src/FDM/YASim/Hook.cpp

   1 #include "Math.hpp"
   2 #include "BodyEnvironment.hpp"
   3 #include "Ground.hpp"
   4 #include "RigidBody.hpp"
   5
   6 #include "Hook.hpp"
   7 namespace yasim {
   8
   9 static const float YASIM_PI2 = 3.14159265358979323846/2;
  10
  11 Hook::Hook()
  12 {
  13     int i;
  14     for(i=0; i<3; i++)
  15         _pos[i] = _force[i] = 0;
  16     for(i=0; i<2; i++)
  17         _global_ground[i] = 0;
  18     _global_ground[2] = 1;
  19     _global_ground[3] = -1e5;
  20     _length = 0.0;
  21     _down_ang = 0.0;
  22     _up_ang = 0.0;
  23     _extension = 0.0;
  24     _frac = 0.0;
  25     _has_wire = false;
  26 }
  27
  28 void Hook::setPosition(float* position)
  29 {
  30     int i;
  31     for(i=0; i<3; i++) _pos[i] = position[i];
  32 }
  33
  34 void Hook::setLength(float length)
  35 {
  36     _length = length;
  37 }
  38
  39 void Hook::setDownAngle(float ang)
  40 {
  41     _down_ang = ang;
  42 }
  43
  44 void Hook::setUpAngle(float ang)
  45 {
  46     _up_ang = ang;
  47 }
  48
  49 void Hook::setExtension(float extension)
  50 {
  51     _extension = extension;
  52 }
  53
  54 void Hook::setGlobalGround(double *global_ground)
  55 {
  56     int i;
  57     for(i=0; i<4; i++) _global_ground[i] = global_ground[i];
  58 }
  59
  60 void Hook::getPosition(float* out)
  61 {
  62     int i;
  63     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _pos[i];
  64 }
  65
  66 float Hook::getLength(void)
  67 {
  68     return _length;
  69 }
  70
  71 float Hook::getDownAngle(void)
  72 {
  73     return _down_ang;
  74 }
  75
  76 float Hook::getUpAngle(void)
  77 {
  78     return _up_ang;
  79 }
  80
  81 float Hook::getExtension(void)
  82 {
  83     return _extension;
  84 }
  85
  86 void Hook::getForce(float* force, float* off)
  87 {
  88     Math::set3(_force, force);
  89     Math::set3(_pos, off);
  90 }
  91
  92 float Hook::getCompressFraction()
  93 {
  94     return _frac;
  95 }
  96
  97 void Hook::getTipPosition(float* out)
  98 {
  99     // The hook tip in local coordinates.
 100     float ang = _frac*(_down_ang - _up_ang) + _up_ang;
 101     float pos_tip[3] = { _length*Math::cos(ang), 0.0, _length*Math::sin(ang) };
 102     Math::sub3(_pos, pos_tip, out);
 103 }
 104
 105 void Hook::getTipGlobalPosition(State* s, double* out)
 106 {
 107     // The hook tip in local coordinates.
 108     float pos_tip[3];
 109     getTipPosition(pos_tip);
 110     // The hook tip in global coordinates.
 111     s->posLocalToGlobal(pos_tip, out);
 112 }
 113
 114 void Hook::calcForce(Ground* g_cb, RigidBody* body, State* s, float* lv, float* lrot)
 115 {
 116     // Init the return values
 117     int i;
 118     for(i=0; i<3; i++) _force[i] = 0;
 119
 120     // Don't bother if it's fully retracted
 121     if(_extension <= 0)
 122         return;
 123
 124     // For the first guess, the position fraction is equal to the
 125     // extension value.
 126     _frac = _extension;
 127
 128     // The ground plane transformed to the local frame.
 129     float ground[4];
 130     s->planeGlobalToLocal(_global_ground, ground);
 131
 132     // The hook tip in local coordinates.
 133     float ltip[3];
 134     getTipPosition(ltip);
 135
 136
 137     // Correct the extension value for no intersection.
 138
 139     // Check if the tip will intersect the ground or not. That is, compute
 140     // the distance of the tip to the ground plane.
 141     float tipdist = ground[3] - Math::dot3(ltip, ground);
 142     if(0 <= tipdist) {
 143         _frac = _extension;
 144     } else {
 145         // Compute the distance of the hooks mount point from the ground plane.
 146         float mountdist = ground[3] - Math::dot3(_pos, ground);
 147
 148         // Compute the distance of the hooks mount point from the ground plane
 149         // in the x-z plane. It holds:
 150         //  mountdist = mountdist_xz*cos(angle(normal_yz, e_z))
 151         // thus
 152         float mountdist_xz = _length;
 153         if (ground[2] != 0) {
 154             float nrm_yz = Math::sqrt(ground[1]*ground[1]+ground[2]*ground[2]);
 155             mountdist_xz = -mountdist*nrm_yz/ground[2];
 156         }
 157
 158         if (mountdist_xz < _length) {
 159             float ang = Math::asin(mountdist_xz/_length)
 160               + Math::atan2(ground[2], ground[0]) + YASIM_PI2;
 161             _frac = (ang - _up_ang)/(_down_ang - _up_ang);
 162         } else {
 163             _frac = _extension;
 164         }
 165     }
 166
 167     double hook_area[4][3];
 168     // The hook mount in global coordinates.
