src/FDM/YASim/Airplane.cpp

   1 #include "Atmosphere.hpp"
   2 #include "ControlMap.hpp"
   3 #include "Gear.hpp"
   4 #include "Math.hpp"
   5 #include "Glue.hpp"
   6 #include "RigidBody.hpp"
   7 #include "Surface.hpp"
   8 #include "Thruster.hpp"
   9
  10 #include "Airplane.hpp"
  11 namespace yasim {
  12
  13 Airplane::Airplane()
  14 {
  15     _emptyWeight = 0;
  16     _pilotPos[0] = _pilotPos[1] = _pilotPos[2] = 0;
  17     _wing = 0;
  18     _tail = 0;
  19     _ballast = 0;
  20     _cruiseP = 0;
  21     _cruiseT = 0;
  22     _cruiseSpeed = 0;
  23     _cruiseWeight = 0;
  24     _approachP = 0;
  25     _approachT = 0;
  26     _approachSpeed = 0;
  27     _approachAoA = 0;
  28     _approachWeight = 0;
  29
  30     _dragFactor = 1;
  31     _liftRatio = 1;
  32     _cruiseAoA = 0;
  33     _tailIncidence = 0;
  34 }
  35
  36 Airplane::~Airplane()
  37 {
  38     int i;
  39     for(i=0; i<_fuselages.size(); i++)
  40         delete (Fuselage*)_fuselages.get(i);
  41     for(i=0; i<_tanks.size(); i++)
  42         delete (Tank*)_tanks.get(i);
  43     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++)
  44         delete (ThrustRec*)_thrusters.get(i);
  45     for(i=0; i<_gears.size(); i++)
  46         delete (GearRec*)_gears.get(i);
  47     for(i=0; i<_surfs.size(); i++)
  48         delete (Surface*)_surfs.get(i);
  49     for(i=0; i<_contacts.size(); i++)
  50         delete[] (float*)_contacts.get(i);
  51 }
  52
  53 void Airplane::iterate(float dt)
  54 {
  55     _model.iterate();
  56
  57     // FIXME: Consume fuel
  58 }
  59
  60 ControlMap* Airplane::getControlMap()
  61 {
  62     return &_controls;
  63 }
  64
  65 Model* Airplane::getModel()
  66 {
  67     return &_model;
  68 }
  69
  70 void Airplane::getPilotAccel(float* out)
  71 {
  72     State* s = _model.getState();
  73
  74     // Gravity
  75     Glue::geodUp(s->pos, out);
  76     Math::mul3(-9.8, out, out);
  77
  78     // The regular acceleration
  79     float tmp[3];
  80     Math::mul3(-1, s->acc, tmp);
  81     Math::add3(tmp, out, out);
  82
  83     // Convert to aircraft coordinates
  84     Math::vmul33(s->orient, out, out);
  85
  86     // FIXME: rotational & centripetal acceleration needed
  87 }
  88
  89 void Airplane::setPilotPos(float* pos)
  90 {
  91     int i;
  92     for(i=0; i<3; i++) _pilotPos[i] = pos[i];
  93 }
  94
  95 void Airplane::getPilotPos(float* out)
  96 {
  97     int i;
  98     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _pilotPos[i];
  99 }
 100
 101 int Airplane::numGear()
 102 {
 103     return _gears.size();
 104 }
 105
 106 Gear* Airplane::getGear(int g)
 107 {
 108     return ((GearRec*)_gears.get(g))->gear;
 109 }
 110
 111 void Airplane::setGearState(bool down, float dt)
 112 {
 113     int i;
 114     for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
 115         GearRec* gr = (GearRec*)_gears.get(i);
 116         if(gr->time == 0) {
 117             // Non-extensible
 118             gr->gear->setExtension(1);
 119             gr->surf->setXDrag(1);
 120             gr->surf->setYDrag(1);
 121             gr->surf->setZDrag(1);
 122             continue;
 123         }
 124
 125         float diff = dt / gr->time;
 126         if(!down) diff = -diff;
 127         float ext = gr->gear->getExtension() + diff;
 128         if(ext < 0) ext = 0;
 129         if(ext > 1) ext = 1;
 130
 131         gr->gear->setExtension(ext);
 132         gr->surf->setXDrag(ext);
 133         gr->surf->setYDrag(ext);
 134         gr->surf->setZDrag(ext);
 135     }
 136 }
 137
 138 void Airplane::setApproach(float speed, float altitude)
 139 {
 140     // The zero AoA will become a calculated stall AoA in compile()
 141     setApproach(speed, altitude, 0);
 142 }
 143
