src/FDM/YASim/FGFDM.cpp

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3
   4 #include <Main/fg_props.hxx>
   5
   6 #include "Jet.hpp"
   7 #include "SimpleJet.hpp"
   8 #include "Gear.hpp"
   9 #include "Atmosphere.hpp"
  10 #include "PropEngine.hpp"
  11 #include "Propeller.hpp"
  12 #include "PistonEngine.hpp"
  13
  14 #include "FGFDM.hpp"
  15 namespace yasim {
  16
  17 // Some conversion factors
  18 static const float KTS2MPS = 0.514444444444;
  19 static const float FT2M = 0.3048;
  20 static const float DEG2RAD = 0.0174532925199;
  21 static const float RPM2RAD = 0.10471975512;
  22 static const float LBS2N = 4.44822;
  23 static const float LBS2KG = 0.45359237;
  24 static const float CM2GALS = 264.172037284;
  25 static const float HP2W = 745.700;
  26 static const float INHG2PA = 3386.389;
  27 static const float K2DEGF = 1.8;
  28 static const float CIN2CM = 1.6387064e-5;
  29
  30 // Stubs, so that this can be compiled without the FlightGear
  31 // binary.  What's the best way to handle this?
  32
  33 //     float fgGetFloat(char* name, float def) { return 0; }
  34 //     void fgSetFloat(char* name, float val) {}
  35
  36 FGFDM::FGFDM()
  37 {
  38     _nextEngine = 0;
  39 }
  40
  41 FGFDM::~FGFDM()
  42 {
  43     int i;
  44     for(i=0; i<_axes.size(); i++) {
  45         AxisRec* a = (AxisRec*)_axes.get(i);
  46         delete[] a->name;
  47         delete a;
  48     }
  49     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
  50         EngRec* er = (EngRec*)_thrusters.get(i);
  51         delete[] er->prefix;
  52         delete er->eng;
  53         delete er;
  54     }
  55     for(i=0; i<_weights.size(); i++) {
  56         WeightRec* wr = (WeightRec*)_weights.get(i);
  57         delete[] wr->prop;
  58         delete wr;
  59     }
  60
  61 }
  62
  63 void FGFDM::iterate(float dt)
  64 {
  65     getExternalInput(dt);
  66     _airplane.iterate(dt);
  67     setOutputProperties();
  68 }
  69
  70 Airplane* FGFDM::getAirplane()
  71 {
  72     return &_airplane;
  73 }
  74
  75 void FGFDM::init()
  76 {
  77     // Allows the user to start with something other than full fuel
  78     _airplane.setFuelFraction(fgGetFloat("/sim/fuel-fraction", 1));
  79
  80     // This has a nasty habit of being false at startup.  That's not
  81     // good.
  82     fgSetBool("/controls/gear-down", true);
  83 }
  84
  85 // Not the worlds safest parser.  But it's short & sweet.
  86 void FGFDM::startElement(const char* name, const XMLAttributes &atts)
  87 {
  88     XMLAttributes* a = (XMLAttributes*)&atts;
  89     float v[3];
  90     char buf[64];
  91
  92     if(eq(name, "airplane")) {
  93         _airplane.setWeight(attrf(a, "mass") * LBS2KG);
  94     } else if(eq(name, "approach")) {
  95         float spd = attrf(a, "speed") * KTS2MPS;
  96         float alt = attrf(a, "alt", 0) * FT2M;
  97         float aoa = attrf(a, "aoa", 0) * DEG2RAD;
  98         _airplane.setApproach(spd, alt, aoa);
  99         _cruiseCurr = false;
 100     } else if(eq(name, "cruise")) {
 101         float spd = attrf(a, "speed") * KTS2MPS;
 102         float alt = attrf(a, "alt") * FT2M;
 103         _airplane.setCruise(spd, alt);
 104         _cruiseCurr = true;
 105     } else if(eq(name, "cockpit")) {
 106         v[0] = attrf(a, "x");
 107         v[1] = attrf(a, "y");
 108         v[2] = attrf(a, "z");
 109         _airplane.setPilotPos(v);
 110     } else if(eq(name, "wing")) {
 111         _airplane.setWing(parseWing(a, name));
 112     } else if(eq(name, "hstab")) {
 113         _airplane.setTail(parseWing(a, name));
 114     } else if(eq(name, "vstab")) {
 115         _airplane.addVStab(parseWing(a, name));
 116     } else if(eq(name, "propeller")) {
 117         parsePropeller(a);
 118     } else if(eq(name, "thruster")) {
 119         SimpleJet* j = new SimpleJet();
 120         _currObj = j;
 121         v[0] = attrf(a, "x"); v[1] = attrf(a, "y"); v[2] = attrf(a, "z");
 122         j->setPosition(v);
