src/FDM/JSBSim/models/propulsion/FGEngine.cpp

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Module:       FGEngine.cpp
   4  Author:       Jon Berndt
   5  Date started: 01/21/99
   6  Called by:    FGAircraft
   7
   8  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jon@jsbsim.org) -------------
   9
  10  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  11  the terms of the GNU Lesser 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 Lesser General Public License for more details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU Lesser 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 Lesser General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28 See header file.
  29
  30 HISTORY
  31 --------------------------------------------------------------------------------
  32 01/21/99   JSB   Created
  33 09/03/99   JSB   Changed Rocket thrust equation to correct -= Thrust instead of
  34                  += Thrust (thanks to Tony Peden)
  35
  36 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  37 INCLUDES
  38 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  39
  40 #include "FGEngine.h"
  41 #include "FGTank.h"
  42 #include "FGPropeller.h"
  43 #include "FGNozzle.h"
  44 #include "FGRotor.h"
  45 #include "models/FGPropulsion.h"
  46 #include "input_output/FGXMLParse.h"
  47 #include "math/FGColumnVector3.h"
  48
  49 #include <iostream>
  50 #include <fstream>
  51 #include <cstdlib>
  52
  53 using namespace std;
  54
  55 namespace JSBSim {
  56
  57 static const char *IdSrc = "$Id: FGEngine.cpp,v 1.40 2010/10/15 11:32:41 jberndt Exp $";
  58 static const char *IdHdr = ID_ENGINE;
  59
  60 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  61 CLASS IMPLEMENTATION
  62 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  63
  64 FGEngine::FGEngine(FGFDMExec* exec, Element* engine_element, int engine_number)
  65                       : EngineNumber(engine_number)
  66 {
  67   Element* local_element;
  68   FGColumnVector3 location, orientation;
  69
  70   Name = "";
  71   Type = etUnknown;
  72   X = Y = Z = 0.0;
  73   EnginePitch = EngineYaw = 0.0;
  74   SLFuelFlowMax = 0.0;
  75   MaxThrottle = 1.0;
  76   MinThrottle = 0.0;
  77   FuelDensity = 6.0;
  78   unsigned int i;
  79
  80   ResetToIC(); // initialize dynamic terms
  81
  82   FDMExec = exec;
  83   Atmosphere = FDMExec->GetAtmosphere();
  84   FCS = FDMExec->GetFCS();
  85   Propulsion = FDMExec->GetPropulsion();
  86   Aircraft = FDMExec->GetAircraft();
  87   Propagate = FDMExec->GetPropagate();
  88   Auxiliary = FDMExec->GetAuxiliary();
  89
  90   PropertyManager = FDMExec->GetPropertyManager();
  91
  92   Name = engine_element->GetAttributeValue("name");
  93
  94   Load(engine_element, PropertyManager, to_string(EngineNumber)); // Call ModelFunctions loader
  95
  96 // Find and set engine location
  97
  98   local_element = engine_element->GetParent()->FindElement("location");
  99   if (local_element)  location = local_element->FindElementTripletConvertTo("IN");
 100   else      cerr << "No engine location found for this engine." << endl;
 101
 102   local_element = engine_element->GetParent()->FindElement("orient");
 103   if (local_element)  orientation = local_element->FindElementTripletConvertTo("RAD");
 104 //  else          cerr << "No engine orientation found for this engine." << endl;
 105 // Jon: The engine orientation has a default and is not normally used.
 106
 107   SetPlacement(location, orientation);
 108
 109   // Load thruster
 110   local_element = engine_element->GetParent()->FindElement("thruster");
 111   if (local_element) {
 112     try {
 113       if (!LoadThruster(local_element)) exit(-1);
 114     } catch (std::string str) {
 115       throw("Error loading engine " + Name + ". " + str);
 116     }
 117   } else {
 118     cerr << "No thruster definition supplied with engine definition." << endl;
 119   }
 120
 121   // Build and initialize the feed tank vector.
