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 "Rotorpart.hpp"
   9 #include "Rotorblade.hpp"
  10 #include "Thruster.hpp"
  11 #include "Airplane.hpp"
  12
  13 namespace yasim {
  14
  15 // gadgets
  16 inline float norm(float f) { return f<1 ? 1/f : f; }
  17 inline float abs(float f) { return f<0 ? -f : f; }
  18
  19 // Solver threshold.  How close to the solution are we trying
  20 // to get?  Trying too hard can result in oscillations about
  21 // the correct solution, which is bad.  Stick this in as a
  22 // compile time constant for now, and consider making it
  23 // settable per-model.
  24 const float STHRESH = 1;
  25
  26 // How slowly do we change values in the solver.  Too slow, and
  27 // the solution converges very slowly.  Too fast, and it can
  28 // oscillate.
  29 const float SOLVE_TWEAK = 0.3226;
  30
  31 Airplane::Airplane()
  32 {
  33     _emptyWeight = 0;
  34     _pilotPos[0] = _pilotPos[1] = _pilotPos[2] = 0;
  35     _wing = 0;
  36     _tail = 0;
  37     _ballast = 0;
  38     _cruiseP = 0;
  39     _cruiseT = 0;
  40     _cruiseSpeed = 0;
  41     _cruiseWeight = 0;
  42     _approachP = 0;
  43     _approachT = 0;
  44     _approachSpeed = 0;
  45     _approachAoA = 0;
  46     _approachWeight = 0;
  47
  48     _dragFactor = 1;
  49     _liftRatio = 1;
  50     _cruiseAoA = 0;
  51     _tailIncidence = 0;
  52 }
  53
  54 Airplane::~Airplane()
  55 {
  56     int i;
  57     for(i=0; i<_fuselages.size(); i++)
  58         delete (Fuselage*)_fuselages.get(i);
  59     for(i=0; i<_tanks.size(); i++)
  60         delete (Tank*)_tanks.get(i);
  61     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++)
  62         delete (ThrustRec*)_thrusters.get(i);
  63     for(i=0; i<_gears.size(); i++)
  64         delete (GearRec*)_gears.get(i);
  65     for(i=0; i<_surfs.size(); i++)
  66         delete (Surface*)_surfs.get(i);
  67     for(i=0; i<_contacts.size(); i++)
  68         delete[] (float*)_contacts.get(i);
  69     for(i=0; i<_solveWeights.size(); i++)
  70         delete[] (SolveWeight*)_solveWeights.get(i);
  71 }
  72
  73 void Airplane::iterate(float dt)
  74 {
  75     // The gear might have moved.  Change their aerodynamics.
  76     updateGearState();
  77
  78     _model.iterate();
  79 }
  80
  81 void Airplane::calcFuelWeights()
  82 {
  83     for(int i=0; i<_tanks.size(); i++) {
  84         Tank* t = (Tank*)_tanks.get(i);
  85         _model.getBody()->setMass(t->handle, t->fill);
  86     }
  87 }
  88
  89 ControlMap* Airplane::getControlMap()
  90 {
  91     return &_controls;
  92 }
  93
  94 Model* Airplane::getModel()
  95 {
  96     return &_model;
  97 }
  98
  99 void Airplane::getPilotAccel(float* out)
 100 {
 101     State* s = _model.getState();
 102
 103     // Gravity
 104     Glue::geodUp(s->pos, out);
 105     Math::mul3(-9.8f, out, out);
 106
 107     // The regular acceleration
 108     float tmp[3];
 109     Math::mul3(-1, s->acc, tmp);
 110     Math::add3(tmp, out, out);
 111
 112     // Convert to aircraft coordinates
 113     Math::vmul33(s->orient, out, out);
 114
 115     // FIXME: rotational & centripetal acceleration needed
 116 }
 117
 118 void Airplane::setPilotPos(float* pos)
 119 {
 120     int i;
 121     for(i=0; i<3; i++) _pilotPos[i] = pos[i];
 122 }
 123
 124 void Airplane::getPilotPos(float* out)
 125 {
 126     int i;
 127     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _pilotPos[i];
 128 }
 129
 130 int Airplane::numGear()
 131 {
 132     return _gears.size();
 133 }
 134
 135 Gear* Airplane::getGear(int g)
 136 {
 137     return ((GearRec*)_gears.get(g))->gear;
 138 }
 139
 140 Hook* Airplane::getHook()
 141 {
 142     return _model.getHook();
 143 }
 144
 145 Launchbar* Airplane::getLaunchbar()
 146 {
 147     return _model.getLaunchbar();
 148 }
 149
 150 void Airplane::updateGearState()
 151 {
 152     for(int i=0; i<_gears.size(); i++) {
 153         GearRec* gr = (GearRec*)_gears.get(i);
 154         float ext = gr->gear->getExtension();
 155
 156         gr->surf->setXDrag(ext);
 157         gr->surf->setYDrag(ext);
 158         gr->surf->setZDrag(ext);
 159     }
 160 }
 161
 162 void Airplane::setApproach(float speed, float altitude, float aoa, float fuel)
 163 {
 164     _approachSpeed = speed;
 165     _approachP = Atmosphere::getStdPressure(altitude);
 166     _approachT = Atmosphere::getStdTemperature(altitude);
 167     _approachAoA = aoa;
 168     _approachFuel = fuel;
 169 }
 170
