src/FDM/JSBSim/FGSimTurbine.cpp

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Module:       FGSimTurbine.cpp
   4  Author:       David Culp
   5  Date started: 03/11/2003
   6  Purpose:      This module models a turbine engine.
   7
   8  ------------- Copyright (C) 2003  David Culp (davidculp2@attbi.com) -----------
   9
  10  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  11  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  12  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  13  version.
  14
  15  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  16  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  17  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  18  details.
  19
  20  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  21  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  22  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  23
  24  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  25  the world wide web at http://www.gnu.org.
  26
  27 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  28 --------------------------------------------------------------------------------
  29
  30 This class descends from the FGEngine class and models a Turbine engine based
  31 on parameters given in the engine config file for this class
  32
  33 HISTORY
  34 --------------------------------------------------------------------------------
  35 03/11/2003  DPC  Created
  36
  37 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  38 INCLUDES
  39 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  40
  41 #include <vector>
  42 #include "FGSimTurbine.h"
  43
  44 namespace JSBSim {
  45
  46 static const char *IdSrc = "$Id$";
  47 static const char *IdHdr = ID_SIMTURBINE;
  48
  49 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  50 CLASS IMPLEMENTATION
  51 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  52
  53
  54 FGSimTurbine::FGSimTurbine(FGFDMExec* exec, FGConfigFile* cfg) : FGEngine(exec)
  55 {
  56   SetDefaults();
  57   FGEngine::Type=etSimTurbine;
  58   Load(cfg);
  59   Debug(0);
  60 }
  61
  62 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  63
  64 FGSimTurbine::~FGSimTurbine()
  65 {
  66   Debug(1);
  67 }
  68
  69 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  70
  71 double FGSimTurbine::Calculate(double dummy)
  72 {
  73   double idlethrust, milthrust, thrust;
  74   double TAT = (Auxiliary->GetTotalTemperature() - 491.69) * 0.5555556;
  75   dt = State->Getdt() * Propulsion->GetRate();
  76
  77   // calculate virtual throttle position (actual +/- lag) based on
  78   // FCS Throttle value (except when trimming)
  79   if (dt > 0.0) {
  80     Running = !Starved;
  81     ThrottleCmd = FCS->GetThrottleCmd(EngineNumber);
  82     if ( ThrottleCmd > throttle ) {
  83       throttle += (dt * delay);
  84       if (throttle > ThrottleCmd ) throttle = ThrottleCmd;
  85       }
  86     else {
  87       throttle -= (dt * delay * 3.0);
  88       if (throttle < ThrottleCmd ) throttle = ThrottleCmd;
  89       }
  90     }
  91   else {
  92     Starved = false;
  93     throttle = ThrottleCmd = FCS->GetThrottleCmd(EngineNumber);
  94     }
  95
  96   idlethrust = MaxMilThrust * ThrustTables[0]->TotalValue();
  97   milthrust = MaxMilThrust * ThrustTables[1]->TotalValue();
  98
  99   if (Running) {
 100     thrust = milthrust * throttle * throttle;
 101     if (thrust < idlethrust) thrust = idlethrust;
 102     FuelFlow_pph = thrust * TSFC;
 103     thrust = thrust * (1.0 - BleedDemand);
 104     IdleFF = pow(MaxMilThrust, 0.2) * 107.0;
 105     if (FuelFlow_pph < IdleFF) FuelFlow_pph = IdleFF;
 106     N1 = IdleN1 + throttle * N1_factor;
 107     N2 = IdleN2 + throttle * N2_factor;
 108     EGT_degC = TAT + 363.1 + ThrottleCmd * 357.1;
 109     OilPressure_psi = N2 * 0.62;
 110     OilTemp_degK += dt * 1.2;
 111     if (OilTemp_degK > 366.0) OilTemp_degK = 366.0;
 112     EPR = 1.0 + thrust/MaxMilThrust;
 113     NozzlePosition = 1.0 - throttle;
 114     if (Reversed) thrust = thrust * -0.2;
 115     }
 116   else {
 117     thrust = 0.0;
 118     FuelFlow_pph = 0.000001;
 119     N1 -= (dt * 3.0);
 120     if (N1 < (Translation->Getqbar()/10.0)) N1 = Translation->Getqbar()/10.0;
 121     N2 -= (dt * 3.5);
 122     if (N2 < (Translation->Getqbar()/15.0)) N2 = Translation->Getqbar()/15.0;
 123     EGT_degC -= (dt * 11.7);
 124     if (EGT_degC < TAT) EGT_degC = TAT;
 125     OilPressure_psi = N2 * 0.62;
 126     OilTemp_degK -= (dt * 0.2);
 127     if (OilTemp_degK < (TAT + 273.0)) OilTemp_degK = (TAT + 273.0);
 128     EPR = 1.0;
 129     }
 130
 131   if (AugMethod == 1) {