 123         _airplane.addThruster(j, 0, v);
 124         v[0] = attrf(a, "vx"); v[1] = attrf(a, "vy"); v[2] = attrf(a, "vz");
 125         j->setDirection(v);
 126         j->setThrust(attrf(a, "thrust") * LBS2N);
 127     } else if(eq(name, "jet")) {
 128         Jet* j = new Jet();
 129         _currObj = j;
 130         v[0] = attrf(a, "x");
 131         v[1] = attrf(a, "y");
 132         v[2] = attrf(a, "z");
 133         float mass = attrf(a, "mass") * LBS2KG;
 134         j->setMaxThrust(attrf(a, "thrust") * LBS2N,
 135                         attrf(a, "afterburner", 0) * LBS2N);
 136         j->setVectorAngle(attrf(a, "rotate", 0) * DEG2RAD);
 137
 138         float n1min = attrf(a, "n1-idle", 55);
 139         float n1max = attrf(a, "n1-max", 102);
 140         float n2min = attrf(a, "n2-idle", 73);
 141         float n2max = attrf(a, "n2-max", 103);
 142         j->setRPMs(n1min, n1max, n2min, n2max);
 143
 144         if(a->hasAttribute("tsfc")) j->setTSFC(attrf(a, "tsfc"));
 145         if(a->hasAttribute("egt"))  j->setEGT(attrf(a, "egt"));
 146         if(a->hasAttribute("epr"))  j->setEPR(attrf(a, "epr"));
 147         if(a->hasAttribute("exhaust-speed"))
 148             j->setVMax(attrf(a, "exhaust-speed") * KTS2MPS);
 149
 150         j->setPosition(v);
 151         _airplane.addThruster(j, mass, v);
 152         sprintf(buf, "/engines/engine[%d]", _nextEngine++);
 153         EngRec* er = new EngRec();
 154         er->eng = j;
 155         er->prefix = dup(buf);
 156         _thrusters.add(er);
 157     } else if(eq(name, "gear")) {
 158         Gear* g = new Gear();
 159         _currObj = g;
 160         v[0] = attrf(a, "x");
 161         v[1] = attrf(a, "y");
 162         v[2] = attrf(a, "z");
 163         g->setPosition(v);
 164         v[0] = 0;
 165         v[1] = 0;
 166         v[2] = attrf(a, "compression", 1);
 167         g->setCompression(v);
 168         g->setStaticFriction(attrf(a, "sfric", 0.8));
 169         g->setDynamicFriction(attrf(a, "dfric", 0.7));
 170         if(a->hasAttribute("castering"))
 171             g->setCastering(true);
 172         float transitionTime = attrf(a, "retract-time", 0);
 173         _airplane.addGear(g, transitionTime);
 174     } else if(eq(name, "fuselage")) {
 175         float b[3];
 176         v[0] = attrf(a, "ax");
 177         v[1] = attrf(a, "ay");
 178         v[2] = attrf(a, "az");
 179         b[0] = attrf(a, "bx");
 180         b[1] = attrf(a, "by");
 181         b[2] = attrf(a, "bz");
 182         float taper = attrf(a, "taper", 1);
 183         float mid = attrf(a, "midpoint", 0.5);
 184         _airplane.addFuselage(v, b, attrf(a, "width"), taper, mid);
 185     } else if(eq(name, "tank")) {
 186         v[0] = attrf(a, "x");
 187         v[1] = attrf(a, "y");
 188         v[2] = attrf(a, "z");
 189         float density = 6.0; // gasoline, in lbs/gal
 190         if(a->hasAttribute("jet")) density = 6.72;
 191         density *= LBS2KG*CM2GALS;
 192         _airplane.addTank(v, attrf(a, "capacity") * LBS2KG, density);
 193     } else if(eq(name, "ballast")) {
 194         v[0] = attrf(a, "x");
 195         v[1] = attrf(a, "y");
 196         v[2] = attrf(a, "z");
 197         _airplane.addBallast(v, attrf(a, "mass") * LBS2KG);
 198     } else if(eq(name, "weight")) {
 199         parseWeight(a);
 200     } else if(eq(name, "stall")) {
 201         Wing* w = (Wing*)_currObj;
 202         w->setStall(attrf(a, "aoa") * DEG2RAD);
 203         w->setStallWidth(attrf(a, "width", 2) * DEG2RAD);
 204         w->setStallPeak(attrf(a, "peak", 1.5));
 205     } else if(eq(name, "flap0")) {
 206         ((Wing*)_currObj)->setFlap0(attrf(a, "start"), attrf(a, "end"),
 207                                     attrf(a, "lift"), attrf(a, "drag"));
 208     } else if(eq(name, "flap1")) {
 209         ((Wing*)_currObj)->setFlap1(attrf(a, "start"), attrf(a, "end"),
 210                                     attrf(a, "lift"), attrf(a, "drag"));
 211     } else if(eq(name, "slat")) {