 144 void Airplane::setApproach(float speed, float altitude, float aoa)
 145 {
 146     _approachSpeed = speed;
 147     _approachP = Atmosphere::getStdPressure(altitude);
 148     _approachT = Atmosphere::getStdTemperature(altitude);
 149     _approachAoA = aoa;
 150 }
 151
 152 void Airplane::setCruise(float speed, float altitude)
 153 {
 154     _cruiseSpeed = speed;
 155     _cruiseP = Atmosphere::getStdPressure(altitude);
 156     _cruiseT = Atmosphere::getStdTemperature(altitude);
 157     _cruiseAoA = 0;
 158     _tailIncidence = 0;
 159 }
 160
 161 void Airplane::addApproachControl(int control, float val)
 162 {
 163     Control* c = new Control();
 164     c->control = control;
 165     c->val = val;
 166     _approachControls.add(c);
 167 }
 168
 169 void Airplane::addCruiseControl(int control, float val)
 170 {
 171     Control* c = new Control();
 172     c->control = control;
 173     c->val = val;
 174     _cruiseControls.add(c);
 175 }
 176
 177 int Airplane::numTanks()
 178 {
 179     return _tanks.size();
 180 }
 181
 182 float Airplane::getFuel(int tank)
 183 {
 184     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->fill;
 185 }
 186
 187 float Airplane::getFuelDensity(int tank)
 188 {
 189     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->density;
 190 }
 191
 192 void Airplane::setWeight(float weight)
 193 {
 194     _emptyWeight = weight;
 195 }
 196
 197 void Airplane::setWing(Wing* wing)
 198 {
 199     _wing = wing;
 200 }
 201
 202 void Airplane::setTail(Wing* tail)
 203 {
 204     _tail = tail;
 205 }
 206
 207 void Airplane::addVStab(Wing* vstab)
 208 {
 209     _vstabs.add(vstab);
 210 }
 211
 212 void Airplane::addFuselage(float* front, float* back, float width,
 213                            float taper, float mid)
 214 {
 215     Fuselage* f = new Fuselage();
 216     int i;
 217     for(i=0; i<3; i++) {
 218         f->front[i] = front[i];
 219         f->back[i]  = back[i];
 220     }
 221     f->width = width;
 222     f->taper = taper;
 223     f->mid = mid;
 224     _fuselages.add(f);
 225 }
 226
 227 int Airplane::addTank(float* pos, float cap, float density)
 228 {
 229     Tank* t = new Tank();
 230     int i;
 231     for(i=0; i<3; i++) t->pos[i] = pos[i];
 232     t->cap = cap;
 233     t->fill = cap;
 234     t->density = density;
 235     t->handle = 0xffffffff;
 236     return _tanks.add(t);
 237 }
 238
 239 void Airplane::addGear(Gear* gear, float transitionTime)
 240 {
 241     GearRec* g = new GearRec();
 242     g->gear = gear;
 243     g->surf = 0;
 244     g->time = transitionTime;
 245     _gears.add(g);
 246 }
 247
 248 void Airplane::addThruster(Thruster* thruster, float mass, float* cg)
 249 {
 250     ThrustRec* t = new ThrustRec();
 251     t->thruster = thruster;
 252     t->mass = mass;
 253     int i;
 254     for(i=0; i<3; i++) t->cg[i] = cg[i];
 255     _thrusters.add(t);
 256 }
 257
 258 void Airplane::addBallast(float* pos, float mass)
 259 {
 260     _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 261     _ballast += mass;
 262 }
 263
 264 int Airplane::addWeight(float* pos, float size)
 265 {
 266     WeightRec* wr = new WeightRec();
 267     wr->handle = _model.getBody()->addMass(0, pos);
 268
 269     wr->surf = new Surface();
 270     wr->surf->setPosition(pos);
 271     wr->surf->setTotalDrag(size*size);
 272     _model.addSurface(wr->surf);
 273     _surfs.add(wr->surf);
 274
 275     return _weights.add(wr);
 276 }
 277
 278 void Airplane::setWeight(int handle, float mass)
 279 {
 280     WeightRec* wr = (WeightRec*)_weights.get(handle);
 281
 282     _model.getBody()->setMass(wr->handle, mass);
 283
 284     // Kill the aerodynamic drag if the mass is exactly zero.  This is
 285     // how we simulate droppable stores.
