src/FDM/YASim/Launchbar.cpp

   1 #include "Math.hpp"
   2 #include "BodyEnvironment.hpp"
   3 #include "Ground.hpp"
   4 #include "RigidBody.hpp"
   5
   6 #include "Launchbar.hpp"
   7
   8 namespace yasim {
   9
  10   static const float YASIM_PI2 = 3.14159265358979323846f/2;
  11   static const float YASIM_PI = 3.14159265358979323846f;
  12   static const float RAD2DEG = 180/YASIM_PI;
  13
  14 Launchbar::Launchbar()
  15 {
  16     int i;
  17     for(i=0; i<3; i++)
  18       _launchbar_mount[i] = _holdback_mount[i] = _launchbar_force[i]
  19               = _holdback_force[i] = 0;
  20     for(i=0; i<2; i++)
  21         _global_ground[i] = 0;
  22     _global_ground[2] = 1;
  23     _global_ground[3] = -1e5;
  24     _length = 0.0;
  25     _holdback_length = 2.0;
  26     _down_ang = 0.0;
  27     _up_ang = 0.0;
  28     _ang = 0.0;
  29     _extension = 0.0;
  30     _frac = _h_frac =0.0;
  31     _launch_cmd = false;
  32     _pos_on_cat = 0.0;
  33     _state = Unmounted;
  34     _strop = false;
  35 }
  36
  37 void Launchbar::setLaunchbarMount(float* position)
  38 {
  39     int i;
  40     for(i=0; i<3; i++) _launchbar_mount[i] = position[i];
  41 }
  42
  43 void Launchbar::setHoldbackMount(float* position)
  44 {
  45     int i;
  46     for(i=0; i<3; i++) _holdback_mount[i] = position[i];
  47 }
  48
  49 void Launchbar::setLength(float length)
  50 {
  51     _length = length;
  52 }
  53
  54   void Launchbar::setHoldbackLength(float length)
  55   {
  56     _holdback_length = length;
  57   }
  58
  59 void Launchbar::setDownAngle(float ang)
  60 {
  61     _down_ang = ang;
  62 }
  63
  64 void Launchbar::setUpAngle(float ang)
  65 {
  66     _up_ang = ang;
  67 }
  68
  69 void Launchbar::setExtension(float extension)
  70 {
  71     _extension = extension;
  72 }
  73
  74 void Launchbar::setLaunchCmd(bool cmd)
  75 {
  76     _launch_cmd = cmd;
  77 }
  78
  79 void Launchbar::setGlobalGround(double *global_ground)
  80 {
  81     int i;
  82     for(i=0; i<4; i++) _global_ground[i] = global_ground[i];
  83 }
  84
  85 void Launchbar::getLaunchbarMount(float* out)
  86 {
  87     int i;
  88     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _launchbar_mount[i];
  89 }
  90
  91   float Launchbar::getLaunchbarPos(int i)
  92   {
  93     return _launchbar_mount[i];
  94   }
  95
  96 void Launchbar::getHoldbackMount(float* out)
  97 {
  98     int i;
  99     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _holdback_mount[i];
 100 }
 101
 102   float Launchbar::getHoldbackPos(int j)
 103   {
 104     return _holdback_mount[j];
 105   }
 106
 107   float Launchbar::getHoldbackLength(void)
 108   {
 109     return _holdback_length;
 110   }
 111
 112 float Launchbar::getLength(void)
 113 {
 114     return _length;
 115 }
 116
 117 float Launchbar::getDownAngle(void)
 118 {
 119     return _down_ang;
 120 }
 121
 122 float Launchbar::getUpAngle(void)
 123 {
 124     return _up_ang;
 125 }
 126
 127   float Launchbar::getAngle(void)
 128   {
 129     return _ang;
 130   }
 131
 132   float Launchbar::getHoldbackAngle(void)
 133   {
 134     return _h_ang;
 135   }
 136 float Launchbar::getExtension(void)
 137 {
 138     return _extension;
 139 }
 140
 141   void Launchbar::getForce(float* force1, float* off1,
 142     float* force2, float* off2)
 143   {
 144     Math::set3(_launchbar_force, force1);
 145     Math::set3(_launchbar_mount, off1);
 146     Math::set3(_holdback_force, force2);
 147     Math::set3(_holdback_mount, off2);
 148   }
 149
 150   const char* Launchbar::getState(void)
 151   {
 152     switch (_state) {
 153     case Arrested:
 154       return "Engaged";
 155     case Launch:
 156       return "Launching";
 157     case Completed:
 158       return "Completed";
 159     default:
 160       return "Disengaged";
 161     }
 162   }
 163
 164   bool Launchbar::getStrop(void)
 165 {
 166     return _strop;
 167 }
 168
 169 float Launchbar::getCompressFraction()
 170 {
 171     return _frac;
 172 }
 173
 174   float Launchbar::getHoldbackCompressFraction()
 175   {
 176     return _h_frac;
 177   }
 178
 179 void Launchbar::getTipPosition(float* out)
 180 {
 181     // The launchbar tip in local coordinates.