 171 void Airplane::setCruise(float speed, float altitude, float fuel)
 172 {
 173     _cruiseSpeed = speed;
 174     _cruiseP = Atmosphere::getStdPressure(altitude);
 175     _cruiseT = Atmosphere::getStdTemperature(altitude);
 176     _cruiseAoA = 0;
 177     _tailIncidence = 0;
 178     _cruiseFuel = fuel;
 179 }
 180
 181 void Airplane::setElevatorControl(int control)
 182 {
 183     _approachElevator.control = control;
 184     _approachElevator.val = 0;
 185     _approachControls.add(&_approachElevator);
 186 }
 187
 188 void Airplane::addApproachControl(int control, float val)
 189 {
 190     Control* c = new Control();
 191     c->control = control;
 192     c->val = val;
 193     _approachControls.add(c);
 194 }
 195
 196 void Airplane::addCruiseControl(int control, float val)
 197 {
 198     Control* c = new Control();
 199     c->control = control;
 200     c->val = val;
 201     _cruiseControls.add(c);
 202 }
 203
 204 void Airplane::addSolutionWeight(bool approach, int idx, float wgt)
 205 {
 206     SolveWeight* w = new SolveWeight();
 207     w->approach = approach;
 208     w->idx = idx;
 209     w->wgt = wgt;
 210     _solveWeights.add(w);
 211 }
 212
 213 int Airplane::numTanks()
 214 {
 215     return _tanks.size();
 216 }
 217
 218 float Airplane::getFuel(int tank)
 219 {
 220     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->fill;
 221 }
 222
 223 float Airplane::setFuel(int tank, float fuel)
 224 {
 225     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->fill = fuel;
 226 }
 227
 228 float Airplane::getFuelDensity(int tank)
 229 {
 230     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->density;
 231 }
 232
 233 float Airplane::getTankCapacity(int tank)
 234 {
 235     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->cap;
 236 }
 237
 238 void Airplane::setWeight(float weight)
 239 {
 240     _emptyWeight = weight;
 241 }
 242
 243 void Airplane::setWing(Wing* wing)
 244 {
 245     _wing = wing;
 246 }
 247
 248 void Airplane::setTail(Wing* tail)
 249 {
 250     _tail = tail;
 251 }
 252
 253 void Airplane::addVStab(Wing* vstab)
 254 {
 255     _vstabs.add(vstab);
 256 }
 257
 258 void Airplane::addRotor(Rotor* rotor)
 259 {
 260     _rotors.add(rotor);
 261 }
 262
 263 void Airplane::addFuselage(float* front, float* back, float width,
 264                            float taper, float mid)
 265 {
 266     Fuselage* f = new Fuselage();
 267     int i;
 268     for(i=0; i<3; i++) {
 269         f->front[i] = front[i];
 270         f->back[i]  = back[i];
 271     }
 272     f->width = width;
 273     f->taper = taper;
 274     f->mid = mid;
 275     _fuselages.add(f);
 276 }
 277
 278 int Airplane::addTank(float* pos, float cap, float density)
 279 {
 280     Tank* t = new Tank();
 281     int i;
 282     for(i=0; i<3; i++) t->pos[i] = pos[i];
 283     t->cap = cap;
 284     t->fill = cap;
 285     t->density = density;
 286     t->handle = 0xffffffff;
 287     return _tanks.add(t);
 288 }
 289
 290 void Airplane::addGear(Gear* gear)
 291 {
 292     GearRec* g = new GearRec();
 293     g->gear = gear;
 294     g->surf = 0;
 295     _gears.add(g);
 296 }
 297
 298 void Airplane::addHook(Hook* hook)
 299 {
 300     _model.addHook(hook);
 301 }
 302
 303 void Airplane::addLaunchbar(Launchbar* launchbar)
 304 {
 305     _model.addLaunchbar(launchbar);
 306 }
 307
 308 void Airplane::addThruster(Thruster* thruster, float mass, float* cg)
 309 {
 310     ThrustRec* t = new ThrustRec();
 311     t->thruster = thruster;
 312     t->mass = mass;
 313     int i;
 314     for(i=0; i<3; i++) t->cg[i] = cg[i];
 315     _thrusters.add(t);
 316 }
 317
 318 void Airplane::addBallast(float* pos, float mass)
 319 {
 320     _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 321     _ballast += mass;
 322 }
 323
 324 int Airplane::addWeight(float* pos, float size)
 325 {
 326     WeightRec* wr = new WeightRec();
 327     wr->handle = _model.getBody()->addMass(0, pos);
 328
 329     wr->surf = new Surface();
 330     wr->surf->setPosition(pos);
 331     wr->surf->setTotalDrag(size*size);
 332     _model.addSurface(wr->surf);
 333     _surfs.add(wr->surf);
 334
 335     return _weights.add(wr);
 336 }
 337
 338 void Airplane::setWeight(int handle, float mass)
 339 {
 340     WeightRec* wr = (WeightRec*)_weights.get(handle);
 341
 342     _model.getBody()->setMass(wr->handle, mass);
 343
 344     // Kill the aerodynamic drag if the mass is exactly zero.  This is
 345     // how we simulate droppable stores.
