src/FDM/JSBSim/FGAuxiliary.cpp

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Module:       FGAuxiliary.cpp
   4  Author:       Tony Peden, Jon Berndt
   5  Date started: 01/26/99
   6  Purpose:      Calculates additional parameters needed by the visual system, etc.
   7  Called by:    FGSimExec
   8
   9  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jsb@hal-pc.org) -------------
  10
  11  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  12  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  13  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  14  version.
  15
  16  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  17  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  18  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  19  details.
  20
  21  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  22  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  23  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  24
  25  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  26  the world wide web at http://www.gnu.org.
  27
  28 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  29 --------------------------------------------------------------------------------
  30 This class calculates various auxiliary parameters.
  31
  32 REFERENCES
  33   Anderson, John D. "Introduction to Flight", 3rd Edition, McGraw-Hill, 1989
  34                     pgs. 112-126
  35 HISTORY
  36 --------------------------------------------------------------------------------
  37 01/26/99   JSB   Created
  38
  39 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  40 INCLUDES
  41 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  42
  43 #include "FGAuxiliary.h"
  44 #include "FGAerodynamics.h"
  45 #include "FGTranslation.h"
  46 #include "FGRotation.h"
  47 #include "FGAtmosphere.h"
  48 #include "FGState.h"
  49 #include "FGFDMExec.h"
  50 #include "FGFCS.h"
  51 #include "FGAircraft.h"
  52 #include "FGPosition.h"
  53 #include "FGOutput.h"
  54 #include "FGInertial.h"
  55 #include "FGMatrix33.h"
  56 #include "FGColumnVector3.h"
  57 #include "FGColumnVector4.h"
  58 #include "FGPropertyManager.h"
  59
  60 static const char *IdSrc = "$Id$";
  61 static const char *IdHdr = ID_AUXILIARY;
  62
  63 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  64 CLASS IMPLEMENTATION
  65 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  66
  67
  68 FGAuxiliary::FGAuxiliary(FGFDMExec* fdmex) : FGModel(fdmex)
  69 {
  70   Name = "FGAuxiliary";
  71   vcas = veas = mach = qbar = pt = 0;
  72   psl = rhosl = 1;
  73   earthPosAngle = 0.0;
  74
  75   vPilotAccelN.InitMatrix();
  76
  77   bind();
  78
  79   Debug(0);
  80 }
  81
  82 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  83
  84 FGAuxiliary::~FGAuxiliary()
  85 {
  86   unbind();
  87   Debug(1);
  88 }
  89
  90 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  91
  92 bool FGAuxiliary::Run()
  93 {
  94   double A,B,D;
  95
  96   if (!FGModel::Run()) {
  97     GetState();
  98     if (mach < 1) {   //calculate total pressure assuming isentropic flow
  99       pt=p*pow((1 + 0.2*mach*mach),3.5);
 100     } else {
 101       // shock in front of pitot tube, we'll assume its normal and use
 102       // the Rayleigh Pitot Tube Formula, i.e. the ratio of total
 103       // pressure behind the shock to the static pressure in front
 104
 105       B = 5.76*mach*mach/(5.6*mach*mach - 0.8);
 106
 107       // The denominator above is zero for Mach ~ 0.38, for which
 108       // we'll never be here, so we're safe
 109
 110       D = (2.8*mach*mach-0.4)*0.4167;
 111       pt = p*pow(B,3.5)*D;
 112     }
 113
 114     A = pow(((pt-p)/psl+1),0.28571);
 115     vcas = sqrt(7*psl/rhosl*(A-1));
 116     veas = sqrt(2*qbar/rhosl);
 117
 118     // Pilot sensed accelerations are calculated here. This is used
 119     // for the coordinated turn ball instrument. Motion base platforms sometimes
 120     // use the derivative of pilot sensed accelerations as the driving parameter,
 121     // rather than straight accelerations.