 286     if(mass == 0) {
 287         wr->surf->setXDrag(0);
 288         wr->surf->setYDrag(0);
 289         wr->surf->setZDrag(0);
 290     } else {
 291         wr->surf->setXDrag(1);
 292         wr->surf->setYDrag(1);
 293         wr->surf->setZDrag(1);
 294     }
 295 }
 296
 297 void Airplane::setFuelFraction(float frac)
 298 {
 299     int i;
 300     for(i=0; i<_tanks.size(); i++) {
 301         Tank* t = (Tank*)_tanks.get(i);
 302         _model.getBody()->setMass(t->handle, t->cap * frac);
 303     }
 304 }
 305
 306 float Airplane::getDragCoefficient()
 307 {
 308     return _dragFactor;
 309 }
 310
 311 float Airplane::getLiftRatio()
 312 {
 313     return _liftRatio;
 314 }
 315
 316 float Airplane::getCruiseAoA()
 317 {
 318     return _cruiseAoA;
 319 }
 320
 321 float Airplane::getTailIncidence()
 322 {
 323     return _tailIncidence;
 324 }
 325
 326 char* Airplane::getFailureMsg()
 327 {
 328     return _failureMsg;
 329 }
 330
 331 int Airplane::getSolutionIterations()
 332 {
 333     return _solutionIterations;
 334 }
 335
 336 void Airplane::setupState(float aoa, float speed, State* s)
 337 {
 338     float cosAoA = Math::cos(aoa);
 339     float sinAoA = Math::sin(aoa);
 340     s->orient[0] =  cosAoA; s->orient[1] = 0; s->orient[2] = sinAoA;
 341     s->orient[3] =       0; s->orient[4] = 1; s->orient[5] =      0;
 342     s->orient[6] = -sinAoA; s->orient[7] = 0; s->orient[8] = cosAoA;
 343
 344     s->v[0] = speed; s->v[1] = 0; s->v[2] = 0;
 345
 346     int i;
 347     for(i=0; i<3; i++)
 348         s->pos[i] = s->rot[i] = s->acc[i] = s->racc[i] = 0;
 349
 350     // Put us 1m above the origin, or else the gravity computation in
 351     // Model goes nuts
 352     s->pos[2] = 1;
 353 }
 354
 355 void Airplane::addContactPoint(float* pos)
 356 {
 357     float* cp = new float[3];
 358     cp[0] = pos[0];
 359     cp[1] = pos[1];
 360     cp[2] = pos[2];
 361     _contacts.add(cp);
 362 }
 363
 364 float Airplane::compileWing(Wing* w)
 365 {
 366     // The tip of the wing is a contact point
 367     float tip[3];
 368     w->getTip(tip);
 369     addContactPoint(tip);
 370     if(w->isMirrored()) {
 371         tip[1] *= -1;
 372         addContactPoint(tip);
 373     }
 374
 375     // Make sure it's initialized.  The surfaces will pop out with
 376     // total drag coefficients equal to their areas, which is what we
 377     // want.
 378     w->compile();
 379
 380     float wgt = 0;
 381     int i;
 382     for(i=0; i<w->numSurfaces(); i++) {
 383         Surface* s = (Surface*)w->getSurface(i);
 384
 385         float td = s->getTotalDrag();
 386         s->setTotalDrag(td);
 387
 388         _model.addSurface(s);
 389
 390         float mass = w->getSurfaceWeight(i);
 391         mass = mass * Math::sqrt(mass);
 392         float pos[3];
 393         s->getPosition(pos);
 394         _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 395         wgt += mass;
 396     }
 397     return wgt;
 398 }
 399
 400 float Airplane::compileFuselage(Fuselage* f)
 401 {
 402     // The front and back are contact points
 403     addContactPoint(f->front);
 404     addContactPoint(f->back);
 405
 406     float wgt = 0;
 407     float fwd[3];
 408     Math::sub3(f->front, f->back, fwd);
 409     float len = Math::mag3(fwd);
 410     float wid = f->width;
 411     int segs = (int)Math::ceil(len/wid);
 412     float segWgt = len*wid/segs;
 413     int j;
 414     for(j=0; j<segs; j++) {
 415         float frac = (j+0.5) / segs;
 416
 417         float scale = 1;
 418         if(frac < f->mid)
 419             scale = f->taper+(1-f->taper) * (frac / f->mid);
 420         else
 421             scale = f->taper+(1-f->taper) * (frac - f->mid) / (1 - f->mid);
 422
 423         // Where are we?