 346     if(mass == 0) {
 347         wr->surf->setXDrag(0);
 348         wr->surf->setYDrag(0);
 349         wr->surf->setZDrag(0);
 350     } else {
 351         wr->surf->setXDrag(1);
 352         wr->surf->setYDrag(1);
 353         wr->surf->setZDrag(1);
 354     }
 355 }
 356
 357 void Airplane::setFuelFraction(float frac)
 358 {
 359     int i;
 360     for(i=0; i<_tanks.size(); i++) {
 361         Tank* t = (Tank*)_tanks.get(i);
 362         t->fill = frac * t->cap;
 363         _model.getBody()->setMass(t->handle, t->cap * frac);
 364     }
 365 }
 366
 367 float Airplane::getDragCoefficient()
 368 {
 369     return _dragFactor;
 370 }
 371
 372 float Airplane::getLiftRatio()
 373 {
 374     return _liftRatio;
 375 }
 376
 377 float Airplane::getCruiseAoA()
 378 {
 379     return _cruiseAoA;
 380 }
 381
 382 float Airplane::getTailIncidence()
 383 {
 384     return _tailIncidence;
 385 }
 386
 387 char* Airplane::getFailureMsg()
 388 {
 389     return _failureMsg;
 390 }
 391
 392 int Airplane::getSolutionIterations()
 393 {
 394     return _solutionIterations;
 395 }
 396
 397 void Airplane::setupState(float aoa, float speed, State* s)
 398 {
 399     float cosAoA = Math::cos(aoa);
 400     float sinAoA = Math::sin(aoa);
 401     s->orient[0] =  cosAoA; s->orient[1] = 0; s->orient[2] = sinAoA;
 402     s->orient[3] =       0; s->orient[4] = 1; s->orient[5] =      0;
 403     s->orient[6] = -sinAoA; s->orient[7] = 0; s->orient[8] = cosAoA;
 404
 405     s->v[0] = speed; s->v[1] = 0; s->v[2] = 0;
 406
 407     int i;
 408     for(i=0; i<3; i++)
 409         s->pos[i] = s->rot[i] = s->acc[i] = s->racc[i] = 0;
 410
 411     // Put us 1m above the origin, or else the gravity computation in
 412     // Model goes nuts
 413     s->pos[2] = 1;
 414 }
 415
 416 void Airplane::addContactPoint(float* pos)
 417 {
 418     float* cp = new float[3];
 419     cp[0] = pos[0];
 420     cp[1] = pos[1];
 421     cp[2] = pos[2];
 422     _contacts.add(cp);
 423 }
 424
 425 float Airplane::compileWing(Wing* w)
 426 {
 427     // The tip of the wing is a contact point
 428     float tip[3];
 429     w->getTip(tip);
 430     addContactPoint(tip);
 431     if(w->isMirrored()) {
 432         tip[1] *= -1;
 433         addContactPoint(tip);
 434     }
 435
 436     // Make sure it's initialized.  The surfaces will pop out with
 437     // total drag coefficients equal to their areas, which is what we
 438     // want.