 122     //
 123     // The theory behind pilot-sensed calculations is presented:
 124     //
 125     // For purposes of discussion and calculation, assume for a minute that the
 126     // pilot is in space and motionless in inertial space. She will feel
 127     // no accelerations. If the aircraft begins to accelerate along any axis or
 128     // axes (without rotating), the pilot will sense those accelerations. If
 129     // any rotational moment is applied, the pilot will sense an acceleration
 130     // due to that motion in the amount:
 131     //
 132     // [wdot X R]  +  [w X (w X R)]
 133     //   Term I          Term II
 134     //
 135     // where:
 136     //
 137     // wdot = omegadot, the rotational acceleration rate vector
 138     // w    = omega, the rotational rate vector
 139     // R    = the vector from the aircraft CG to the pilot eyepoint
 140     //
 141     // The sum total of these two terms plus the acceleration of the aircraft
 142     // body axis gives the acceleration the pilot senses in inertial space.
 143     // In the presence of a large body such as a planet, a gravity field also
 144     // provides an accelerating attraction. This acceleration can be transformed
 145     // from the reference frame of the planet so as to be expressed in the frame
 146     // of reference of the aircraft. This gravity field accelerating attraction
 147     // is felt by the pilot as a force on her tushie as she sits in her aircraft
 148     // on the runway awaiting takeoff clearance.
 149     //
 150     // In JSBSim the acceleration of the body frame in inertial space is given
 151     // by the F = ma relation. If the vForces vector is divided by the aircraft
 152     // mass, the acceleration vector is calculated. The term wdot is equivalent
 153     // to the JSBSim vPQRdot vector, and the w parameter is equivalent to vPQR.
 154     // The radius R is calculated below in the vector vToEyePt.
 155
 156     vPilotAccel.InitMatrix();
 157     if ( Translation->GetVt() > 1 ) {
 158       vToEyePt = Aircraft->GetXYZep() - MassBalance->GetXYZcg();
 159       vToEyePt *= inchtoft;
 160       vPilotAccel =  Aerodynamics->GetForces()
 161                   +  Propulsion->GetForces()
 162                   +  GroundReactions->GetForces();
 163       vPilotAccel /= MassBalance->GetMass();
 164       vPilotAccel += Rotation->GetPQRdot() * vToEyePt;
 165       vPilotAccel += Rotation->GetPQR() * (Rotation->GetPQR() * vToEyePt);
 166       //vPilotAccel(2)*=-1;
 167       vPilotAccelN = vPilotAccel/Inertial->gravity();
 168     }
 169     earthPosAngle += State->Getdt()*Inertial->omega();
 170     return false;
 171   } else {
 172     return true;
 173   }
 174 }
 175
 176 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 177
 178 double FGAuxiliary::GetHeadWind(void)
 179 {
 180   double psiw,vw,psi;
 181
 182   psiw = Atmosphere->GetWindPsi();
 183   psi = Rotation->Getpsi();
 184   vw = Atmosphere->GetWindNED().Magnitude();
 185
 186   return vw*cos(psiw - psi);
 187 }
 188
 189 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 190
 191 double FGAuxiliary::GetCrossWind(void)
 192 {
 193   double psiw,vw,psi;
 194
 195   psiw = Atmosphere->GetWindPsi();
 196   psi = Rotation->Getpsi();
 197   vw = Atmosphere->GetWindNED().Magnitude();
 198
 199   return  vw*sin(psiw - psi);
 200 }
 201
 202 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 203
 204 void FGAuxiliary::bind(void)
 205 {
 206   typedef double (FGAuxiliary::*PMF)(int) const;
 207   PropertyManager->Tie("velocities/vc-fps", this,
 208                        &FGAuxiliary::GetVcalibratedFPS);
 209   PropertyManager->Tie("velocities/vc-kts", this,
 210                        &FGAuxiliary::GetVcalibratedKTS);
 211   PropertyManager->Tie("velocities/ve-fps", this,
 212                        &FGAuxiliary::GetVequivalentFPS);
 213   PropertyManager->Tie("velocities/ve-kts", this,
 214                        &FGAuxiliary::GetVequivalentKTS);
 215   PropertyManager->Tie("accelerations/a-pilot-x-ft_sec2", this,1,
 216                        (PMF)&FGAuxiliary::GetPilotAccel);