 169     s->posLocalToGlobal(_pos, hook_area[1]);
 170
 171     // Recompute the hook tip in global coordinates.
 172     getTipGlobalPosition(s, hook_area[0]);
 173
 174     // The old positions.
 175     hook_area[2][0] = _old_mount[0];
 176     hook_area[2][1] = _old_mount[1];
 177     hook_area[2][2] = _old_mount[2];
 178     hook_area[3][0] = _old_tip[0];
 179     hook_area[3][1] = _old_tip[1];
 180     hook_area[3][2] = _old_tip[2];
 181
 182
 183     // Check if we caught a wire.
 184     // Returns true if we caught one.
 185     if (!_has_wire && g_cb->caughtWire(hook_area))
 186         _has_wire = true;
 187
 188
 189     // save actual position as old position ...
 190     _old_mount[0] = hook_area[1][0];
 191     _old_mount[1] = hook_area[1][1];
 192     _old_mount[2] = hook_area[1][2];
 193     _old_tip[0] = hook_area[0][0];
 194     _old_tip[1] = hook_area[0][1];
 195     _old_tip[2] = hook_area[0][2];
 196
 197     if (!_has_wire)
 198         return;
 199
 200     // Get the wire endpoints and their velocities wrt the earth.
 201     double dpos[2][3];
 202     float wire_vel[2][3];
 203     g_cb->getWire(dpos, wire_vel);
 204
 205     // Transform those to the local coordinate system
 206     float wire_lpos[2][3];
 207     s->posGlobalToLocal(dpos[0], wire_lpos[0]);
 208     s->posGlobalToLocal(dpos[1], wire_lpos[1]);
 209     s->velGlobalToLocal(wire_vel[0], wire_vel[0]);
 210     s->velGlobalToLocal(wire_vel[1], wire_vel[1]);
 211
 212     // Compute the velocity of the hooks mount point in the local frame.
 213     float mount_vel[3];
 214     body->pointVelocity(_pos, lrot, mount_vel);
 215     Math::add3(lv, mount_vel, mount_vel);
 216
 217     // The velocity of the hook mount point wrt the earth in
 218     // the local frame.
 219     float v_wrt_we[2][3];
 220     Math::sub3(mount_vel, wire_vel[0], v_wrt_we[0]);
 221     Math::sub3(mount_vel, wire_vel[1], v_wrt_we[1]);
 222
 223     float f[2][3];
 224     // The vector from the wire ends to the hook mount point.
 225     Math::sub3(_pos, wire_lpos[0], f[0]);
 226     Math::sub3(_pos, wire_lpos[1], f[1]);
 227
 228     // We only need the direction.
 229     float mf0 = Math::mag3(f[0]);
 230     float mf1 = Math::mag3(f[1]);
 231     Math::mul3(1.0/mf0, f[0], f[0]);
 232     Math::mul3(1.0/mf1, f[1], f[1]);
 233
 234     // The velocity of the wire wrt the wire ends at the wire
 235     // mount points.
 236     float v0 = Math::dot3(v_wrt_we[0], f[0]);
 237     float v1 = Math::dot3(v_wrt_we[1], f[1]);
 238
 239     // We assume that the wire slips through the hook. So the velocity
 240     // will be equal at both sides. So take the mean of both.
 241     float v = 0.5*(v0+v1);
 242
 243     // Release wire when we reach zero velocity.
 244     if (v <= 0.0) {
 245       _has_wire = false;
 246       g_cb->releaseWire();
 247       return;
 248     }
 249
 250     // The trick is to multiply with the current mass of the aircraft.
 251     // That way we control the acceleration and not the force. This is
 252     // the implicit calibration of the wires for aircrafts of
 253     // different mass.
 254     float mass = body->getTotalMass();
 255
 256     // The local force is the vector sum of the force on each wire.
 257     // The force is computed with some constant tension on the wires
 258     // (80000N) plus a velocity dependent component.
 259     Math::add3(f[0], f[1], _force);
 260     Math::mul3(-mass*( 1.0 + ((mf0+mf1)/70) + 0.2*v ), _force, _force);
 261
 262     // Now in the body coordinate system, eliminate the Y coord part
 263     // of the hook force. Physically this means that the wire will just
 264     // slip through the hook instead of applying a side force.
 265     _force[1] = 0.0;
 266 }
 267
 268 }; // namespace yasim
 269