 424         float pos[3];
 425         Math::mul3(frac, fwd, pos);
 426         Math::add3(f->back, pos, pos);
 427
 428         // _Mass_ weighting goes as surface area^(3/2)
 429         float mass = scale*segWgt * Math::sqrt(scale*segWgt);
 430         _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 431         wgt += mass;
 432
 433         // Make a Surface too
 434         Surface* s = new Surface();
 435         s->setPosition(pos);
 436         float sideDrag = len/wid;
 437         s->setYDrag(sideDrag);
 438         s->setZDrag(sideDrag);
 439         s->setTotalDrag(scale*segWgt);
 440
 441         // FIXME: fails for fuselages aligned along the Y axis
 442         float o[9];
 443         float *x=o, *y=o+3, *z=o+6; // nicknames for the axes
 444         Math::unit3(fwd, x);
 445         y[0] = 0; y[1] = 1; y[2] = 0;
 446         Math::cross3(x, y, z);
 447         s->setOrientation(o);
 448
 449         _model.addSurface(s);
 450         _surfs.add(s);
 451     }
 452     return wgt;
 453 }
 454
 455 // FIXME: should probably add a mass for the gear, too
 456 void Airplane::compileGear(GearRec* gr)
 457 {
 458     Gear* g = gr->gear;
 459
 460     // Make a Surface object for the aerodynamic behavior
 461     Surface* s = new Surface();
 462     gr->surf = s;
 463
 464     // Put the surface at the half-way point on the gear strut, give
 465     // it a drag coefficient equal to a square of the same dimension
 466     // (gear are really draggy) and make it symmetric.  Assume that
 467     // the "length" of the gear is 3x the compression distance
 468     float pos[3], cmp[3];
 469     g->getCompression(cmp);
 470     float length = 3 * Math::mag3(cmp);
 471     g->getPosition(pos);
 472     Math::mul3(0.5, cmp, cmp);
 473     Math::add3(pos, cmp, pos);
 474
 475     s->setPosition(pos);
 476     s->setTotalDrag(length*length);
 477
 478     _model.addGear(g);
 479     _model.addSurface(s);
 480     _surfs.add(s);
 481 }
 482
 483 void Airplane::compileContactPoints()
 484 {
 485     // Figure it will compress by 20cm
 486     float comp[3];
 487     float DIST = 0.2;
 488     comp[0] = 0; comp[1] = 0; comp[2] = DIST;
 489
 490     // Give it a spring constant such that at full compression it will
 491     // hold up 10 times the planes mass.  That's about right.  Yeah.
 492     float mass = _model.getBody()->getTotalMass();
 493     float spring = (1/DIST) * 9.8 * 10 * mass;
 494     float damp = 2 * Math::sqrt(spring * mass);
 495
 496     int i;
 497     for(i=0; i<_contacts.size(); i++) {
 498         float *cp = (float*)_contacts.get(i);
 499
 500         Gear* g = new Gear();
 501         g->setPosition(cp);
 502
 503         g->setCompression(comp);
 504         g->setSpring(spring);
 505         g->setDamping(damp);
 506         g->setBrake(1);
 507
 508         // I made these up
 509         g->setStaticFriction(0.6);
 510         g->setDynamicFriction(0.5);
 511
 512         _model.addGear(g);
 513     }
 514 }
 515
 516 void Airplane::compile()
 517 {
 518     double ground[3];
 519     ground[0] = 0; ground[1] = 0; ground[2] = 1;
 520     _model.setGroundPlane(ground, -100000);
 521
 522     RigidBody* body = _model.getBody();
 523     int firstMass = body->numMasses();
 524
 525     // Generate the point masses for the plane.  Just use unitless
 526     // numbers for a first pass, then go back through and rescale to
 527     // make the weight right.
