src/FDM/JSBSim/FGTurbine.h

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Header:       FGTurbine.h
   4  Author:       David Culp
   5  Date started: 03/11/2003
   6
   7  ------------- Copyright (C) 2003  David Culp (davidculp2@comcast.net)----------
   8
   9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  10  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  11  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  12  version.
  13
  14  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  15  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  16  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  17  details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  20  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  21  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22
  23  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 HISTORY
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28 03/11/2003  DPC  Created, based on FGTurbine
  29 09/22/2003  DPC  Added starting, stopping, new framework
  30 04/29/2004  DPC  Renamed from FGSimTurbine to FGTurbine
  31
  32 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  33 SENTRY
  34 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  35
  36 #ifndef FGTURBINE_H
  37 #define FGTURBINE_H
  38
  39 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  40 INCLUDES
  41 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  42
  43 #include <vector>
  44 #include "FGEngine.h"
  45 #include "FGConfigFile.h"
  46 #include "FGCoefficient.h"
  47
  48 #define ID_TURBINE "$Id$"
  49
  50 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  51 FORWARD DECLARATIONS
  52 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  53
  54 namespace JSBSim {
  55
  56 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  57 CLASS DOCUMENTATION
  58 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  59
  60 /** This class models a turbine engine.  Based on Jon Berndt's FGTurbine module.
  61     Here the term "phase" signifies the engine's mode of operation.  At any given
  62     time the engine is in only one phase.  At simulator startup the engine will be
  63     placed in the Trim phase in order to provide a simplified thrust value without
  64     throttle lag.  When trimming is complete the engine will go to the Off phase,
  65     unless the value FGEngine::Running has been previously set to true, in which
  66     case the engine will go to the Run phase.  Once an engine is in the Off phase
  67     the full starting procedure (or airstart) must be used to get it running.
  68 <P>
  69     - STARTING (on ground):
  70       -# Set the control FGEngine::Starter to true.  The engine will spin up to
  71          a maximum of about %25 N2 (%5.2 N1).  This simulates the action of a
  72          pneumatic starter.
  73       -# After reaching %15 N2 set the control FGEngine::Cutoff to false. If fuel
  74          is available the engine will now accelerate to idle.  The starter will
  75          automatically be set to false after the start cycle.
  76 <P>
  77     - STARTING (in air):
  78       -# Increase speed to obtain a minimum of %15 N2.  If this is not possible,
  79          the starter may be used to assist.
  80       -# Place the control FGEngine::Cutoff to false.
  81 <P>
  82     Ignition is assumed to be on anytime the Cutoff control is set to false,
  83     therefore a seperate ignition system is not modeled.
  84
  85 Configuration File Format
  86 <pre>
  87 \<FG_TURBINE NAME="<name>">
  88   MILTHRUST   \<thrust>
  89   MAXTHRUST   \<thrust>
  90   BYPASSRATIO \<bypass ratio>
  91   TSFC        \<thrust specific fuel consumption>
  92   ATSFC       \<afterburning thrust specific fuel consumption>
  93   IDLEN1      \<idle N1>
  94   IDLEN2      \<idle N2>
  95   MAXN1       \<max N1>
  96   MAXN2       \<max N2>
  97   AUGMENTED   \<0|1>
  98   AUGMETHOD   \<0|1>
  99   INJECTED    \<0|1>
 100   ...
 101 \</FG_TURBINE>
 102 </pre>
 103 Definition of the turbine engine configuration file parameters:
 104 <pre>
 105 <b>MILTHRUST</b> - Maximum thrust, static, at sea level, lbf.
 106 <b>MAXTHRUST</b> - Afterburning thrust, static, at sea level, lbf
 107 [this value will be ignored when AUGMENTED is zero (false)].
 108 <b>BYPASSRATIO</b> - Ratio of bypass air flow to core air flow.
 109 <b>TSFC</b> - Thrust-specific fuel consumption, lbm/hr/lbf
 110 [i.e. fuel flow divided by thrust].
 111 <b>ATSFC</b> - Afterburning TSFC, lbm/hr/lbf
 112 [this value will be ignored when AUGMENTED is zero (false)]
 113 <b>IDLEN1</b> - Fan rotor rpm (% of max) at idle
 114 <b>IDLEN2</b> - Core rotor rpm (% of max) at idle
 115 <b>MAXN1</b> - Fan rotor rpm (% of max) at full throttle [not always 100!]
 116 <b>MAXN2</b> - Core rotor rpm (% of max) at full throttle [not always 100!]
