src/FDM/YASim/PistonEngine.cpp

   1 #include "Atmosphere.hpp"
   2 #include "Math.hpp"
   3 #include "PistonEngine.hpp"
   4 namespace yasim {
   5
   6 PistonEngine::PistonEngine(float power, float speed)
   7 {
   8     // Presume a BSFC (in lb/hour per HP) of 0.45.  In SI that becomes
   9     // (2.2 lb/kg, 745.7 W/hp, 3600 sec/hour) 3.69e-07 kg/Ws.
  10     _f0 = power * 3.69e-07;
  11
  12     _P0 = power;
  13     _omega0 = speed;
  14
  15     // We must be at sea level under standard conditions
  16     _rho0 = Atmosphere::getStdDensity(0);
  17
  18     // Further presume that takeoff is (duh) full throttle and
  19     // peak-power, that means that by our efficiency function, we are
  20     // at 11/8 of "ideal" fuel flow.
  21     float realFlow = _f0 * (11.0/8.0);
  22     _mixCoeff = realFlow * 1.1 / _omega0;
  23
  24     _turbo = 1;
  25     _maxMP = 1e6; // No waste gate on non-turbo engines.
  26 }
  27
  28 void PistonEngine::setTurboParams(float turbo, float maxMP)
  29 {
  30     _turbo = turbo;
  31     _maxMP = maxMP;
  32
  33     // This changes the "sea level" manifold air density
  34     float P0 = Atmosphere::getStdPressure(0);
  35     float P = P0 * _turbo;
  36     if(P > _maxMP) P = _maxMP;
  37     float T = Atmosphere::getStdTemperature(0) * Math::pow(P/P0, 2./7.);
  38     _rho0 = P / (287.1 * T);
  39 }
  40
  41 float PistonEngine::getPower()
  42 {
  43     return _P0;
  44 }
  45
  46 void PistonEngine::setThrottle(float t)
  47 {
  48     _throttle = t;
  49 }
  50
  51 void PistonEngine::setMixture(float m)
  52 {
  53     _mixture = m;
  54 }
  55
  56 void PistonEngine::calc(float P, float T, float speed,
  57                         float* torqueOut, float* fuelFlowOut)
  58 {
  59     // The actual fuel flow
  60     float fuel = _mixture * _mixCoeff * speed;
  61
  62     // manifold air density
  63     if(_turbo != 1) {
  64         float P1 = P * _turbo;
  65         if(P1 > _maxMP) P1 = _maxMP;
  66         T *= Math::pow(P1/P, 2./7.);
  67         P = P1;
  68     }
  69     float density = P / (287.1 * T);
  70
  71     float rho = density * _throttle;
  72
  73     // How much fuel could be burned with ideal (i.e. uncorrected!)
  74     // combustion.
  75     float burnable = _f0 * (rho/_rho0) * (speed/_omega0);
  76
  77     // Calculate the fuel that actually burns to produce work.  The
  78     // idea is that less than 5/8 of ideal, we get complete
  79     // combustion.  We use up all the oxygen at 1 3/8 of ideal (that
  80     // is, you need to waste fuel to use all your O2).  In between,
  81     // interpolate.  This vaguely matches a curve I copied out of a
  82     // book for a single engine.  Shrug.
  83     float burned;
  84     float r = fuel/burnable;
  85     if     (burnable == 0) burned = 0;
  86     else if(r < .625)      burned = fuel;
  87     else if(r > 1.375)     burned = burnable;
  88     else                   burned = fuel + (burnable-fuel)*(r-.625)*(4.0/3.0);
  89
  90     // And finally the power is just the reference power scaled by the
  91     // amount of fuel burned.
  92     float power = _P0 * burned/_f0;
  93
  94     *torqueOut = power/speed;
  95     *fuelFlowOut = fuel;
  96 }
  97
  98 }; // namespace yasim