 182
 183     _ang = _frac*(_down_ang - _up_ang ) + _up_ang ;
 184     float ptip[3] = { _length*Math::cos(_ang), 0, -_length*Math::sin(_ang) };
 185     Math::add3(_launchbar_mount, ptip, out);
 186   }
 187
 188   float Launchbar::getTipPos(int i)
 189   {
 190     float pos_tip[3];
 191     getTipPosition(pos_tip);
 192     return pos_tip[i];
 193   }
 194
 195   void Launchbar::getHoldbackTipPosition(float* out)
 196   {
 197     // The holdback tip in local coordinates.
 198     _h_ang = _h_frac*(_down_ang - _up_ang) + _up_ang;
 199     float htip[3] = { -_length*Math::cos(_h_ang), 0, -_length*Math::sin(_h_ang) };
 200     Math::add3(_holdback_mount, htip, out);
 201   }
 202
 203   float Launchbar::getHoldbackTipPos(int i)
 204   {
 205     float pos_tip[3];
 206     getHoldbackTipPosition(pos_tip);
 207     return pos_tip[i];
 208 }
 209
 210
 211 void Launchbar::getTipGlobalPosition(State* s, double* out)
 212 {
 213     // The launchbar tip in local coordinates.
 214     float pos_tip[3];
 215     getTipPosition(pos_tip);
 216     // The launchbar tip in global coordinates.
 217     s->posLocalToGlobal(pos_tip, out);
 218 }
 219
 220 float Launchbar::getPercentPosOnCat(float* lpos, float off, float lends[2][3])
 221 {
 222     // Compute the forward direction of the cat.
 223     float lforward[3];
 224     Math::sub3(lends[1], lends[0], lforward);
 225     float ltopos[3];
 226     Math::sub3(lpos, lends[0], ltopos);
 227     float fwlen = Math::mag3(lforward);
 228
 229     return (Math::dot3(ltopos, lforward)/fwlen + off)/fwlen;
 230 }
 231
 232 void Launchbar::getPosOnCat(float perc, float* lpos, float* lvel,
 233                             float lends[2][3], float lendvels[2][3])
 234 {
 235     if (perc < 0.0)
 236         perc = 0.0;
 237     if (1.0 < perc)
 238         perc = 1.0;
 239
 240     // Compute the forward direction of the cat.
 241     float lforward[3];
 242     Math::sub3(lends[1], lends[0], lforward);
 243     Math::mul3(perc, lforward, lpos);
 244     Math::add3(lends[0], lpos, lpos);
 245
 246     float tmp[3];
 247     Math::mul3(perc, lendvels[0], lvel);
 248     Math::mul3(1.0f-perc, lendvels[1], tmp);
 249     Math::add3(tmp, lvel, lvel);
 250 }
 251
 252 void Launchbar::calcForce(Ground *g_cb, RigidBody* body, State* s, float* lv, float* lrot)
 253 {
 254     // Init the return values
 255     int i;
 256     for(i=0; i<3; i++) _launchbar_force[i] = 0;
 257     for(i=0; i<3; i++) _holdback_force[i] = 0;
 258
 259     if (_state != Unmounted)
 260       _extension = 1;
 261
 262     // Don't bother if it's fully retracted
 263     if(_extension <= 0)
 264         return;
 265
 266     // For the first guess, the position fraction is equal to the
 267     // extension value.
 268     _frac = _h_frac = _extension;
 269
 270     // The ground plane transformed to the local frame.
 271     float ground[4];
 272     s->planeGlobalToLocal(_global_ground, ground);
 273
 274     // The launchbar tip in local coordinates.
 275     float ltip[3];
 276     getTipPosition(ltip);
 277
 278         // Correct the extension value for no intersection.
 279
 280     // Check if the tip will intersect the ground or not. That is, compute
 281     // the distance of the tip to the ground plane.
 282     float tipdist = ground[3] - Math::dot3(ltip, ground);
 283     if(0 <= tipdist) {
 284       _frac = _extension;
 285     } else {
 286       // Compute the distance of the launchbar mount point from the
 287       // ground plane.