 117 <b>AUGMENTED</b>
 118   0 == afterburner not installed
 119   1 == afterburner installed
 120 <b>AUGMETHOD</b>
 121   0 == afterburner activated by property /engines/engine[n]/augmentation
 122   1 == afterburner activated by pushing throttle above 99% position
 123   2 == throttle range is expanded in the FCS, and values above 1.0 are afterburner range
 124   [this item will be ignored when AUGMENTED == 0]
 125 <b>INJECTED</b>
 126   0 == Water injection not installed
 127   1 == Water injection installed
 128 </pre>
 129     @author David P. Culp
 130     @version "$Id$"
 131 */
 132
 133 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 134 CLASS DECLARATION
 135 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
 136
 137 class FGTurbine : public FGEngine
 138 {
 139 public:
 140   /** Constructor
 141       @param Executive pointer to executive structure
 142       @param Eng_cfg pointer to engine config file instance */
 143   FGTurbine(FGFDMExec* Executive, FGConfigFile* Eng_cfg);
 144   /// Destructor
 145   ~FGTurbine();
 146
 147   enum phaseType { tpOff, tpRun, tpSpinUp, tpStart, tpStall, tpSeize, tpTrim };
 148
 149   double Calculate(void);
 150   double CalcFuelNeed(void);
 151   double GetPowerAvailable(void);
 152   double Seek(double* var, double target, double accel, double decel);
 153
 154   phaseType GetPhase(void) { return phase; }
 155
 156   bool GetOvertemp(void)  {return Overtemp; }
 157   bool GetInjection(void) {return Injection;}
 158   bool GetFire(void) { return Fire; }
 159   bool GetAugmentation(void) {return Augmentation;}
 160   bool GetReversed(void) { return Reversed; }
 161   bool GetCutoff(void) { return Cutoff; }
 162   int GetIgnition(void) {return Ignition;}
 163
 164   double GetInlet(void) { return InletPosition; }
 165   double GetNozzle(void) { return NozzlePosition; }
 166   double GetBleedDemand(void) {return BleedDemand;}
 167   double GetN1(void) {return N1;}
 168   double GetN2(void) {return N2;}
 169   double GetEPR(void) {return EPR;}
 170   double GetEGT(void) {return EGT_degC;}
 171
 172   double getOilPressure_psi () const {return OilPressure_psi;}
 173   double getOilTemp_degF (void) {return KelvinToFahrenheit(OilTemp_degK);}
 174
 175   void SetInjection(bool injection) {Injection = injection;}
 176   void SetIgnition(int ignition) {Ignition = ignition;}
 177   void SetAugmentation(bool augmentation) {Augmentation = augmentation;}
 178   void SetPhase( phaseType p ) { phase = p; }
 179   void SetEPR(double epr) {EPR = epr;}
 180   void SetBleedDemand(double bleedDemand) {BleedDemand = bleedDemand;}
 181   void SetReverse(bool reversed) { Reversed = reversed; }
 182   void SetCutoff(bool cutoff) { Cutoff = cutoff; }
 183
 184   string GetEngineLabels(void);
 185   string GetEngineValues(void);
 186
 187 private:
 188
 189   typedef vector<FGCoefficient*> CoeffArray;
 190   CoeffArray ThrustTables;
 191
 192   phaseType phase;         ///< Operating mode, or "phase"
 193   double MilThrust;        ///< Maximum Unaugmented Thrust, static @ S.L. (lbf)
 194   double MaxThrust;        ///< Maximum Augmented Thrust, static @ S.L. (lbf)
 195   double BypassRatio;      ///< Bypass Ratio
 196   double TSFC;             ///< Thrust Specific Fuel Consumption (lbm/hr/lbf)
 197   double ATSFC;            ///< Augmented TSFC (lbm/hr/lbf)
 198   double IdleN1;           ///< Idle N1
 199   double IdleN2;           ///< Idle N2
 200   double N1;               ///< N1
 201   double N2;               ///< N2
 202   double MaxN1;            ///< N1 at 100% throttle
 203   double MaxN2;            ///< N2 at 100% throttle
 204   double IdleFF;           ///< Idle Fuel Flow (lbm/hr)
 205   double delay;            ///< Inverse spool-up time from idle to 100% (seconds)
 206   double dt;               ///< Simulator time slice
 207   double N1_factor;        ///< factor to tie N1 and throttle
 208   double N2_factor;        ///< factor to tie N2 and throttle
 209   double ThrottlePos;      ///< FCS-supplied throttle position
 210   double AugmentCmd;       ///< modulated afterburner command (0.0 to 1.0)
 211   double TAT;              ///< total air temperature (deg C)
 212   bool Stalled;            ///< true if engine is compressor-stalled
 213   bool Seized;             ///< true if inner spool is seized
 214   bool Overtemp;           ///< true if EGT exceeds limits
 215   bool Fire;               ///< true if engine fire detected
 216   bool Injection;
 217   bool Augmentation;
 218   bool Reversed;
 219   bool Cutoff;
 220   int Injected;            ///< = 1 if water injection installed
 221   int Ignition;
 222   int Augmented;           ///< = 1 if augmentation installed
 223   int AugMethod;           ///< = 0 if using property /engine[n]/augmentation
 224                            ///< = 1 if using last 1% of throttle movement
 225                            ///< = 2 if using FCS-defined throttle
 226   double EGT_degC;
 227   double EPR;
 228   double OilPressure_psi;
 229   double OilTemp_degK;
 230   double BleedDemand;
 231   double InletPosition;
 232   double NozzlePosition;
 233
 234   double Off(void);
 235   double Run(void);
 236   double SpinUp(void);
 237   double Start(void);
 238   double Stall(void);
 239   double Seize(void);
 240   double Trim(void);
 241
 242   void SetDefaults(void);
 243   bool Load(FGConfigFile *ENG_cfg);
 244   void Debug(int from);
 245
 246 };
 247 }
 248 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 249 #endif
 250