 439     w->compile();
 440
 441     float wgt = 0;
 442     int i;
 443     for(i=0; i<w->numSurfaces(); i++) {
 444         Surface* s = (Surface*)w->getSurface(i);
 445
 446         float td = s->getTotalDrag();
 447         s->setTotalDrag(td);
 448
 449         _model.addSurface(s);
 450
 451         float mass = w->getSurfaceWeight(i);
 452         mass = mass * Math::sqrt(mass);
 453         float pos[3];
 454         s->getPosition(pos);
 455         _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 456         wgt += mass;
 457     }
 458     return wgt;
 459 }
 460
 461 float Airplane::compileRotor(Rotor* r)
 462 {
 463     // Todo: add rotor to model!!!
 464     // Todo: calc and add mass!!!
 465     r->compile();
 466     _model.addRotor(r);
 467
 468     float wgt = 0;
 469     int i;
 470     for(i=0; i<r->numRotorparts(); i++) {
 471         Rotorpart* s = (Rotorpart*)r->getRotorpart(i);
 472
 473         _model.addRotorpart(s);
 474
 475         float mass = s->getWeight();
 476         mass = mass * Math::sqrt(mass);
 477         float pos[3];
 478         s->getPosition(pos);
 479         _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 480         wgt += mass;
 481     }
 482
 483     for(i=0; i<r->numRotorblades(); i++) {
 484         Rotorblade* b = (Rotorblade*)r->getRotorblade(i);
 485
 486         _model.addRotorblade(b);
 487
 488         float mass = b->getWeight();
 489         mass = mass * Math::sqrt(mass);
 490         float pos[3];
 491         b->getPosition(pos);
 492         _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 493         wgt += mass;
 494     }
 495     return wgt;
 496 }
 497
 498 float Airplane::compileFuselage(Fuselage* f)
 499 {
 500     // The front and back are contact points
 501     addContactPoint(f->front);
 502     addContactPoint(f->back);
 503
 504     float wgt = 0;
 505     float fwd[3];
 506     Math::sub3(f->front, f->back, fwd);
 507     float len = Math::mag3(fwd);
 508     float wid = f->width;
 509     int segs = (int)Math::ceil(len/wid);
 510     float segWgt = len*wid/segs;
 511     int j;
 512     for(j=0; j<segs; j++) {
 513         float frac = (j+0.5f) / segs;
 514
 515         float scale = 1;
 516         if(frac < f->mid)
 517             scale = f->taper+(1-f->taper) * (frac / f->mid);
 518         else
 519             scale = f->taper+(1-f->taper) * (frac - f->mid) / (1 - f->mid);
 520
 521         // Where are we?
 522         float pos[3];
 523         Math::mul3(frac, fwd, pos);
 524         Math::add3(f->back, pos, pos);
 525
 526         // _Mass_ weighting goes as surface area^(3/2)
 527         float mass = scale*segWgt * Math::sqrt(scale*segWgt);
 528         _model.getBody()->addMass(mass, pos);
 529         wgt += mass;
 530
 531         // Make a Surface too
 532         Surface* s = new Surface();
 533         s->setPosition(pos);
 534         float sideDrag = len/wid;
 535         s->setYDrag(sideDrag);
 536         s->setZDrag(sideDrag);
 537         s->setTotalDrag(scale*segWgt);
 538
 539         // FIXME: fails for fuselages aligned along the Y axis
 540         float o[9];
 541         float *x=o, *y=o+3, *z=o+6; // nicknames for the axes
 542         Math::unit3(fwd, x);
 543         y[0] = 0; y[1] = 1; y[2] = 0;
 544         Math::cross3(x, y, z);
 545         Math::unit3(z, z);
 546         Math::cross3(z, x, y);
 547         s->setOrientation(o);
 548
 549         _model.addSurface(s);
 550         _surfs.add(s);
 551     }
 552     return wgt;
 553 }
 554
 555 // FIXME: should probably add a mass for the gear, too
 556 void Airplane::compileGear(GearRec* gr)
 557 {
 558     Gear* g = gr->gear;
 559
 560     // Make a Surface object for the aerodynamic behavior
 561     Surface* s = new Surface();
 562     gr->surf = s;
 563
 564     // Put the surface at the half-way point on the gear strut, give
 565     // it a drag coefficient equal to a square of the same dimension
 566     // (gear are really draggy) and make it symmetric.  Assume that
 567     // the "length" of the gear is 3x the compression distance
 568     float pos[3], cmp[3];
 569     g->getCompression(cmp);
 570     float length = 3 * Math::mag3(cmp);
 571     g->getPosition(pos);
 572     Math::mul3(0.5, cmp, cmp);
 573     Math::add3(pos, cmp, pos);
 574
 575     s->setPosition(pos);
 576     s->setTotalDrag(length*length);
 577
 578     _model.addGear(g);
 579     _model.addSurface(s);
 580     _surfs.add(s);
 581 }
 582
 583 void Airplane::compileContactPoints()
 584 {
 585     // Figure it will compress by 20cm
 586     float comp[3];
 587     float DIST = 0.2f;
 588     comp[0] = 0; comp[1] = 0; comp[2] = DIST;
 589
 590     // Give it a spring constant such that at full compression it will
 591     // hold up 10 times the planes mass.  That's about right.  Yeah.