 528     float aeroWgt = 0;
 529
 530     // The Wing objects
 531     aeroWgt += compileWing(_wing);
 532     aeroWgt += compileWing(_tail);
 533     int i;
 534     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
 535         aeroWgt += compileWing((Wing*)_vstabs.get(i));
 536     }
 537
 538     // The fuselage(s)
 539     for(i=0; i<_fuselages.size(); i++) {
 540         aeroWgt += compileFuselage((Fuselage*)_fuselages.get(i));
 541     }
 542
 543     // Count up the absolute weight we have
 544     float nonAeroWgt = _ballast;
 545     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++)
 546         nonAeroWgt += ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->mass;
 547
 548     // Rescale to the specified empty weight
 549     float wscale = (_emptyWeight-nonAeroWgt)/aeroWgt;
 550     for(i=firstMass; i<body->numMasses(); i++)
 551         body->setMass(i, body->getMass(i)*wscale);
 552
 553     // Add the thruster masses
 554     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 555         ThrustRec* t = (ThrustRec*)_thrusters.get(i);
 556         body->addMass(t->mass, t->cg);
 557     }
 558
 559     // Add the tanks, empty for now.
 560     float totalFuel = 0;
 561     for(i=0; i<_tanks.size(); i++) {
 562         Tank* t = (Tank*)_tanks.get(i);
 563         t->handle = body->addMass(0, t->pos);
 564         totalFuel += t->cap;
 565     }
 566     _cruiseWeight = _emptyWeight + totalFuel*0.5;
 567     _approachWeight = _emptyWeight + totalFuel*0.2;
 568
 569     body->recalc();
 570
 571     // Add surfaces for the landing gear.
 572     for(i=0; i<_gears.size(); i++)
 573         compileGear((GearRec*)_gears.get(i));
 574
 575     // The Thruster objects
 576     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 577         ThrustRec* tr = (ThrustRec*)_thrusters.get(i);
 578         tr->handle = _model.addThruster(tr->thruster);
 579     }
 580
 581     // Ground effect
 582     float gepos[3];
 583     float gespan = _wing->getGroundEffect(gepos);
 584     _model.setGroundEffect(gepos, gespan, .3);
 585
 586     solveGear();
 587     solve();
 588
 589     // Do this after solveGear, because it creates "gear" objects that
 590     // we don't want to affect.
 591     compileContactPoints();
 592
 593     // Drop the gear (use a really big dt)
 594     setGearState(true, 1000000);
 595 }
 596
 597 void Airplane::solveGear()
 598 {
 599     float cg[3], pos[3];
 600     _model.getBody()->getCG(cg);
 601
 602     // Calculate spring constant weightings for the gear.  Weight by
 603     // the inverse of the distance to the c.g. in the XY plane, which
 604     // should be correct for most gear arrangements.  Add 50cm of
 605     // "buffer" to keep things from blowing up with aircraft with a
 606     // single gear very near the c.g. (AV-8, for example).
 607     float total = 0;
 608     int i;
 609     for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
 610         GearRec* gr = (GearRec*)_gears.get(i);
 611         Gear* g = gr->gear;
 612         g->getPosition(pos);
 613         Math::sub3(cg, pos, pos);
 614         gr->wgt = 1/(0.5+Math::sqrt(pos[0]*pos[0] + pos[1]*pos[1]));
 615         total += gr->wgt;
 616     }
 617
 618     // Renormalize so they sum to 1
 619     for(i=0; i<_gears.size(); i++)
 620         ((GearRec*)_gears.get(i))->wgt /= total;
 621
 622     // The force at max compression should be sufficient to stop a
 623     // plane moving downwards at 3x the approach descent rate.  Assume
 624     // a 3 degree approach.
 625     float descentRate = 3*_approachSpeed/19.1;
 626
 627     // Spread the kinetic energy according to the gear weights.  This
 628     // will results in an equal compression fraction (not distance) of
 629     // each gear.
 630     float energy = 0.5*_approachWeight*descentRate*descentRate;
 631
 632     for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
 633         GearRec* gr = (GearRec*)_gears.get(i);
 634         float e = energy * gr->wgt;
 635         float comp[3];
 636         gr->gear->getCompression(comp);
 637         float len = Math::mag3(comp);
 638
 639         // Energy in a spring: e = 0.5 * k * len^2
 640         float k = 2 * e / (len*len);
 641
 642         gr->gear->setSpring(k);
 643
 644         // Critically damped (too damped, too!)
