLdensity     = density;
  74   SLsoundspeed  = sqrt(SHRATIO*Reng*temperature);
  75   useExternal=false;
  76 }
  77
  78
  79 FGAtmosphere::~FGAtmosphere()
  80 {
  81 }
  82
  83
  84 bool FGAtmosphere::Run(void)
  85 {
  86   if (!FGModel::Run()) {                 // if false then execute this Run()
  87     if (!useExternal) {
  88       h = State->Geth();
  89       Calculate(h);
  90     } else {
  91       density = exDensity;
  92       pressure = exPressure;
  93       temperature = exTemperature;
  94     }
  95     soundspeed = sqrt(SHRATIO*Reng*temperature);
  96     State->Seta(soundspeed);
  97   } else {                               // skip Run() execution this time
  98   }
  99   return false;
 100 }
 101
 102 void FGAtmosphere::Calculate(float altitude)
 103 {
 104   //see reference [1]
 105
 106
 107     float slope,reftemp,refpress,refdens;
 108     int i=0;
 109     float htab[]={0,36089,82020,154198,173882,259183,295272,344484}; //ft.
 110 //      cout << "Atmosphere:  h=" << altitude << " rho= " << density << endl;
 111     if (altitude <= htab[0]) {
 112       altitude=0;
 113     } else if (altitude >= htab[7]){
 114       i = 7;
 115       altitude = htab[7];
 116     } else {
 117       while (htab[i+1] < altitude) {
 118         i++;
 119       }
 120     }
 121
 122     switch(i) {
 123     case 0:     // sea level
 124       slope     = -0.0035662; // R/ft.
 125       reftemp   = 518.688;    // R
 126       refpress  = 2116.17;    // psf
 127       refdens   = 0.0023765;  // slugs/cubic ft.
 128       break;
 129     case 1:     // 36089 ft.
 130       slope     = 0;
 131       reftemp   = 389.988;
 132       refpress  = 474.1;
 133       refdens   = 0.0007078;
 134       break;
 135     case 2:     // 82020 ft.
 136       slope     = 0.00164594;
 137       reftemp   = 389.988;
 138       refpress  = 52.7838;
 139       refdens   = 7.8849E-5;
 140       break;
 141     case 3:     // 154198 ft.
 142       slope     = 0;
 143       reftemp   = 508.788;
 144       refpress  = 2.62274;
 145       refdens   = 3.01379E-6;
 146       break;
 147     case 4:     // 173882 ft.
 148       slope     = -0.00246891;
 149       reftemp   = 508.788;
 150       refpress  = 1.28428;
 151       refdens   = 1.47035e-06;
 152       break;
 153     case 5:     // 259183 ft.
 154       slope     = 0;
 155       reftemp   = 298.188;
 156       refpress  = 0.0222008;
 157       refdens   = 4.33396e-08;
 158       break;
 159     case 6:     // 295272 ft.
 160       slope     = 0.00219459;
 161       reftemp   = 298.188;
 162       refpress  = 0.00215742;
 163       refdens   = 4.21368e-09;
 164       break;
 165     case 7:     // 344484 ft.
 166       slope     = 0;
 167       reftemp   = 406.188;
 168       refpress  = 0.000153755;
 169       refdens   = 2.20384e-10;
 170       break;
 171     }
 172
 173
 174     if (slope == 0) {
 175       temperature = reftemp;
 176       pressure = refpress*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 177       density = refdens*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(altitude-htab[i]));
 178     } else {
 179       temperature = reftemp+slope*(altitude-htab[i]);
 180       pressure = refpress*pow(temperature/reftemp,-GRAVITY/(slope*Reng));
 181       density = refdens*pow(temperature/reftemp,-(GRAVITY/(slope*Reng)+1));
 182     }
 183
 184    //cout << "Atmosphere:  h=" << altitude << " rho= " << density << endl;
 185
 186 }
 187