 288       float mountdist = ground[3] - Math::dot3(_launchbar_mount, ground);
 289
 290       // Compute the distance of the launchbar mount point from the
 291       // ground plane in the x-z plane. It holds:
 292       // mountdist = mountdist_xz*cos(angle(normal_yz, e_z))
 293       // thus
 294       float mountdist_xz = _length;
 295       if (ground[2] != 0) {
 296         float nrm_yz = Math::sqrt(ground[1]*ground[1]+ground[2]*ground[2]);
 297         mountdist_xz = -mountdist*nrm_yz/ground[2];
 298       }
 299
 300       if (mountdist_xz < _length) {
 301         // the launchbar points forward, so we need to change the signs here
 302         float ang = -Math::asin(mountdist_xz/_length)
 303           + Math::atan2(ground[2], ground[0]) + YASIM_PI2;
 304         ang = -ang;
 305             _frac = (ang - _up_ang)/(_down_ang - _up_ang);
 306       } else {
 307             _frac = _extension;
 308     }
 309     }
 310
 311     // Now do it again for the holdback
 312
 313     // The holdback tip in local coordinates.
 314     float htip[3];
 315     getHoldbackTipPosition(htip);
 316
 317     // Check if the tip will intersect the ground or not. That is, compute
 318     // the distance of the tip to the ground plane.
 319     float h_tipdist = ground[3] - Math::dot3(htip, ground);
 320     if (0 <= h_tipdist) {
 321       _h_frac = _extension;
 322     } else {
 323       // Compute the distance of the holdback mount point from the ground
 324       // plane.
 325       float h_mountdist = ground[3] - Math::dot3(_holdback_mount, ground);
 326
 327       // Compute the distance of the holdback mount point from the ground
 328       // plane in the x-z plane. It holds:
 329       //  mountdist = mountdist_xz*cos(angle(normal_yz, e_z))
 330       // thus
 331       float h_mountdist_xz = _holdback_length;
 332       if (ground[2] != 0) {
 333         float nrm_yz = Math::sqrt(ground[1]*ground[1]+ground[2]*ground[2]);
 334         h_mountdist_xz = -h_mountdist*nrm_yz/ground[2];
 335       }
 336
 337       if (h_mountdist_xz < _holdback_length) {
 338         float h_ang = Math::asin(h_mountdist_xz/_holdback_length)
 339           + Math::atan2(ground[2], ground[0]) + YASIM_PI2;
 340         _h_frac = (h_ang - _up_ang)/(_down_ang - _up_ang);
 341       } else {
 342         _h_frac = _extension;
 343       }
 344     }
 345
 346     float llb_mount[3];
 347     getTipPosition(llb_mount);
 348
 349     // The launchbar tip in global coordinates.
 350     double launchbar_pos[3];
 351     s->posLocalToGlobal(llb_mount, launchbar_pos);
 352
 353     double end[2][3]; float vel[2][3];
 354     float dist = g_cb->getCatapult(launchbar_pos, end, vel);
 355     // Work around a problem of flightgear returning totally screwed up
 356     // scenery when switching views.
 357     if (1e3 < dist)
 358         return;
 359
 360     // Compute the positions of the catapult start and endpoints in the
 361     // local coordinate system
 362     float lend[2][3];
 363     s->posGlobalToLocal(end[0], lend[0]);
 364     s->posGlobalToLocal(end[1], lend[1]);
 365
 366     // Transform the velocities of the endpoints to the
 367     // local coordinate sytem.
 368     float lvel[2][3];
 369     s->velGlobalToLocal(vel[0], lvel[0]);
 370     s->velGlobalToLocal(vel[1], lvel[1]);
 371
 372     // Compute the position of the launchbar tip relative to the cat.
 373     float tip_pos_on_cat = getPercentPosOnCat(llb_mount, 0.0, lend);
 374     float llbtip[3], lvlbtip[3];
 375     getPosOnCat(tip_pos_on_cat, llbtip, lvlbtip, lend, lvel);
 376
 377     // Compute the direction from the launchbar mount at the gear
 378     // to the lauchbar mount on the cat.
 379     float llbdir[3];
 380     Math::sub3(llbtip, _launchbar_mount, llbdir);
 381     float lblen = Math::mag3(llbdir);
 382     Math::mul3(1.0f/lblen, llbdir, llbdir);
 383
 384     // Check if we are near enough to the cat.
 385     if (_state == Unmounted && dist < 0.6) {
 386       // coarse approximation for the velocity of the launchbar.
 387         // Might be sufficient because arresting at the cat makes only
 388         // sense when the aircraft does not rotate much.
