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();
  71 }
  72
  73
  74 FGAtmosphere::~FGAtmosphere()
  75 {
  76 }
  77
  78
  79 bool FGAtmosphere::Run(void)
  80 {
  81   if (!FGModel::Run()) {                 // if false then execute this Run()
  82     h = State->Geth();
  83     Calculate();
  84     State->Seta(soundspeed);
  85   } else {                               // skip Run() execution this time
  86   }
  87   return false;
  88 }
  89
  90
  91 float FGAtmosphere::CalcRho(float altitude)
  92 {
  93   return (0.00237 - 7.0E-08*altitude
  94         + 7.0E-13*altitude*altitude
  95         - 2.0E-18*altitude*altitude*altitude);
  96 }
  97
  98
  99 void FGAtmosphere::Calculate(void)
 100 {
 101   //see reference [1]
 102
 103   float slope,reftemp,refpress,refdens;
 104   int i=0;
 105   float htab[]={0,36089,82020,154198,173882,259183,295272,344484}; //ft.
 106
 107   if (h <= htab[0]) {
 108     h=0;
 109   } else if (h >= htab[7]){
 110     i = 7;
 111     h = htab[7];
 112   } else {
 113     while (htab[i+1] < h) {
 114       i++;
 115     }
 116   }
 117
 118   switch(i) {
 119   case 0:     // sea level
 120     slope     = -0.0035662; // R/ft.
 121     reftemp   = 518.688;    // R
 122     refpress  = 2116.17;    // psf
 123     refdens   = 0.0023765;  // slugs/cubic ft.
 124     break;
 125   case 1:     // 36089 ft.
 126     slope     = 0;
 127     reftemp   = 389.988;
 128     refpress  = 474.1;
 129     refdens   = 0.0007078;
 130     break;
 131   case 2:     // 82020 ft.
 132     slope     = 0.00164594;
 133     reftemp   = 389.988;
 134     refpress  = 52.7838;
 135     refdens   = 7.8849E-5;
 136     break;
 137   case 3:     // 154198 ft.
 138     slope     = 0;
 139     reftemp   = 508.788;
 140     refpress  = 2.62274;
 141     refdens   = 3.01379E-6;
 142     break;
 143   case 4:     // 173882 ft.
 144     slope     = -0.00246891;
 145     reftemp   = 508.788;
 146     refpress  = 1.28428;
 147     refdens   = 1.47035e-06;
 148     break;
 149   case 5:     // 259183 ft.
 150     slope     = 0;
 151     reftemp   = 298.188;
 152     refpress  = 0.0222008;
 153     refdens   = 4.33396e-08;
 154     break;
 155   case 6:     // 295272 ft.
 156     slope     = 0.00219459;
 157     reftemp   = 298.188;
 158     refpress  = 0.00215742;
 159     refdens   = 4.21368e-09;
 160     break;
 161   case 7:     // 344484 ft.
 162     slope     = 0;
 163     reftemp   = 406.188;
 164     refpress  = 0.000153755;
 165     refdens   = 2.20384e-10;
 166     break;
 167   }
 168
 169
 170   if (slope == 0) {
 171     temperature = reftemp;
 172     pressure = refpress*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(h-htab[i]));
 173     density = refdens*exp(-GRAVITY/(reftemp*Reng)*(h-htab[i]));
 174   } else {
 175     temperature = reftemp+slope*(h-htab[i]);
 176     pressure = refpress*pow(temperature/reftemp,-GRAVITY/(slope*Reng));
 177     density = refdens*pow(temperature/reftemp,-(GRAVITY/(slope*Reng)+1));
 178   }
 179
 180   soundspeed = sqrt(SHRATIO*Reng*temperature);
 181
 182 }
 183
 184
 185 float FGAtmosphere::GetTemperature(float altitude)
 186 {
 187   if (altitude != h) {
 188     h = altitude;
 189     Calculate();
 190   }
 191   return temperature;
 192 }
 193
 194
 195 float FGAtmosphere::GetPressure(float altitude)
 196 {
 197   if (altitude != h) {
 198     h = altitude;
 199     Calculate();
 200   }
 201
 202   return pressure;
 203 }
 204
 205 float FGAtmosphere::GetDensity(float altitude)
 206 {
 207   if (altitude != h) {
 208     h = altitude;
 209     Calculate();
 210   }
 211
 212   return density;
 213 }
 214
 215
 216 float FGAtmosphere::GetSoundSpeed(float altitude)
 217 {
 218   if (altitude != h) {
 219     h = altitude;
 220     Calculate();
 221   }
 222
 223   return soundspeed;
 224 }
 225