 645         gr->gear->setDamping(2*Math::sqrt(k*_approachWeight*gr->wgt));
 646
 647         // These are pretty generic
 648         gr->gear->setStaticFriction(0.8);
 649         gr->gear->setDynamicFriction(0.7);
 650     }
 651 }
 652
 653 void Airplane::stabilizeThrust()
 654 {
 655     int i;
 656     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++)
 657         _model.getThruster(i)->stabilize();
 658 }
 659
 660 void Airplane::runCruise()
 661 {
 662     setupState(_cruiseAoA, _cruiseSpeed, &_cruiseState);
 663     _model.setState(&_cruiseState);
 664     _model.setAir(_cruiseP, _cruiseT);
 665
 666     // The control configuration
 667     _controls.reset();
 668     int i;
 669     for(i=0; i<_cruiseControls.size(); i++) {
 670         Control* c = (Control*)_cruiseControls.get(i);
 671         _controls.setInput(c->control, c->val);
 672     }
 673     _controls.applyControls();
 674
 675     // The local wind
 676     float wind[3];
 677     Math::mul3(-1, _cruiseState.v, wind);
 678     Math::vmul33(_cruiseState.orient, wind, wind);
 679
 680     // Gear are up (if they're non-retractable, this is a noop)
 681     setGearState(false, 100000);
 682
 683     // Cruise is by convention at 50% tank capacity
 684     setFuelFraction(0.5);
 685
 686     // Set up the thruster parameters and iterate until the thrust
 687     // stabilizes.
 688     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 689         Thruster* t = ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->thruster;
 690         t->setWind(wind);
 691         t->setAir(_cruiseP, _cruiseT);
 692     }
 693     stabilizeThrust();
 694
 695     // Precompute thrust in the model, and calculate aerodynamic forces
 696     _model.getBody()->reset();
 697     _model.initIteration();
 698     _model.calcForces(&_cruiseState);
 699 }
 700
 701 void Airplane::runApproach()
 702 {
 703     setupState(_approachAoA, _approachSpeed, &_approachState);
 704     _model.setState(&_approachState);
 705     _model.setAir(_approachP, _approachT);
 706
 707     // The control configuration
 708     _controls.reset();
 709     int i;
 710     for(i=0; i<_approachControls.size(); i++) {
 711         Control* c = (Control*)_approachControls.get(i);
 712         _controls.setInput(c->control, c->val);
 713     }
 714     _controls.applyControls();
 715
 716     // The local wind
 717     float wind[3];
 718     Math::mul3(-1, _approachState.v, wind);
 719     Math::vmul33(_approachState.orient, wind, wind);
 720
 721     // Approach is by convention at 20% tank capacity
 722     setFuelFraction(0.2);
 723
 724     // Gear are down
 725     setGearState(true, 100000);
 726
 727     // Run the thrusters until they get to a stable setting.  FIXME:
 728     // this is lots of wasted work.
 729     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 730         Thruster* t = ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->thruster;
 731         t->setWind(wind);
 732         t->setAir(_approachP, _approachT);
 733     }
 734     stabilizeThrust();
 735
 736     // Precompute thrust in the model, and calculate aerodynamic forces
 737     _model.getBody()->reset();
 738     _model.initIteration();
 739     _model.calcForces(&_approachState);
 740 }
 741
 742 void Airplane::applyDragFactor(float factor)
 743 {
 744     float applied = Math::sqrt(factor);
 745     _dragFactor *= applied;
 746     _wing->setDragScale(_wing->getDragScale() * applied);
 747     _tail->setDragScale(_tail->getDragScale() * applied);
 748     int i;
 749     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
 750         Wing* w = (Wing*)_vstabs.get(i);
 751         w->setDragScale(w->getDragScale() * applied);
 752     }
 753     for(i=0; i<_surfs.size(); i++) {
 754         Surface* s = (Surface*)_surfs.get(i);
 755         s->setTotalDrag(s->getTotalDrag() * applied);
 756     }
 757 }
 758
 759 void Airplane::applyLiftRatio(float factor)
 760 {
 761     float applied = Math::sqrt(factor);
 762     _liftRatio *= applied;
 763     _wing->setLiftRatio(_wing->getLiftRatio() * applied);
 764     _tail->setLiftRatio(_tail->getLiftRatio() * applied);
