src/FDM/YASim/PropEngine.cpp

   1 #include "Math.hpp"
   2 #include "Propeller.hpp"
   3 #include "Engine.hpp"
   4 #include "PropEngine.hpp"
   5 namespace yasim {
   6
   7 PropEngine::PropEngine(Propeller* prop, Engine* 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     _gearRatio = 1;
  15
  16     _prop = prop;
  17     _eng = eng;
  18     _moment = moment;
  19     _fuel = true;
  20 }
  21
  22 PropEngine::~PropEngine()
  23 {
  24     delete _prop;
  25     delete _eng;
  26 }
  27
  28 void PropEngine::setMagnetos(int pos)
  29 {
  30     _magnetos = pos;
  31 }
  32
  33 void PropEngine::setAdvance(float advance)
  34 {
  35     _advance = Math::clamp(advance, 0, 1);
  36 }
  37
  38 void PropEngine::setPropPitch(float proppitch)
  39 {
  40     // update Propeller property
  41     _prop->setPropPitch(proppitch);
  42 }
  43
  44 void PropEngine::setPropFeather(int state)
  45 {
  46     // toggle prop feathering on/off
  47     _prop->setPropFeather(state);
  48 }
  49
  50 void PropEngine::setVariableProp(float min, float max)
  51 {
  52     _variable = true;
  53     _minOmega = min;
  54     _maxOmega = max;
  55 }
  56
  57 bool PropEngine::isRunning()
  58 {
  59     return _eng->isRunning();
  60 }
  61
  62 bool PropEngine::isCranking()
  63 {
  64     return _eng->isCranking();
  65 }
  66
  67 float PropEngine::getOmega()
  68 {
  69     return _omega;
  70 }
  71
  72 void PropEngine::setOmega (float omega)
  73 {
  74     _omega = omega;
  75 }
  76
  77 void PropEngine::getThrust(float* out)
  78 {
  79     int i;
  80     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _thrust[i];
  81 }
  82
  83 void PropEngine::getTorque(float* out)
  84 {
  85     int i;
  86     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _torque[i];
  87 }
  88
  89 void PropEngine::getGyro(float* out)
  90 {
  91     int i;
  92     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _gyro[i];
  93 }
  94
  95 float PropEngine::getFuelFlow()
  96 {
  97     return _fuelFlow;
  98 }
  99
 100 void PropEngine::stabilize()
 101 {
 102     float speed = -Math::dot3(_wind, _dir);
 103     _eng->setThrottle(_throttle);
 104     _eng->setMixture(_mixture);
 105
 106     _eng->setStarter(false);
 107     _eng->setMagnetos(3);
 108
 109     bool running_state = _eng->isRunning();
 110     _eng->setRunning(true);
 111
 112     if(_variable) {
 113         _omega = _minOmega + _advance * (_maxOmega - _minOmega);
 114         _prop->modPitch(1e6); // Start at maximum pitch and move down
 115     } else {
 116         _omega = 52;
 117     }
 118
 119     bool goingUp = false;
 120     float step = 10;
 121     while(true) {
 122         float ptau, thrust;
 123         _prop->calc(_rho, speed, _omega * _gearRatio, &thrust, &ptau);
 124         _eng->calc(_pressure, _temp, _omega);
 125         _eng->stabilize();
 126
 127         // Compute torque as seen by the engine's end of the
 128         // gearbox.
 129         ptau *= _gearRatio;
 130         float etau = _eng->getTorque();
 131         float tdiff = etau - ptau;
 132
 133         Math::mul3(thrust, _dir, _thrust);
 134
 135         if(Math::abs(tdiff/(_moment * _gearRatio)) < 0.1)
 136             break;
 137
 138         if(tdiff > 0) {
 139             if(!goingUp) step *= 0.5f;
 140             goingUp = true;
 141             if(!_variable)  _omega += step;
 142             else            _prop->modPitch(1+(step*0.005f));
 143         } else {
 144             if(goingUp) step *= 0.5f;
 145             goingUp = false;
 146             if(!_variable)  _omega -= step;
 147             else            _prop->modPitch(1-(step*0.005f));
 148         }
 149     }
 150
 151     // ...and back off
 152     _eng->setRunning(running_state);
 153 }
 154
 155 void PropEngine::init()
 156 {
 157     _omega = 0.01f;
 158     _eng->setStarter(false);
 159     _eng->setMagnetos(0);
 160 }
 161
 162 void PropEngine::integrate(float dt)
 163 {
 164     float speed = -Math::dot3(_wind, _dir);
 165
 166     float propTorque, engTorque, thrust;
 167
 168     _eng->setThrottle(_throttle);
 169     _eng->setStarter(_starter);
 170     _eng->setMagnetos(_magnetos);
 171     _eng->setMixture(_mixture);
 172     _eng->setFuelState(_fuel);
 173
 174     _prop->calc(_rho, speed, _omega * _gearRatio, &thrust, &propTorque);
 175     _eng->calc(_pressure, _temp, _omega);
 176     _eng->integrate(dt);
 177     engTorque = _eng->getTorque();
 178     _fuelFlow = _eng->getFuelFlow();
 179
 180     // Turn the thrust into a vector and save it
 181     Math::mul3(thrust, _dir, _thrust);
 182
 183     // We do our "RPM" computations on the engine's side of the
 184     // world, so modify the moment value accordingly.
 185     float momt = _moment * _gearRatio;
 186
 187     // Euler-integrate the RPM.  This doesn't need the full-on
 188     // Runge-Kutta stuff.
 189     float rotacc = (engTorque-propTorque)/Math::abs(momt);
 190     _omega += dt * rotacc;
 191     if (_omega < 0)
 192         _omega = 0 - _omega;    // don't allow negative RPM
 193                                 // FIXME: introduce proper windmilling
 194
 195     // Store the total angular momentum into _gyro
 196     Math::mul3(_omega*momt, _dir, _gyro);
 197
 198     // Accumulate the engine torque, it acts on the body as a whole.
 199     // (Note: engine torque, not propeller torque.  They can be
 200     // different, but the difference goes to accelerating the
 201     // rotation.  It is the engine torque that is felt at the shaft
 202     // and works on the body.)
 203     float tau = _moment < 0 ? engTorque : -engTorque;
 204     Math::mul3(tau, _dir, _torque);
 205
 206     // Iterate the propeller governor, if we have one.  Since engine
 207     // torque is basically constant with RPM, we want to make the
 208     // propeller torque at the target RPM equal to the engine by
 209     // varying the pitch.  Assume the the torque goes as the square of
 210     // the RPM (roughly correct) and compute a "target" torque for the
 211     // _current_ RPM.  Seek to that.  This is sort of a continuous
 212     // Newton-Raphson, basically.
 213     if(_variable) {
 214         float targetOmega = _minOmega + _advance*(_maxOmega-_minOmega);
 215         float ratio2 = (_omega*_omega)/(targetOmega*targetOmega);
 216         float targetTorque = engTorque * ratio2;
 217
 218         float mod = propTorque < targetTorque ? 1.04f : (1.0f/1.04f);
 219
 220         // Convert to an acceleration here, so that big propellers
 221         // don't seek faster than small ones.
 222         float diff = Math::abs((propTorque - targetTorque) / momt);
 223         if(diff < 10) mod = 1 + (mod-1)*(0.1f*diff);
 224
 225         _prop->modPitch(mod);
 226     }
 227 }
 228
 229 }; // namespace yasim