 389         float lv_mount[3];
 390         float tmp[3];
 391         float lrot[3], lv[3];
 392         Math::vmul33(s->orient, s->rot, lrot);
 393         Math::vmul33(s->orient, s->v, lv);
 394         body->pointVelocity(llb_mount, lrot, tmp);
 395         Math::sub3(tmp, lvlbtip, lv_mount);
 396         Math::add3(lv, lv_mount, lv_mount);
 397
 398         // We cannot arrest at the cat if we move too fast wrt the cat.
 399         if (0.2 < Math::mag3(lv_mount))
 400             return;
 401
 402         // Compute the position of the holdback mount relative to the cat.
 403         double dd[2][3]; float fd[2][3]; double ghldbkpos[3];
 404         s->posLocalToGlobal(_holdback_mount, ghldbkpos);
 405         float hbdist = g_cb->getCatapult(ghldbkpos, dd, fd);
 406
 407       // don't let the calculation go -ve here
 408       if (_holdback_length*_holdback_length - hbdist*hbdist < 0)
 409         return;
 410       float offset = -Math::sqrt(_holdback_length*_holdback_length
 411         - hbdist*hbdist);
 412       _pos_on_cat = getPercentPosOnCat(_holdback_mount, offset, lend);
 413
 414         // We cannot arrest if we are not at the start of the cat.
 415       if (_pos_on_cat < 0.0 || 0.4 < _pos_on_cat)
 416             return;
 417
 418         // Now we are arrested at the cat.
 419         // The force is applied at the next step.
 420         _state = Arrested;
 421         return;
 422     }
 423
 424     // Get the actual distance from the holdback to its mountpoint
 425     // on the cat. If it is longer than the holdback apply a force.
 426     float lhldbk_cmount[3]; float lvhldbk_cmount[3];
 427     getPosOnCat(_pos_on_cat, lhldbk_cmount, lvhldbk_cmount, lend, lvel);
 428     // Compute the direction of holdback.
 429     float lhldbkdir[3];
 430     Math::sub3(lhldbk_cmount, _holdback_mount, lhldbkdir);
 431     float hldbklen = Math::mag3(lhldbkdir);
 432     Math::mul3(1/hldbklen, lhldbkdir, lhldbkdir);
 433
 434     if (_state == Arrested) {
 435         // Now apply a constant tension from the catapult over the launchbar.
 436       Math::mul3(2.0, llbdir, _launchbar_force);
 437
 438         // If the distance from the holdback mount at the aircraft to the
 439         // holdback mount on the cat is larger than the holdback length itself,
 440         // the holdback applies a force to the gear.
 441         if (_holdback_length < hldbklen) {
 442         // coarse approximation for the velocity of the holdback mount
 443             // at the gear.
 444             // Might be sufficient because arresting at the cat makes only
 445             // sense when the aircraft does not rotate much.
 446             float lvhldbk_gmount[3];
 447             float lrot[3], lv[3];
 448             Math::vmul33(s->orient, s->rot, lrot);
 449             Math::vmul33(s->orient, s->v, lv);
 450             body->pointVelocity(_holdback_mount, lrot, lvhldbk_gmount);
 451             Math::add3(lv, lvhldbk_gmount, lvhldbk_gmount);
 452
 453             // The velocity of the holdback mount at the gear wrt the
 454             // holdback mount at the cat.
 455             float lvhldbk[3];
 456             Math::sub3(lvhldbk_gmount, lvhldbk_cmount, lvhldbk);
 457
 458             // The spring force the holdback will apply to the gear
 459             float tmp[3];
 460         Math::mul3(10.f*(hldbklen - _holdback_length), lhldbkdir,
 461           _holdback_force);
 462
 463             // The damping force here ...
 464             Math::mul3(2e0, lvhldbk, tmp);
 465         Math::sub3(_holdback_force, tmp, _holdback_force);
 466         }
 467
 468       if (_launch_cmd) {
 469             _state = Launch;
 470         _strop = false;
 471       }
 472     }
 473
 474     if (_state == Launch) {
 475         // Now apply a constant tension from the catapult over the launchbar.
 476       Math::mul3(25.0, llbdir, _launchbar_force);
 477
 478       if (1.0 < dist) {
 479         _state = Completed;
 480       }
 481     }
 482
 483     if (_state == Completed) {
 484       // Wait until the strop has cleared the deck
 485       // This is a temporary fix until we come up with something better
 486
 487       if (_frac > 0.8) {
 488             _state = Unmounted;
 489         _strop = true;
 490       }
 491     }
 492
 493     // Scale by the mass. That keeps the stiffness in reasonable bounds.
 494     float mass = body->getTotalMass();
 495     Math::mul3(mass, _launchbar_force, _launchbar_force);
 496     Math::mul3(mass, _holdback_force, _holdback_force);
 497 }
 498
 499 }; // namespace yasim
 500