 122   for (i=0; i<(Propulsion->GetNumTanks()); i++) {
 123     SourceTanks.push_back(0);
 124   }
 125
 126   // Load feed tank[s] references
 127   local_element = engine_element->GetParent()->FindElement("feed");
 128   if (local_element) {
 129     while (local_element) {
 130       int tankID = (int)local_element->GetDataAsNumber();
 131       FGTank* tank = Propulsion->GetTank(tankID);
 132       if (tank) {
 133         AddFeedTank(tankID, tank->GetPriority());
 134         FuelDensity = tank->GetDensity();
 135       } else {
 136         cerr << "Feed tank " << tankID <<
 137           " specified in engine definition does not exist." << endl;
 138       }
 139       local_element = engine_element->GetParent()->FindNextElement("feed");
 140     }
 141   } else {
 142     cerr << "No feed tank specified in engine definition." << endl;
 143   }
 144
 145   string property_name, base_property_name;
 146   base_property_name = CreateIndexedPropertyName("propulsion/engine", EngineNumber);
 147
 148   property_name = base_property_name + "/set-running";
 149   PropertyManager->Tie( property_name.c_str(), this, &FGEngine::GetRunning, &FGEngine::SetRunning );
 150   property_name = base_property_name + "/thrust-lbs";
 151   PropertyManager->Tie( property_name.c_str(), Thruster, &FGThruster::GetThrust);
 152   property_name = base_property_name + "/fuel-flow-rate-pps";
 153   PropertyManager->Tie( property_name.c_str(), this, &FGEngine::GetFuelFlowRate);
 154
 155   PostLoad(engine_element, PropertyManager, to_string(EngineNumber));
 156
 157   //cout << "Engine[" << EngineNumber << "] using fuel density: " << FuelDensity << endl;
 158
 159   Debug(0);
 160 }
 161
 162 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 163
 164 FGEngine::~FGEngine()
 165 {
 166   delete Thruster;
 167   Debug(1);
 168 }
 169
 170 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 171
 172 void FGEngine::ResetToIC(void)
 173 {
 174   Throttle = 0.0;
 175   Mixture = 1.0;
 176   Starter = false;
 177   FuelExpended = 0.0;
 178   Starved = Running = Cranking = false;
 179   PctPower = 0.0;
 180   TrimMode = false;
 181   FuelFlow_gph = 0.0;
 182   FuelFlow_pph = 0.0;
 183   FuelFlowRate = 0.0;
 184   FuelFreeze = false;
 185 }
 186
 187 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 188 // This base class function should be called from within the
 189 // derived class' Calculate() function before any other calculations are done.
 190 // This base class method removes fuel from the fuel tanks as appropriate,
 191 // and sets the starved flag if necessary.
 192 // This version of the fuel consumption code should never see an oxidizer tank.
 193
 194 void FGEngine::ConsumeFuel(void)
 195 {
 196   if (FuelFreeze) return;
 197   if (TrimMode) return;
 198
 199   unsigned int i;
 200   double Fshortage, FuelNeeded;
 201   FGTank* Tank;
 202   unsigned int TanksWithFuel = 0;
 203   Fshortage = FuelNeeded = 0.0;
 204   double FuelToBurn;
 205   unsigned int CurrentPriority = 1;
 206   vector <int> FeedList;
 207   Starved = false;
 208
 209   FuelToBurn = CalcFuelNeed();
 210   if (FuelToBurn == 0.0) return;
 211
 212   // Count how many fuel tanks with the current priority level have fuel.
 213   // If none, then try next lower priority.  Build the feed list.
 214   while ((TanksWithFuel == 0) && (CurrentPriority <= Propulsion->GetNumTanks())) {
 215     for (i=0; i<Propulsion->GetNumTanks(); i++) {
 216       if (SourceTanks[i] != 0) {
 217         Tank = Propulsion->GetTank(i);
 218         if (Tank->GetType() == FGTank::ttFUEL) {
 219           if ((Tank->GetContents() > 0.0) && ((unsigned int)Tank->GetPriority() == CurrentPriority)) {
 220              ++TanksWithFuel;
 221              FeedList.push_back(i);
 222            }
 223         } else {
 224            cerr << "No oxidizer tanks should be used for this engine type." << endl;
 225         }
 226       }
 227     }
 228     if (TanksWithFuel == 0) CurrentPriority++;
 229   }
 230
 231   // No fuel found at any priority!
 232   if (TanksWithFuel == 0) {
 233     Starved = true;
 234     return;
 235   }
 236
 237   // Remove equal amount of fuel from each feed tank.
