src/FDM/JSBSim/models/propulsion/FGRocket.h

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Header:       FGRocket.h
   4  Author:       Jon S. Berndt
   5  Date started: 09/12/2000
   6
   7  ------------- Copyright (C) 2000  Jon S. Berndt (jon@jsbsim.org) --------------
   8
   9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  10  the terms of the GNU Lesser 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 Lesser General Public License for more
  17  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 HISTORY
  27 --------------------------------------------------------------------------------
  28 09/12/2000  JSB  Created
  29
  30 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  31 SENTRY
  32 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  33
  34 #ifndef FGROCKET_H
  35 #define FGROCKET_H
  36
  37 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  38 INCLUDES
  39 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  40
  41 #include "FGEngine.h"
  42 #include "math/FGTable.h"
  43 #include "input_output/FGXMLElement.h"
  44
  45 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  46 DEFINITIONS
  47 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  48
  49 #define ID_ROCKET "$Id$"
  50
  51 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  52 FORWARD DECLARATIONS
  53 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  54
  55 namespace JSBSim {
  56
  57 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  58 CLASS DOCUMENTATION
  59 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  60
  61 /** Models a generic rocket engine.
  62     The rocket engine is modeled given the following parameters:
  63     <ul>
  64         <li>Specific Impulse (in sec)</li>
  65     </ul>
  66     Additionally, the following control inputs, operating characteristics, and
  67     location are required, as with all other engine types:
  68     <ul>
  69         <li>Throttle setting (in percent, from 0 to 1.0)</li>
  70         <li>Maximum allowable throttle setting</li>
  71         <li>Minimum working throttle setting</li>
  72         <li>Sea level fuel flow at maximum thrust</li>
  73         <li>Sea level oxidizer flow at maximum thrust</li>
  74         <li>X, Y, Z location in structural coordinate frame</li>
  75         <li>Pitch and Yaw</li>
  76     </ul>
  77     The nozzle exit pressure (p2) is returned via a
  78     call to FGNozzle::GetPowerRequired(). This exit pressure is used
  79     to get the at-altitude thrust level.
  80
  81     One can model the thrust of a solid rocket by providing a normalized thrust table
  82     as a function of time. For instance, the space shuttle solid rocket booster
  83     normalized thrust value looks roughly like this:
  84
  85 <pre>
  86  \<thrust_table name="propulsion/thrust_time" type="internal">
  87    \<tableData>
  88       0.0   0.00
  89       0.2   0.91
  90       8.0   0.97
  91      16.0   0.99
  92      20.0   1.00
  93      21.0   1.00
  94      24.0   0.95
  95      32.0   0.85
  96      40.0   0.78
  97      48.0   0.72
  98      50.0   0.71
  99      52.0   0.71
 100      56.0   0.73
 101      64.0   0.78
 102      72.0   0.82
 103      80.0   0.81
 104      88.0   0.73
 105      96.0   0.69
 106     104.0   0.59
 107     112.0   0.46
 108     120.0   0.09
 109     132.0   0.00
 110    \</tableData>
 111  \</thrust_table>
 112 </pre>
 113
 114 The left column is time, the right column is normalized thrust. Inside the
 115 FGRocket class code, the maximum thrust is calculated, and multiplied by this
 116 table. The Rocket class also tracks burn time. All that needs to be done is
 117 for the rocket engine to be throttle up to 1. At that time, the solid rocket
 118 fuel begins burning and thrust is provided.
 119
 120     @author Jon S. Berndt
 121     $Id$
 122     @see FGNozzle,
 123     FGThruster,
 124     FGForce,
 125     FGEngine,
 126     FGPropulsion,
 127     FGTank
 128 */
 129
 130 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 131 CLASS DECLARATION
 132 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
 133
 134 class FGRocket : public FGEngine
 135 {
 136 public:
 137   /** Constructor.
 138       @param exec pointer to JSBSim parent object, the FDM Executive.
 139       @param el a pointer to the XML Element instance representing the engine.
 140       @param engine_number engine number */
 141   FGRocket(FGFDMExec* exec, Element *el, int engine_number);
 142
 143   /** Destructor */
 144   ~FGRocket(void);
 145
 146   /** Determines the thrust.
 147       @return thrust */
 148   double Calculate(void);
 149
 150   /** Gets the total impulse of the rocket.
 151       @return The cumulative total impulse of the rocket up to this time.*/
 152   double GetTotalImpulse(void) const {return It;}
 153
 154   /** Gets the flame-out status.
 155       The engine will "flame out" if the throttle is set below the minimum
 156       sustainable-thrust setting.
 157       @return true if engine has flamed out. */
 158   bool GetFlameout(void) {return Flameout;}
 159
 160   double GetOxiFlowRate(void) const {return OxidizerFlowRate;}
 161
 162   std::string GetEngineLabels(const std::string& delimiter);
 163   std::string GetEngineValues(const std::string& delimiter);
 164
 165 private:
 166   /** Reduces the fuel in the active tanks by the amount required.
 167       This function should be called from within the
 168       derived class' Calculate() function before any other calculations are
 169       done. This base class method removes fuel from the fuel tanks as
 170       appropriate, and sets the starved flag if necessary. */
 171   void ConsumeFuel(void);
 172
 173   /** The fuel need is calculated based on power levels and flow rate for that
 174       power level. It is also turned from a rate into an actual amount (pounds)
 175       by multiplying it by the delta T and the rate.
 176       @return Total fuel requirement for this engine in pounds. */
 177   double CalcFuelNeed(void);
 178
 179   /** The oxidizer need is calculated based on power levels and flow rate for that
 180       power level. It is also turned from a rate into an actual amount (pounds)
 181       by multiplying it by the delta T and the rate.
 182       @return Total oxidizer requirement for this engine in pounds. */
 183   double CalcOxidizerNeed(void);
 184
 185   /** Returns the vacuum thrust.
 186       @return The vacuum thrust in lbs. */
 187   double GetVacThrust(void) const {return VacThrust;}
 188
 189   void bindmodel(void);
 190
 191   double Isp; // Vacuum Isp
 192   double It;
 193   double MxR; // Mixture Ratio
 194   double BurnTime;
 195   double VacThrust;
 196   double previousFuelNeedPerTank;
 197   double previousOxiNeedPerTank;
 198   double OxidizerExpended;
 199   double SLOxiFlowMax;
 200   double OxidizerFlowRate;
 201   double PropellantFlowRate;
 202   bool Flameout;
 203   double BuildupTime;
 204   FGTable* ThrustTable;
 205
 206   void Debug(int from);
 207 };
 208 }
 209 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 210 #endif
 211