 217   PropertyManager->Tie("accelerations/a-pilot-y-ft_sec2", this,2,
 218                        (PMF)&FGAuxiliary::GetPilotAccel);
 219   PropertyManager->Tie("accelerations/a-pilot-z-ft_sec2", this,3,
 220                        (PMF)&FGAuxiliary::GetPilotAccel);
 221   PropertyManager->Tie("accelerations/n-pilot-x-norm", this,1,
 222                        (PMF)&FGAuxiliary::GetNpilot);
 223   PropertyManager->Tie("accelerations/n-pilot-y-norm", this,2,
 224                        (PMF)&FGAuxiliary::GetNpilot);
 225   PropertyManager->Tie("accelerations/n-pilot-z-norm", this,3,
 226                        (PMF)&FGAuxiliary::GetNpilot);
 227   PropertyManager->Tie("position/epa-rad", this,
 228                        &FGAuxiliary::GetEarthPositionAngle);
 229   /* PropertyManager->Tie("atmosphere/headwind-fps", this,
 230                        &FGAuxiliary::GetHeadWind,
 231                        true);
 232   PropertyManager->Tie("atmosphere/crosswind-fps", this,
 233                        &FGAuxiliary::GetCrossWind,
 234                        true); */
 235 }
 236
 237 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 238
 239 void FGAuxiliary::unbind(void)
 240 {
 241   PropertyManager->Untie("velocities/vc-fps");
 242   PropertyManager->Untie("velocities/vc-kts");
 243   PropertyManager->Untie("velocities/ve-fps");
 244   PropertyManager->Untie("velocities/ve-kts");
 245   PropertyManager->Untie("accelerations/a-pilot-x-ft_sec2");
 246   PropertyManager->Untie("accelerations/a-pilot-y-ft_sec2");
 247   PropertyManager->Untie("accelerations/a-pilot-z-ft_sec2");
 248   PropertyManager->Untie("accelerations/n-pilot-x-norm");
 249   PropertyManager->Untie("accelerations/n-pilot-y-norm");
 250   PropertyManager->Untie("accelerations/n-pilot-z-norm");
 251   PropertyManager->Untie("position/epa-rad");
 252   /* PropertyManager->Untie("atmosphere/headwind-fps");
 253   PropertyManager->Untie("atmosphere/crosswind-fps"); */
 254
 255 }
 256
 257 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 258
 259 void FGAuxiliary::GetState(void)
 260 {
 261   qbar = Translation->Getqbar();
 262   mach = Translation->GetMach();
 263   p = Atmosphere->GetPressure();
 264   rhosl = Atmosphere->GetDensitySL();
 265   psl = Atmosphere->GetPressureSL();
 266 }
 267
 268 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 269 //    The bitmasked value choices are as follows:
 270 //    unset: In this case (the default) JSBSim would only print
 271 //       out the normally expected messages, essentially echoing
 272 //       the config files as they are read. If the environment
 273 //       variable is not set, debug_lvl is set to 1 internally
 274 //    0: This requests JSBSim not to output any messages
 275 //       whatsoever.
 276 //    1: This value explicity requests the normal JSBSim
 277 //       startup messages
 278 //    2: This value asks for a message to be printed out when
 279 //       a class is instantiated
 280 //    4: When this value is set, a message is displayed when a
 281 //       FGModel object executes its Run() method
 282 //    8: When this value is set, various runtime state variables
 283 //       are printed out periodically
 284 //    16: When set various parameters are sanity checked and
 285 //       a message is printed out when they go out of bounds
 286
 287 void FGAuxiliary::Debug(int from)
 288 {
 289   if (debug_lvl <= 0) return;
 290
 291   if (debug_lvl & 1) { // Standard console startup message output
 292     if (from == 0) { // Constructor
 293
 294     }
 295   }
 296   if (debug_lvl & 2 ) { // Instantiation/Destruction notification
 297     if (from == 0) cout << "Instantiated: FGAuxiliary" << endl;
 298     if (from == 1) cout << "Destroyed:    FGAuxiliary" << endl;
 299   }
 300   if (debug_lvl & 4 ) { // Run() method entry print for FGModel-derived objects
 301   }
 302   if (debug_lvl & 8 ) { // Runtime state variables
 303   }
 304   if (debug_lvl & 16) { // Sanity checking
 305   }
 306   if (debug_lvl & 64) {
 307     if (from == 0) { // Constructor
 308       cout << IdSrc << endl;
 309       cout << IdHdr << endl;
 310     }
 311   }
 312 }
 313