 765     int i;
 766     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
 767         Wing* w = (Wing*)_vstabs.get(i);
 768         w->setLiftRatio(w->getLiftRatio() * applied);
 769     }
 770 }
 771
 772 float Airplane::clamp(float val, float min, float max)
 773 {
 774     if(val < min) return min;
 775     if(val > max) return max;
 776     return val;
 777 }
 778
 779 float Airplane::normFactor(float f)
 780 {
 781     if(f < 0) f = -f;
 782     if(f < 1) f = 1/f;
 783     return f;
 784 }
 785
 786 void Airplane::solve()
 787 {
 788     static const float ARCMIN = 0.0002909;
 789
 790     float tmp[3];
 791     _solutionIterations = 0;
 792     _failureMsg = 0;
 793     while(1) {
 794         if(_solutionIterations++ > 10000) {
 795             _failureMsg = "Solution failed to converge after 10000 iterations";
 796             return;
 797         }
 798
 799         // Run an iteration at cruise, and extract the needed numbers:
 800         runCruise();
 801
 802         _model.getThrust(tmp);
 803         float thrust = tmp[0];
 804
 805         _model.getBody()->getAccel(tmp);
 806         float xforce = _cruiseWeight * tmp[0];
 807         float clift0 = _cruiseWeight * tmp[2];
 808
 809         _model.getBody()->getAngularAccel(tmp);
 810         float pitch0 = tmp[1];
 811
 812         // Run an approach iteration, and do likewise
 813         runApproach();
 814
 815         _model.getBody()->getAccel(tmp);
 816         float alift = _approachWeight * tmp[2];
 817
 818         // Modify the cruise AoA a bit to get a derivative
 819         _cruiseAoA += ARCMIN;
 820         runCruise();
 821         _cruiseAoA -= ARCMIN;
 822
 823         _model.getBody()->getAccel(tmp);
 824         float clift1 = _cruiseWeight * tmp[2];
 825
 826         // Do the same with the tail incidence
 827         _tail->setIncidence(_tailIncidence + ARCMIN);
 828         runCruise();
 829         _tail->setIncidence(_tailIncidence);
 830
 831         _model.getBody()->getAngularAccel(tmp);
 832         float pitch1 = tmp[1];
 833
 834         // Now calculate:
 835         float awgt = 9.8 * _approachWeight;
 836
 837         float dragFactor = thrust / (thrust-xforce);
 838         float liftFactor = awgt / (awgt+alift);
 839         float aoaDelta = -clift0 * (ARCMIN/(clift1-clift0));
 840         float tailDelta = -pitch0 * (ARCMIN/(pitch1-pitch0));
 841
 842         // Sanity:
 843         if(dragFactor <= 0) {
 844             _failureMsg = "Zero or negative drag adjustment.";
 845             return;
 846         } else if(liftFactor <= 0) {
 847             _failureMsg = "Zero or negative lift adjustment.";
 848             return;
 849         }
 850
 851         // And apply:
 852         applyDragFactor(dragFactor);
 853         applyLiftRatio(liftFactor);
 854
 855         // DON'T do the following until the above are sane
 856         if(normFactor(dragFactor) > 1.1
 857            || normFactor(liftFactor) > 1.1)
 858         {
 859             continue;
 860         }
 861
 862         // OK, now we can adjust the minor variables
 863         _cruiseAoA += 0.5*aoaDelta;
 864         _tailIncidence += 0.5*tailDelta;
 865
 866         _cruiseAoA = clamp(_cruiseAoA, -.174, .174);
 867         _tailIncidence = clamp(_tailIncidence, -.174, .174);
 868
 869         if(dragFactor < 1.00001 && liftFactor < 1.00001 &&
 870            aoaDelta < .000017   && tailDelta < .000017)
 871         {
 872             break;
 873         }
 874     }
 875
 876     if(_dragFactor < 1e-06 || _dragFactor > 1e6) {
 877         _failureMsg = "Drag factor beyond reasonable bounds.";
 878         return;
 879     } else if(_liftRatio < 1e-04 || _liftRatio > 1e4) {
 880         _failureMsg = "Lift ratio beyond reasonable bounds.";
 881         return;
 882     } else if(Math::abs(_cruiseAoA) >= .174) {
 883         _failureMsg = "Cruise AoA > 10 degrees";
 884         return;
 885     } else if(Math::abs(_tailIncidence) >= .174) {
 886         _failureMsg = "Tail incidence > 10 degrees";
 887         return;
 888     }
 889 }
 890 }; // namespace yasim