src/FDM/YASim/PropEngine.cpp

   1 #include "Math.hpp"
   2 #include "Propeller.hpp"
   3 #include "PistonEngine.hpp"
   4 #include "PropEngine.hpp"
   5 namespace yasim {
   6
   7 PropEngine::PropEngine(Propeller* prop, PistonEngine* eng, float moment)
   8 {
   9     // Start off at 500rpm, because the start code doesn't exist yet
  10     _omega = 52.3f;
  11     _dir[0] = 1; _dir[1] = 0; _dir[2] = 0;
  12
  13     _variable = false;
  14
  15     _prop = prop;
  16     _eng = eng;
  17     _moment = moment;
  18     _fuel = true;
  19 }
  20
  21 PropEngine::~PropEngine()
  22 {
  23     delete _prop;
  24     delete _eng;
  25 }
  26
  27 void PropEngine::setMagnetos(int pos)
  28 {
  29     _magnetos = pos;
  30 }
  31
  32 void PropEngine::setAdvance(float advance)
  33 {
  34     _advance = Math::clamp(advance, 0, 1);
  35 }
  36
  37 void PropEngine::setPropPitch(float proppitch)
  38 {
  39     // update Propeller property
  40     _prop->setPropPitch(proppitch);
  41 }
  42
  43 void PropEngine::setVariableProp(float min, float max)
  44 {
  45     _variable = true;
  46     _minOmega = min;
  47     _maxOmega = max;
  48 }
  49
  50 bool PropEngine::isRunning()
  51 {
  52     return _eng->isRunning();
  53 }
  54
  55 bool PropEngine::isCranking()
  56 {
  57     return _eng->isCranking();
  58 }
  59
  60 float PropEngine::getOmega()
  61 {
  62     return _omega;
  63 }
  64
  65 void PropEngine::setOmega (float omega)
  66 {
  67     _omega = omega;
  68 }
  69
  70 void PropEngine::getThrust(float* out)
  71 {
  72     int i;
  73     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _thrust[i];
  74 }
  75
  76 void PropEngine::getTorque(float* out)
  77 {
  78     int i;
  79     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _torque[i];
  80 }
  81
  82 void PropEngine::getGyro(float* out)
  83 {
  84     int i;
  85     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _gyro[i];
  86 }
  87
  88 float PropEngine::getFuelFlow()
  89 {
  90     return _fuelFlow;
  91 }
  92
  93 void PropEngine::stabilize()
  94 {
  95     float speed = -Math::dot3(_wind, _dir);
  96     _eng->setThrottle(_throttle);
  97     _eng->setMixture(_mixture);
  98
  99     _eng->setMagnetos(3);
 100     _eng->setRunning(true);
 101
 102     if(_variable) {
 103         _omega = _minOmega + _advance * (_maxOmega - _minOmega);
 104         _prop->modPitch(1e6); // Start at maximum pitch and move down
 105     } else {
 106         _omega = 52;
 107     }
 108
 109     bool goingUp = false;
 110     float step = 10;
 111     while(true) {
 112         float ptau, dummy;
 113         _prop->calc(_rho, speed, _omega, &dummy, &ptau);
 114         _eng->calc(_pressure, _temp, _omega);
 115         float etau = _eng->getTorque();
 116         float tdiff = etau - ptau;
 117
 118         if(Math::abs(tdiff/_moment) < 0.1)
 119             break;
 120
 121         if(tdiff > 0) {
 122             if(!goingUp) step *= 0.5f;
 123             goingUp = true;
 124             if(!_variable)  _omega += step;
 125             else            _prop->modPitch(1+(step*0.005f));
 126         } else {
 127             if(goingUp) step *= 0.5f;
 128             goingUp = false;
 129             if(!_variable)  _omega -= step;
 130             else            _prop->modPitch(1-(step*0.005f));
 131         }
 132     }
 133
 134     // ...and back off
 135     _eng->setRunning(false);
 136 }
 137
 138 void PropEngine::init()
 139 {
 140     _omega = 0.01f;
 141     _eng->setStarter(false);
 142     _eng->setMagnetos(0);
 143 }
 144
 145 void PropEngine::integrate(float dt)
 146 {
 147     float speed = -Math::dot3(_wind, _dir);
 148
 149     float propTorque, engTorque, thrust;
 150
 151     _eng->setThrottle(_throttle);
 152     _eng->setStarter(_starter);
 153     _eng->setMagnetos(_magnetos);
 154     _eng->setMixture(_mixture);
 155     _eng->setFuelState(_fuel);
 156
 157     _prop->calc(_rho, speed, _omega, &thrust, &propTorque);
 158     _eng->calc(_pressure, _temp, _omega);
 159     engTorque = _eng->getTorque();
 160     _fuelFlow = _eng->getFuelFlow();
 161
 162     // Turn the thrust into a vector and save it
 163     Math::mul3(thrust, _dir, _thrust);
 164
 165     // Euler-integrate the RPM.  This doesn't need the full-on
 166     // Runge-Kutta stuff.
 167     float rotacc = (engTorque-propTorque)/Math::abs(_moment);
 168     _omega += dt * rotacc;
 169     if (_omega < 0)
 170         _omega = 0 - _omega;    // don't allow negative RPM
 171                                 // FIXME: introduce proper windmilling
 172
 173     // Store the total angular momentum into _gyro
 174     Math::mul3(_omega*_moment, _dir, _gyro);
 175
 176     // Accumulate the engine torque, it acts on the body as a whole.
 177     // (Note: engine torque, not propeller torque.  They can be
 178     // different, but the difference goes to accelerating the
 179     // rotation.  It is the engine torque that is felt at the shaft
 180     // and works on the body.)
 181     float tau = _moment < 0 ? engTorque : -engTorque;
 182     Math::mul3(tau, _dir, _torque);
 183
 184     // Iterate the propeller governor, if we have one.  Since engine
 185     // torque is basically constant with RPM, we want to make the
 186     // propeller torque at the target RPM equal to the engine by
 187     // varying the pitch.  Assume the the torque goes as the square of
 188     // the RPM (roughly correct) and compute a "target" torque for the
 189     // _current_ RPM.  Seek to that.  This is sort of a continuous
 190     // Newton-Raphson, basically.
 191     if(_variable) {
 192         float targetOmega = _minOmega + _advance*(_maxOmega-_minOmega);
 193         float ratio2 = (_omega*_omega)/(targetOmega*targetOmega);
 194         float targetTorque = engTorque * ratio2;
 195
 196         float mod = propTorque < targetTorque ? 1.04f : (1.0f/1.04f);
 197
 198         // Convert to an acceleration here, so that big propellers
 199         // don't seek faster than small ones.
 200         float diff = Math::abs((propTorque - targetTorque) / _moment);
 201         if(diff < 10) mod = 1 + (mod-1)*(0.1f*diff);
 202
 203         _prop->modPitch(mod);
 204     }
 205 }
 206
 207 }; // namespace yasim