 592     float mass = _model.getBody()->getTotalMass();
 593     float spring = (1/DIST) * 9.8f * 10.0f * mass;
 594     float damp = 2 * Math::sqrt(spring * mass);
 595
 596     int i;
 597     for(i=0; i<_contacts.size(); i++) {
 598         float *cp = (float*)_contacts.get(i);
 599
 600         Gear* g = new Gear();
 601         g->setPosition(cp);
 602
 603         g->setCompression(comp);
 604         g->setSpring(spring);
 605         g->setDamping(damp);
 606         g->setBrake(1);
 607
 608         // I made these up
 609         g->setStaticFriction(0.6f);
 610         g->setDynamicFriction(0.5f);
 611
 612         _model.addGear(g);
 613     }
 614 }
 615
 616 void Airplane::compile()
 617 {
 618     RigidBody* body = _model.getBody();
 619     int firstMass = body->numMasses();
 620
 621     // Generate the point masses for the plane.  Just use unitless
 622     // numbers for a first pass, then go back through and rescale to
 623     // make the weight right.
 624     float aeroWgt = 0;
 625
 626     // The Wing objects
 627     if (_wing)
 628       aeroWgt += compileWing(_wing);
 629     if (_tail)
 630       aeroWgt += compileWing(_tail);
 631     int i;
 632     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++)
 633         aeroWgt += compileWing((Wing*)_vstabs.get(i));
 634     for(i=0; i<_rotors.size(); i++)
 635         aeroWgt += compileRotor((Rotor*)_rotors.get(i));
 636
 637     // The fuselage(s)
 638     for(i=0; i<_fuselages.size(); i++)
 639         aeroWgt += compileFuselage((Fuselage*)_fuselages.get(i));
 640
 641     // Count up the absolute weight we have
 642     float nonAeroWgt = _ballast;
 643     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++)
 644         nonAeroWgt += ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->mass;
 645
 646     // Rescale to the specified empty weight
 647     float wscale = (_emptyWeight-nonAeroWgt)/aeroWgt;
 648     for(i=firstMass; i<body->numMasses(); i++)
 649         body->setMass(i, body->getMass(i)*wscale);
 650
 651     // Add the thruster masses
 652     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 653         ThrustRec* t = (ThrustRec*)_thrusters.get(i);
 654         body->addMass(t->mass, t->cg);
 655     }
 656
 657     // Add the tanks, empty for now.
 658     float totalFuel = 0;
 659     for(i=0; i<_tanks.size(); i++) {
 660         Tank* t = (Tank*)_tanks.get(i);
 661         t->handle = body->addMass(0, t->pos);
 662         totalFuel += t->cap;
 663     }
 664     _cruiseWeight = _emptyWeight + totalFuel*0.5f;
 665     _approachWeight = _emptyWeight + totalFuel*0.2f;
 666
 667     body->recalc();
 668
 669     // Add surfaces for the landing gear.
 670     for(i=0; i<_gears.size(); i++)
 671         compileGear((GearRec*)_gears.get(i));
 672
 673     // The Thruster objects
 674     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 675         ThrustRec* tr = (ThrustRec*)_thrusters.get(i);
 676         tr->handle = _model.addThruster(tr->thruster);
 677     }
 678
 679     // Ground effect
 680     if(_wing) {
 681         float gepos[3];
 682         float gespan = 0;
 683         gespan = _wing->getGroundEffect(gepos);
 684         _model.setGroundEffect(gepos, gespan, 0.15f);
 685     }
 686
 687     solveGear();
 688     if(_wing && _tail) solve();
 689     else solveHelicopter();
 690
 691     // Do this after solveGear, because it creates "gear" objects that
 692     // we don't want to affect.
 693     compileContactPoints();
 694 }
 695
 696 void Airplane::solveGear()
 697 {
 698     float cg[3], pos[3];
 699     _model.getBody()->getCG(cg);
 700
 701     // Calculate spring constant weightings for the gear.  Weight by
 702     // the inverse of the distance to the c.g. in the XY plane, which
 703     // should be correct for most gear arrangements.  Add 50cm of
 704     // "buffer" to keep things from blowing up with aircraft with a
 705     // single gear very near the c.g. (AV-8, for example).