 238   FuelNeeded = FuelToBurn/TanksWithFuel;
 239   for (i=0; i<FeedList.size(); i++) {
 240     Tank = Propulsion->GetTank(FeedList[i]);
 241     Tank->Drain(FuelNeeded);
 242   }
 243
 244 }
 245
 246 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 247
 248 double FGEngine::CalcFuelNeed(void)
 249 {
 250   double dT = FDMExec->GetDeltaT()*Propulsion->GetRate();
 251   FuelFlowRate = SLFuelFlowMax*PctPower;
 252   FuelExpended = FuelFlowRate*dT;
 253   return FuelExpended;
 254 }
 255
 256 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 257
 258 void FGEngine::SetPlacement(FGColumnVector3& location, FGColumnVector3& orientation)
 259 {
 260   X = location(eX);
 261   Y = location(eY);
 262   Z = location(eZ);
 263   EnginePitch = orientation(ePitch);
 264   EngineYaw = orientation (eYaw);
 265 }
 266
 267 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 268
 269 void FGEngine::AddFeedTank(int tkID, int priority)
 270 {
 271   SourceTanks[tkID] = priority;
 272 }
 273
 274 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 275
 276 FGColumnVector3& FGEngine::GetBodyForces(void)
 277 {
 278   return Thruster->GetBodyForces();
 279 }
 280
 281 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 282
 283 FGColumnVector3& FGEngine::GetMoments(void)
 284 {
 285   return Thruster->GetMoments();
 286 }
 287
 288 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 289
 290 bool FGEngine::LoadThruster(Element *thruster_element)
 291 {
 292   string token, fullpath, localpath;
 293   string thruster_filename, thruster_fullpathname, thrType;
 294   string enginePath = FDMExec->GetEnginePath();
 295   string aircraftPath = FDMExec->GetFullAircraftPath();
 296   ifstream thruster_file;
 297   FGColumnVector3 location, orientation;
 298   string separator = "/";
 299
 300   fullpath = enginePath + separator;
 301   localpath = aircraftPath + separator + "Engines" + separator;
 302
 303   thruster_filename = thruster_element->GetAttributeValue("file");
 304   if ( !thruster_filename.empty()) {
 305     thruster_fullpathname = fullpath + thruster_filename + ".xml";
 306     thruster_file.open(thruster_fullpathname.c_str());
 307     if ( !thruster_file.is_open()) {
 308       thruster_fullpathname = localpath + thruster_filename + ".xml";
 309       thruster_file.open(thruster_fullpathname.c_str());
 310       if ( !thruster_file.is_open()) {
 311         cerr << "Could not open thruster file: " << thruster_filename << ".xml" << endl;
 312         return false;
 313       } else {
 314         thruster_file.close();
 315       }
 316     } else {
 317       thruster_file.close();
 318     }
 319   } else {
 320     cerr << "No thruster filename given." << endl;
 321     return false;
 322   }
 323
 324   document = LoadXMLDocument(thruster_fullpathname);
 325   document->SetParent(thruster_element);
 326
 327   thrType = document->GetName();
 328
 329   if (thrType == "propeller") {
 330     Thruster = new FGPropeller(FDMExec, document, EngineNumber);
 331   } else if (thrType == "nozzle") {
 332     Thruster = new FGNozzle(FDMExec, document, EngineNumber);
 333   } else if (thrType == "rotor") {
 334     Thruster = new FGRotor(FDMExec, document, EngineNumber);
 335   } else if (thrType == "direct") {
 336     Thruster = new FGThruster( FDMExec, document, EngineNumber);
 337   }
 338
 339   Thruster->SetdeltaT(FDMExec->GetDeltaT() * Propulsion->GetRate());
 340
 341   Debug(2);
 342   return true;
 343 }
 344
 345 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 346 //    The bitmasked value choices are as follows:
 347 //    unset: In this case (the default) JSBSim would only print
 348 //       out the normally expected messages, essentially echoing
 349 //       the config files as they are read. If the environment
 350 //       variable is not set, debug_lvl is set to 1 internally
 351 //    0: This requests JSBSim not to output any messages
 352 //       whatsoever.
 353 //    1: This value explicity requests the normal JSBSim
 354 //       startup messages
 355 //    2: This value asks for a message to be printed out when
 356 //       a class is instantiated
 357 //    4: When this value is set, a message is displayed when a
 358 //       FGModel object executes its Run() method
 359 //    8: When this value is set, various runtime state variables
 360 //       are printed out periodically
 361 //    16: When set various parameters are sanity checked and
 362 //       a message is printed out when they go out of bounds
 363
 364 void FGEngine::Debug(int from)
 365 {
 366   if (debug_lvl <= 0) return;
 367
 368   if (debug_lvl & 1) { // Standard console startup message output
 369     if (from == 0) { // Constructor
 370
 371     }
 372     if (from == 2) { // After thruster loading
 373       cout << "      X = " << Thruster->GetLocationX() << endl;
 374       cout << "      Y = " << Thruster->GetLocationY() << endl;
 375       cout << "      Z = " << Thruster->GetLocationZ() << endl;
 376       cout << "      Pitch = " << radtodeg*Thruster->GetAnglesToBody(ePitch) << " degrees" << endl;
 377       cout << "      Yaw = " << radtodeg*Thruster->GetAnglesToBody(eYaw) << " degrees" << endl;
 378     }
 379   }
 380   if (debug_lvl & 2 ) { // Instantiation/Destruction notification
 381     if (from == 0) cout << "Instantiated: FGEngine" << endl;
 382     if (from == 1) cout << "Destroyed:    FGEngine" << endl;
 383   }
 384   if (debug_lvl & 4 ) { // Run() method entry print for FGModel-derived objects
 385   }
 386   if (debug_lvl & 8 ) { // Runtime state variables
 387   }
 388   if (debug_lvl & 16) { // Sanity checking
 389   }
 390   if (debug_lvl & 64) {
 391     if (from == 0) { // Constructor
 392       cout << IdSrc << endl;
 393       cout << IdHdr << endl;
 394     }
 395   }
 396 }
 397 }