 212         ((Wing*)_currObj)->setSlat(attrf(a, "start"), attrf(a, "end"),
 213                                    attrf(a, "aoa"), attrf(a, "drag"));
 214     } else if(eq(name, "spoiler")) {
 215         ((Wing*)_currObj)->setSpoiler(attrf(a, "start"), attrf(a, "end"),
 216                                       attrf(a, "lift"), attrf(a, "drag"));
 217     } else if(eq(name, "actionpt")) {
 218         v[0] = attrf(a, "x");
 219         v[1] = attrf(a, "y");
 220         v[2] = attrf(a, "z");
 221         ((Thruster*)_currObj)->setPosition(v);
 222     } else if(eq(name, "dir")) {
 223         v[0] = attrf(a, "x");
 224         v[1] = attrf(a, "y");
 225         v[2] = attrf(a, "z");
 226         ((Thruster*)_currObj)->setDirection(v);
 227     } else if(eq(name, "control")) {
 228         const char* axis = a->getValue("axis");
 229         if(a->hasAttribute("output")) {
 230             // assert: output type must match _currObj type!
 231             const char* output = a->getValue("output");
 232             int opt = 0;
 233             opt |= a->hasAttribute("split") ? ControlMap::OPT_SPLIT : 0;
 234             opt |= a->hasAttribute("invert") ? ControlMap::OPT_INVERT : 0;
 235             opt |= a->hasAttribute("square") ? ControlMap::OPT_SQUARE : 0;
 236
 237             ControlMap* cm = _airplane.getControlMap();
 238             if(a->hasAttribute("src0")) {
 239                 cm->addMapping(parseAxis(axis), parseOutput(output),
 240                                _currObj, opt,
 241                                attrf(a, "src0"), attrf(a, "src1"),
 242                                attrf(a, "dst0"), attrf(a, "dst1"));
 243             } else {
 244                 cm->addMapping(parseAxis(axis), parseOutput(output),
 245                                _currObj, opt);
 246             }
 247         } else {
 248             // assert: must be under a "cruise" or "approach" tag
 249             float value = attrf(a, "value", 0);
 250             if(_cruiseCurr)
 251                 _airplane.addCruiseControl(parseAxis(axis), value);
 252             else
 253                 _airplane.addApproachControl(parseAxis(axis), value);
 254         }
 255     } else {
 256         *(int*)0=0; // unexpected tag, boom
 257     }
 258 }
 259
 260 void FGFDM::getExternalInput(float dt)
 261 {
 262     // The control axes
 263     ControlMap* cm = _airplane.getControlMap();
 264     cm->reset();
 265     int i;
 266     for(i=0; i<_axes.size(); i++) {
 267         AxisRec* a = (AxisRec*)_axes.get(i);
 268         float val = fgGetFloat(a->name, 0);
 269         cm->setInput(a->handle, val);
 270     }
 271     cm->applyControls();
 272
 273     // Weights
 274     for(i=0; i<_weights.size(); i++) {
 275         WeightRec* wr = (WeightRec*)_weights.get(i);
 276         _airplane.setWeight(wr->handle, fgGetFloat(wr->prop));
 277     }
 278
 279     // Gear state
 280     _airplane.setGearState(fgGetBool("/controls/gear-down"), dt);
 281 }
 282
 283 void FGFDM::setOutputProperties()
 284 {
 285     char buf[256];
 286     int i;
 287     float fuelDensity = 718.95; // default to gasoline: ~6 lb/gal
 288     for(i=0; i<_airplane.numTanks(); i++) {
 289         fuelDensity = _airplane.getFuelDensity(i);
 290         sprintf(buf, "/consumables/fuel/tank[%d]/level-gal_us", i);
 291         fgSetFloat(buf, CM2GALS*_airplane.getFuel(i)/fuelDensity);
 292     }
 293
 294     for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
 295         EngRec* er = (EngRec*)_thrusters.get(i);
 296         Thruster* t = er->eng;
 297
 298         sprintf(buf, "%s/fuel-flow-gph", er->prefix);
 299         fgSetFloat(buf, (t->getFuelFlow()/fuelDensity) * 3600 * CM2GALS);
 300
 301         if(t->getPropEngine()) {
 302             PropEngine* p = t->getPropEngine();
 303
 304             sprintf(buf, "%s/rpm", er->prefix);
 305             fgSetFloat(buf, p->getOmega() / RPM2RAD);
 306         }
 307
 308         if(t->getPistonEngine()) {
 309             PistonEngine* p = t->getPistonEngine();