 132     if (throttle > 0.99) {Augmentation = true;}
 133       else {Augmentation = false;}
 134     }
 135
 136   if ((Augmented == 1) && Augmentation) {
 137     thrust = thrust * ThrustTables[2]->TotalValue();
 138     FuelFlow_pph = thrust * ATSFC;
 139     NozzlePosition = 1.0;
 140     }
 141
 142   if ((Injected == 1) && Injection)
 143     thrust = thrust * ThrustTables[3]->TotalValue();
 144
 145   ConsumeFuel();
 146
 147   return Thrust = thrust;
 148
 149 }
 150
 151 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 152
 153 double FGSimTurbine::CalcFuelNeed(void)
 154 {
 155   return FuelFlow_pph /3600 * State->Getdt() * Propulsion->GetRate();
 156 }
 157
 158 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 159
 160 double FGSimTurbine::GetPowerAvailable(void) {
 161   if( throttle <= 0.77 )
 162     return 64.94*throttle;
 163   else
 164     return 217.38*throttle - 117.38;
 165 }
 166
 167 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 168
 169 void FGSimTurbine::SetDefaults(void)
 170 {
 171   Name = "None_Defined";
 172   MaxMilThrust = 10000.0;
 173   BypassRatio = 0.0;
 174   TSFC = 0.8;
 175   ATSFC = 1.7;
 176   IdleN1 = 30.0;
 177   IdleN2 = 60.0;
 178   MaxN1 = 100.0;
 179   MaxN2 = 100.0;
 180   Augmented = 0;
 181   AugMethod = 0;
 182   Injected = 0;
 183   BleedDemand = 0.0;
 184   throttle = 0.0;
 185   InletPosition = 1.0;
 186   NozzlePosition = 1.0;
 187   Augmentation = false;
 188   Injection = false;
 189   Reversed = false;
 190 }
 191
 192 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 193
 194 bool FGSimTurbine::Load(FGConfigFile *Eng_cfg)
 195 {
 196   int i;
 197   string token;
 198   Name = Eng_cfg->GetValue("NAME");
 199   cout << Name << endl;
 200   Eng_cfg->GetNextConfigLine();
 201   *Eng_cfg >> token >> MaxMilThrust;
 202   *Eng_cfg >> token >> BypassRatio;
 203   *Eng_cfg >> token >> TSFC;
 204   *Eng_cfg >> token >> ATSFC;
 205   *Eng_cfg >> token >> IdleN1;
 206   *Eng_cfg >> token >> IdleN2;
 207   *Eng_cfg >> token >> MaxN1;
 208   *Eng_cfg >> token >> MaxN2;
 209   *Eng_cfg >> token >> Augmented;
 210   *Eng_cfg >> token >> AugMethod;
 211   *Eng_cfg >> token >> Injected;
 212   i=0;
 213   while( Eng_cfg->GetValue() != string("/FG_SIMTURBINE") && i < 10){
 214     ThrustTables.push_back( new FGCoefficient(FDMExec) );
 215     ThrustTables.back()->Load(Eng_cfg);
 216     i++;
 217   }
 218
 219   // pre-calculations and initializations
 220   delay= 1.0 / (BypassRatio + 3.0);
 221   N1_factor = MaxN1 - IdleN1;
 222   N2_factor = MaxN2 - IdleN2;
 223   OilTemp_degK = (Auxiliary->GetTotalTemperature() - 491.69) * 0.5555556 + 273.0;
 224   IdleFF = pow(MaxMilThrust, 0.2) * 107.0;  // just an estimate
 225   AddFeedTank(EngineNumber);   // engine[n] feeds from tank[n]
 226   return true;
 227 }
 228
 229
 230 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 231 //    The bitmasked value choices are as follows:
 232 //    unset: In this case (the default) JSBSim would only print
 233 //       out the normally expected messages, essentially echoing
 234 //       the config files as they are read. If the environment
 235 //       variable is not set, debug_lvl is set to 1 internally
 236 //    0: This requests JSBSim not to output any messages
 237 //       whatsoever.
 238 //    1: This value explicity requests the normal JSBSim
 239 //       startup messages
 240 //    2: This value asks for a message to be printed out when
 241 //       a class is instantiated
 242 //    4: When this value is set, a message is displayed when a
 243 //       FGModel object executes its Run() method
 244 //    8: When this value is set, various runtime state variables
 245 //       are printed out periodically
 246 //    16: When set various parameters are sanity checked and
 247 //       a message is printed out when they go out of bounds
 248
 249 void FGSimTurbine::Debug(int from)
 250 {
 251   if (debug_lvl <= 0) return;
 252
 253   if (debug_lvl & 1) { // Standard console startup message output
 254     if (from == 0) { // Constructor
 255
 256     }
 257   }
 258   if (debug_lvl & 2 ) { // Instantiation/Destruction notification
 259     if (from == 0) cout << "Instantiated: FGSimTurbine" << endl;
 260     if (from == 1) cout << "Destroyed:    FGSimTurbine" << endl;
 261   }
 262   if (debug_lvl & 4 ) { // Run() method entry print for FGModel-derived objects
 263   }
 264   if (debug_lvl & 8 ) { // Runtime state variables
 265   }
 266   if (debug_lvl & 16) { // Sanity checking
 267   }
 268   if (debug_lvl & 64) {
 269     if (from == 0) { // Constructor
 270       cout << IdSrc << endl;
 271       cout << IdHdr << endl;
 272     }
 273   }
 274 }
 275 }