 706     float total = 0;
 707     int i;
 708     for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
 709         GearRec* gr = (GearRec*)_gears.get(i);
 710         Gear* g = gr->gear;
 711         g->getPosition(pos);
 712         Math::sub3(cg, pos, pos);
 713         gr->wgt = 1.0f/(0.5f+Math::sqrt(pos[0]*pos[0] + pos[1]*pos[1]));
 714         total += gr->wgt;
 715     }
 716
 717     // Renormalize so they sum to 1
 718     for(i=0; i<_gears.size(); i++)
 719         ((GearRec*)_gears.get(i))->wgt /= total;
 720
 721     // The force at max compression should be sufficient to stop a
 722     // plane moving downwards at 2x the approach descent rate.  Assume
 723     // a 3 degree approach.
 724     float descentRate = 2.0f*_approachSpeed/19.1f;
 725
 726     // Spread the kinetic energy according to the gear weights.  This
 727     // will results in an equal compression fraction (not distance) of
 728     // each gear.
 729     float energy = 0.5f*_approachWeight*descentRate*descentRate;
 730
 731     for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
 732         GearRec* gr = (GearRec*)_gears.get(i);
 733         float e = energy * gr->wgt;
 734         float comp[3];
 735         gr->gear->getCompression(comp);
 736         float len = Math::mag3(comp);
 737
 738         // Energy in a spring: e = 0.5 * k * len^2
 739         float k = 2 * e / (len*len);
 740
 741         gr->gear->setSpring(k * gr->gear->getSpring());
 742
 743         // Critically damped (too damped, too!)
 744         gr->gear->setDamping(2*Math::sqrt(k*_approachWeight*gr->wgt)
 745                              * gr->gear->getDamping());
 746
 747         // These are pretty generic
 748         gr->gear->setStaticFriction(0.8f);
 749         gr->gear->setDynamicFriction(0.7f);
 750     }
 751 }
 752
 753 void Airplane::initEngines()
 754 {
 755     for(int i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 756         ThrustRec* tr = (ThrustRec*)_thrusters.get(i);
 757         tr->thruster->init();
 758     }
 759 }
 760
 761 void Airplane::stabilizeThrust()
 762 {
 763     int i;
 764     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++)
 765         _model.getThruster(i)->stabilize();
 766 }
 767
 768 void Airplane::setupWeights(bool isApproach)
 769 {
 770     int i;
 771     for(i=0; i<_weights.size(); i++)
 772         setWeight(i, 0);
 773     for(i=0; i<_solveWeights.size(); i++) {
 774         SolveWeight* w = (SolveWeight*)_solveWeights.get(i);
 775         if(w->approach == isApproach)
 776             setWeight(w->idx, w->wgt);
 777     }
 778 }
 779
 780 void Airplane::runCruise()
 781 {
 782     setupState(_cruiseAoA, _cruiseSpeed, &_cruiseState);
 783     _model.setState(&_cruiseState);
 784     _model.setAir(_cruiseP, _cruiseT,
 785                   Atmosphere::calcStdDensity(_cruiseP, _cruiseT));
 786
 787     // The control configuration
 788     _controls.reset();
 789     int i;
 790     for(i=0; i<_cruiseControls.size(); i++) {
 791         Control* c = (Control*)_cruiseControls.get(i);
 792         _controls.setInput(c->control, c->val);
 793     }
 794     _controls.applyControls(1000000); // Huge dt value
 795
 796     // The local wind
 797     float wind[3];
 798     Math::mul3(-1, _cruiseState.v, wind);
 799     Math::vmul33(_cruiseState.orient, wind, wind);
 800
 801     setFuelFraction(_cruiseFuel);
 802     setupWeights(false);
 803
 804     // Set up the thruster parameters and iterate until the thrust
 805     // stabilizes.
 806     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 807         Thruster* t = ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->thruster;
 808         t->setWind(wind);
 809         t->setAir(_cruiseP, _cruiseT,
 810                   Atmosphere::calcStdDensity(_cruiseP, _cruiseT));
 811     }
 812     stabilizeThrust();
 813
 814     updateGearState();
 815
 816     // Precompute thrust in the model, and calculate aerodynamic forces
 817     _model.getBody()->recalc();
 818     _model.getBody()->reset();
 819     _model.initIteration();
 820     _model.calcForces(&_cruiseState);
 821 }
 822
 823 void Airplane::runApproach()
 824 {
 825     setupState(_approachAoA, _approachSpeed, &_approachState);
 826     _model.setState(&_approachState);
 827     _model.setAir(_approachP, _approachT,
 828                   Atmosphere::calcStdDensity(_approachP, _approachT));
 829
 830     // The control configuration
 831     _controls.reset();
 832     int i;
 833     for(i=0; i<_approachControls.size(); i++) {
 834         Control* c = (Control*)_approachControls.get(i);
 835         _controls.setInput(c->control, c->val);
 836     }
 837     _controls.applyControls(1000000);
 838
 839     // The local wind
 840     float wind[3];
 841     Math::mul3(-1, _approachState.v, wind);
 842     Math::vmul33(_approachState.orient, wind, wind);
 843
 844     setFuelFraction(_approachFuel);
 845
 846     setupWeights(true);
 847
 848     // Run the thrusters until they get to a stable setting.  FIXME:
 849     // this is lots of wasted work.