 310
 311             sprintf(buf, "%s/mp-osi", er->prefix);
 312             fgSetFloat(buf, p->getMP() * (1/INHG2PA));
 313
 314             sprintf(buf, "%s/egt-degf", er->prefix);
 315             fgSetFloat(buf, p->getEGT() * K2DEGF + 459.4);
 316         }
 317
 318         if(t->getJet()) {
 319             Jet* j = t->getJet();
 320
 321             sprintf(buf, "%s/n1", er->prefix);
 322             fgSetFloat(buf, j->getN1());
 323
 324             sprintf(buf, "%s/n2", er->prefix);
 325             fgSetFloat(buf, j->getN2());
 326
 327             sprintf(buf, "%s/epr", er->prefix);
 328             fgSetFloat(buf, j->getEPR());
 329
 330             sprintf(buf, "%s/egt-degf", er->prefix);
 331             fgSetFloat(buf, j->getEGT() * K2DEGF + 459.4);
 332         }
 333     }
 334 }
 335
 336 Wing* FGFDM::parseWing(XMLAttributes* a, const char* type)
 337 {
 338     Wing* w = new Wing();
 339
 340     float defDihed = 0;
 341     if(eq(type, "vstab"))
 342         defDihed = 90;
 343     else
 344         w->setMirror(true);
 345
 346     float pos[3];
 347     pos[0] = attrf(a, "x");
 348     pos[1] = attrf(a, "y");
 349     pos[2] = attrf(a, "z");
 350     w->setBase(pos);
 351
 352     w->setLength(attrf(a, "length"));
 353     w->setChord(attrf(a, "chord"));
 354     w->setSweep(attrf(a, "sweep", 0) * DEG2RAD);
 355     w->setTaper(attrf(a, "taper", 1));
 356     w->setDihedral(attrf(a, "dihedral", defDihed) * DEG2RAD);
 357     w->setCamber(attrf(a, "camber", 0));
 358     w->setIncidence(attrf(a, "incidence", 0) * DEG2RAD);
 359
 360     float effect = attrf(a, "effectiveness", 1);
 361     w->setDragScale(w->getDragScale()*effect);
 362
 363     _currObj = w;
 364     return w;
 365 }
 366
 367 void FGFDM::parsePropeller(XMLAttributes* a)
 368 {
 369     float cg[3];
 370     cg[0] = attrf(a, "x");
 371     cg[1] = attrf(a, "y");
 372     cg[2] = attrf(a, "z");
 373     float mass = attrf(a, "mass") * LBS2KG;
 374     float moment = attrf(a, "moment");
 375     float radius = attrf(a, "radius");
 376     float speed = attrf(a, "cruise-speed") * KTS2MPS;
 377     float omega = attrf(a, "cruise-rpm") * RPM2RAD;
 378     float power = attrf(a, "cruise-power") * HP2W;
 379     float rho = Atmosphere::getStdDensity(attrf(a, "cruise-alt") * FT2M);
 380
 381     // Hack, fix this pronto:
 382     float engP = attrf(a, "eng-power") * HP2W;
 383     float engS = attrf(a, "eng-rpm") * RPM2RAD;
 384
 385     Propeller* prop = new Propeller(radius, speed, omega, rho, power);
 386     PistonEngine* eng = new PistonEngine(engP, engS);
 387     PropEngine* thruster = new PropEngine(prop, eng, moment);
 388     _airplane.addThruster(thruster, mass, cg);
 389
 390     if(a->hasAttribute("displacement"))
 391         eng->setDisplacement(attrf(a, "displacement") * CIN2CM);
 392
 393     if(a->hasAttribute("compression"))
 394         eng->setCompression(attrf(a, "compression"));
 395
 396     if(a->hasAttribute("turbo-mul")) {
 397         float mul = attrf(a, "turbo-mul");
 398         float mp = attrf(a, "wastegate-mp", 1e6) * INHG2PA;
 399         eng->setTurboParams(mul, mp);
 400     }
 401
 402     if(a->hasAttribute("takeoff-power")) {
 403         float power0 = attrf(a, "takeoff-power") * HP2W;
 404         float omega0 = attrf(a, "takeoff-rpm") * RPM2RAD;
 405         prop->setTakeoff(omega0, power0);
 406     }
 407
 408     if(a->hasAttribute("max-rpm")) {
 409         float max = attrf(a, "max-rpm") * RPM2RAD;
 410         float min = attrf(a, "min-rpm") * RPM2RAD;
 411         thruster->setVariableProp(min, max);
 412     }
 413
 414     char buf[64];
 415     sprintf(buf, "/engines/engine[%d]", _nextEngine++);
 416     EngRec* er = new EngRec();
 417     er->eng = thruster;
 418     er->prefix = dup(buf);
 419     _thrusters.add(er);
 420
 421     _currObj = thruster;
 422 }
 423
 424 // Turns a string axis name into an integer for use by the
 425 // ControlMap.  Creates a new axis if this one hasn't been defined
 426 // yet.