 850     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 851         Thruster* t = ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->thruster;
 852         t->setWind(wind);
 853         t->setAir(_approachP, _approachT,
 854                   Atmosphere::calcStdDensity(_approachP, _approachT));
 855     }
 856     stabilizeThrust();
 857
 858     updateGearState();
 859
 860     // Precompute thrust in the model, and calculate aerodynamic forces
 861     _model.getBody()->recalc();
 862     _model.getBody()->reset();
 863     _model.initIteration();
 864     _model.calcForces(&_approachState);
 865 }
 866
 867 void Airplane::applyDragFactor(float factor)
 868 {
 869     float applied = Math::pow(factor, SOLVE_TWEAK);
 870     _dragFactor *= applied;
 871     if(_wing)
 872       _wing->setDragScale(_wing->getDragScale() * applied);
 873     if(_tail)
 874       _tail->setDragScale(_tail->getDragScale() * applied);
 875     int i;
 876     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
 877         Wing* w = (Wing*)_vstabs.get(i);
 878         w->setDragScale(w->getDragScale() * applied);
 879     }
 880     for(i=0; i<_surfs.size(); i++) {
 881         Surface* s = (Surface*)_surfs.get(i);
 882         s->setTotalDrag(s->getTotalDrag() * applied);
 883     }
 884 }
 885
 886 void Airplane::applyLiftRatio(float factor)
 887 {
 888     float applied = Math::pow(factor, SOLVE_TWEAK);
 889     _liftRatio *= applied;
 890     if(_wing)
 891       _wing->setLiftRatio(_wing->getLiftRatio() * applied);
 892     if(_tail)
 893       _tail->setLiftRatio(_tail->getLiftRatio() * applied);
 894     int i;
 895     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
 896         Wing* w = (Wing*)_vstabs.get(i);
 897         w->setLiftRatio(w->getLiftRatio() * applied);
 898     }
 899 }
 900
 901 float Airplane::clamp(float val, float min, float max)
 902 {
 903     if(val < min) return min;
 904     if(val > max) return max;
 905     return val;
 906 }
 907
 908 float Airplane::normFactor(float f)
 909 {
 910     if(f < 0) f = -f;
 911     if(f < 1) f = 1/f;
 912     return f;
 913 }
 914
 915 void Airplane::solve()
 916 {
 917     static const float ARCMIN = 0.0002909f;
 918
 919     float tmp[3];
 920     _solutionIterations = 0;
 921     _failureMsg = 0;
 922
 923     while(1) {
 924         if(_solutionIterations++ > 10000) {
 925             _failureMsg = "Solution failed to converge after 10000 iterations";
 926             return;
 927         }
 928
 929         // Run an iteration at cruise, and extract the needed numbers:
 930         runCruise();
 931
 932         _model.getThrust(tmp);
 933         float thrust = tmp[0];
 934
 935         _model.getBody()->getAccel(tmp);
 936         Math::tmul33(_cruiseState.orient, tmp, tmp);
 937         float xforce = _cruiseWeight * tmp[0];
 938         float clift0 = _cruiseWeight * tmp[2];
 939
 940         _model.getBody()->getAngularAccel(tmp);
 941         Math::tmul33(_cruiseState.orient, tmp, tmp);
 942         float pitch0 = tmp[1];
 943
 944         // Run an approach iteration, and do likewise
 945         runApproach();
 946
 947         _model.getBody()->getAngularAccel(tmp);
 948         Math::tmul33(_approachState.orient, tmp, tmp);
 949         double apitch0 = tmp[1];
 950
 951         _model.getBody()->getAccel(tmp);
 952         Math::tmul33(_approachState.orient, tmp, tmp);
 953         float alift = _approachWeight * tmp[2];
 954
 955         // Modify the cruise AoA a bit to get a derivative
 956         _cruiseAoA += ARCMIN;
 957         runCruise();
 958         _cruiseAoA -= ARCMIN;
 959
 960         _model.getBody()->getAccel(tmp);
 961         Math::tmul33(_cruiseState.orient, tmp, tmp);
 962         float clift1 = _cruiseWeight * tmp[2];
 963
 964         // Do the same with the tail incidence
 965         _tail->setIncidence(_tailIncidence + ARCMIN);
 966         runCruise();
 967         _tail->setIncidence(_tailIncidence);
 968
 969         _model.getBody()->getAngularAccel(tmp);
 970         Math::tmul33(_cruiseState.orient, tmp, tmp);
 971         float pitch1 = tmp[1];
 972
 973         // Now calculate:
 974         float awgt = 9.8f * _approachWeight;
 975
 976         float dragFactor = thrust / (thrust-xforce);
 977         float liftFactor = awgt / (awgt+alift);
 978         float aoaDelta = -clift0 * (ARCMIN/(clift1-clift0));
 979         float tailDelta = -pitch0 * (ARCMIN/(pitch1-pitch0));
 980
 981         // Sanity:
 982         if(dragFactor <= 0 || liftFactor <= 0)
 983             break;
 984
 985         // And the elevator control in the approach.  This works just
 986         // like the tail incidence computation (it's solving for the
 987         // same thing -- pitching moment -- by diddling a different
 988         // variable).
 989         const float ELEVDIDDLE = 0.001f;
 990         _approachElevator.val += ELEVDIDDLE;
 991         runApproach();
 992         _approachElevator.val -= ELEVDIDDLE;
 993
 994         _model.getBody()->getAngularAccel(tmp);
 995         Math::tmul33(_approachState.orient, tmp, tmp);
 996         double apitch1 = tmp[1];
 997         float elevDelta = -apitch0 * (ELEVDIDDLE/(apitch1-apitch0));
 998
 999         // Now apply the values we just computed.  Note that the
1000         // "minor" variables are deferred until we get the lift/drag
1001         // numbers in the right ballpark.
1002
1003         applyDragFactor(dragFactor);
1004         applyLiftRatio(liftFactor);
1005
1006         // DON'T do the following until the above are sane
1007         if(normFactor(dragFactor) > STHRESH*1.0001
1008            || normFactor(liftFactor) > STHRESH*1.0001)
1009         {
1010             continue;
1011         }
1012
1013         // OK, now we can adjust the minor variables:
1014         _cruiseAoA += SOLVE_TWEAK*aoaDelta;
1015         _tailIncidence += SOLVE_TWEAK*tailDelta;
1016
1017         _cruiseAoA = clamp(_cruiseAoA, -0.175f, 0.175f);
1018         _tailIncidence = clamp(_tailIncidence, -0.175f, 0.175f);
1019
1020         if(abs(xforce/_cruiseWeight) < STHRESH*0.0001 &&
1021            abs(alift/_approachWeight) < STHRESH*0.0001 &&
1022            abs(aoaDelta) < STHRESH*.000017 &&
1023            abs(tailDelta) < STHRESH*.000017)
1024         {
1025             // If this finaly value is OK, then we're all done
1026             if(abs(elevDelta) < STHRESH*0.0001)
1027                 break;
1028
1029             // Otherwise, adjust and do the next iteration
1030             _approachElevator.val += SOLVE_TWEAK * elevDelta;
1031             if(abs(_approachElevator.val) > 1) {
1032                 _failureMsg = "Insufficient elevator to trim for approach";
1033                 break;
1034             }
1035         }
1036     }
1037
1038     if(_dragFactor < 1e-06 || _dragFactor > 1e6) {
1039         _failureMsg = "Drag factor beyond reasonable bounds.";
1040         return;
1041     } else if(_liftRatio < 1e-04 || _liftRatio > 1e4) {
1042         _failureMsg = "Lift ratio beyond reasonable bounds.";
1043         return;
1044     } else if(Math::abs(_cruiseAoA) >= .17453293) {
1045         _failureMsg = "Cruise AoA > 10 degrees";
1046         return;
1047     } else if(Math::abs(_tailIncidence) >= .17453293) {
1048         _failureMsg = "Tail incidence > 10 degrees";
1049         return;
1050     }
1051 }
1052
1053 void Airplane::solveHelicopter()
1054 {
1055     _solutionIterations = 0;
1056     _failureMsg = 0;
1057
1058     applyDragFactor(Math::pow(15.7/1000, 1/SOLVE_TWEAK));
1059     applyLiftRatio(Math::pow(104, 1/SOLVE_TWEAK));
1060     setupState(0,0, &_cruiseState);
1061     _model.setState(&_cruiseState);
1062     _controls.reset();
1063     _model.getBody()->reset();
1064 }
1065
1066 }; // namespace yasim