 427 int FGFDM::parseAxis(const char* name)
 428 {
 429     int i;
 430     for(i=0; i<_axes.size(); i++) {
 431         AxisRec* a = (AxisRec*)_axes.get(i);
 432         if(eq(a->name, name))
 433             return a->handle;
 434     }
 435
 436     // Not there, make a new one.
 437     AxisRec* a = new AxisRec();
 438     a->name = dup(name);
 439     a->handle = _airplane.getControlMap()->newInput();
 440     _axes.add(a);
 441     return a->handle;
 442 }
 443
 444 int FGFDM::parseOutput(const char* name)
 445 {
 446     if(eq(name, "THROTTLE"))  return ControlMap::THROTTLE;
 447     if(eq(name, "MIXTURE"))   return ControlMap::MIXTURE;
 448     if(eq(name, "ADVANCE"))   return ControlMap::ADVANCE;
 449     if(eq(name, "REHEAT"))    return ControlMap::REHEAT;
 450     if(eq(name, "BOOST"))     return ControlMap::BOOST;
 451     if(eq(name, "VECTOR"))    return ControlMap::VECTOR;
 452     if(eq(name, "PROP"))      return ControlMap::PROP;
 453     if(eq(name, "BRAKE"))     return ControlMap::BRAKE;
 454     if(eq(name, "STEER"))     return ControlMap::STEER;
 455     if(eq(name, "EXTEND"))    return ControlMap::EXTEND;
 456     if(eq(name, "INCIDENCE")) return ControlMap::INCIDENCE;
 457     if(eq(name, "FLAP0"))     return ControlMap::FLAP0;
 458     if(eq(name, "FLAP1"))     return ControlMap::FLAP1;
 459     if(eq(name, "SLAT"))      return ControlMap::SLAT;
 460     if(eq(name, "SPOILER"))   return ControlMap::SPOILER;
 461     // error here...
 462     return *(int*)0;
 463 }
 464
 465 void FGFDM::parseWeight(XMLAttributes* a)
 466 {
 467     WeightRec* wr = new WeightRec();
 468
 469     float v[3];
 470     v[0] = attrf(a, "x");
 471     v[1] = attrf(a, "y");
 472     v[2] = attrf(a, "z");
 473
 474     wr->prop = dup(a->getValue("mass-prop"));
 475     wr->size = attrf(a, "size", 0);
 476     wr->handle = _airplane.addWeight(v, wr->size);
 477
 478     _weights.add(wr);
 479 }
 480
 481 bool FGFDM::eq(const char* a, const char* b)
 482 {
 483     // Figure it out for yourself. :)
 484     while(*a && *b && *a++ == *b++);
 485     return !(*a || *b);
 486 }
 487
 488 char* FGFDM::dup(const char* s)
 489 {
 490     int len=0;
 491     while(s[len++]);
 492     char* s2 = new char[len+1];
 493     char* p = s2;
 494     while((*p++ = *s++));
 495     s2[len] = 0;
 496     return s2;
 497 }
 498
 499 int FGFDM::attri(XMLAttributes* atts, char* attr)
 500 {
 501     if(!atts->hasAttribute(attr)) *(int*)0=0; // boom
 502     return attri(atts, attr, 0);
 503 }
 504
 505 int FGFDM::attri(XMLAttributes* atts, char* attr, int def)
 506 {
 507     const char* val = atts->getValue(attr);
 508     if(val == 0) return def;
 509     else         return atol(val);
 510 }
 511
 512 float FGFDM::attrf(XMLAttributes* atts, char* attr)
 513 {
 514     if(!atts->hasAttribute(attr)) *(int*)0=0; // boom
 515     return attrf(atts, attr, 0);
 516 }
 517
 518 float FGFDM::attrf(XMLAttributes* atts, char* attr, float def)
 519 {
 520     const char* val = atts->getValue(attr);
 521     if(val == 0) return def;
 522     else         return (float)atof(val);
 523 }
 524
 525 }; // namespace yasim