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::getThrust(float* out)
  66 {
  67     int i;
  68     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _thrust[i];
  69 }
  70
  71 void PropEngine::getTorque(float* out)
  72 {
  73     int i;
  74     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _torque[i];
  75 }
  76
  77 void PropEngine::getGyro(float* out)
  78 {
  79     int i;
  80     for(i=0; i<3; i++) out[i] = _gyro[i];
  81 }
  82
  83 float PropEngine::getFuelFlow()
  84 {
  85     return _fuelFlow;
  86 }
  87
  88 void PropEngine::stabilize()
  89 {
  90     float speed = -Math::dot3(_wind, _dir);
  91     _eng->setThrottle(_throttle);
  92     _eng->setMixture(_mixture);
  93
  94     _eng->setMagnetos(3);
  95     _eng->setRunning(true);
  96
  97     if(_variable) {
  98         _omega = _minOmega + _advance * (_maxOmega - _minOmega);
  99         _prop->modPitch(1e6); // Start at maximum pitch and move down
 100     } else {
 101         _omega = 52;
 102     }
 103
 104     bool goingUp = false;
 105     float step = 10;
 106     while(true) {
 107         float ptau, dummy;
 108         _prop->calc(_rho, speed, _omega, &dummy, &ptau);
 109         _eng->calc(_pressure, _temp, _omega);
 110         float etau = _eng->getTorque();
 111         float tdiff = etau - ptau;
 112
 113         if(Math::abs(tdiff/_moment) < 0.1)
 114             break;
 115
 116         if(tdiff > 0) {
 117             if(!goingUp) step *= 0.5f;
 118             goingUp = true;
 119             if(!_variable)  _omega += step;
 120             else            _prop->modPitch(1+(step*0.005f));
 121         } else {
 122             if(goingUp) step *= 0.5f;
 123             goingUp = false;
 124             if(!_variable)  _omega -= step;
 125             else            _prop->modPitch(1-(step*0.005f));
 126         }
 127     }
 128
 129     // ...and back off
 130     _eng->setRunning(false);
 131 }
 132
 133 void PropEngine::init()
 134 {
 135     _omega = 0.01f;
 136     _eng->setStarter(false);
 137     _eng->setMagnetos(0);
 138 }
 139
 140 void PropEngine::integrate(float dt)
 141 {
 142     float speed = -Math::dot3(_wind, _dir);
 143
 144     float propTorque, engTorque, thrust;
 145
 146     _eng->setThrottle(_throttle);
 147     _eng->setStarter(_starter);
 148     _eng->setMagnetos(_magnetos);
 149     _eng->setMixture(_mixture);
 150     _eng->setFuelState(_fuel);
 151
 152     _prop->calc(_rho, speed, _omega, &thrust, &propTorque);
 153     _eng->calc(_pressure, _temp, _omega);
 154     engTorque = _eng->getTorque();
 155     _fuelFlow = _eng->getFuelFlow();
 156
 157     // Turn the thrust into a vector and save it
 158     Math::mul3(thrust, _dir, _thrust);
 159
 160     // Euler-integrate the RPM.  This doesn't need the full-on
 161     // Runge-Kutta stuff.
 162     float rotacc = (engTorque-propTorque)/Math::abs(_moment);
 163     _omega += dt * rotacc;
 164     if (_omega < 0)
 165         _omega = 0 - _omega;    // don't allow negative RPM
 166                                 // FIXME: introduce proper windmilling
 167
 168     // Store the total angular momentum into _gyro
 169     Math::mul3(_omega*_moment, _dir, _gyro);
 170
 171     // Accumulate the engine torque, it acts on the body as a whole.
 172     // (Note: engine torque, not propeller torque.  They can be
 173     // different, but the difference goes to accelerating the
 174     // rotation.  It is the engine torque that is felt at the shaft
 175     // and works on the body.)
 176     float tau = _moment < 0 ? engTorque : -engTorque;
 177     Math::mul3(tau, _dir, _torque);
 178
 179     // Iterate the propeller governor, if we have one.  Since engine
 180     // torque is basically constant with RPM, we want to make the
 181     // propeller torque at the target RPM equal to the engine by
 182     // varying the pitch.  Assume the the torque goes as the square of
 183     // the RPM (roughly correct) and compute a "target" torque for the
 184     // _current_ RPM.  Seek to that.  This is sort of a continuous
 185     // Newton-Raphson, basically.
 186     if(_variable) {
 187         float targetOmega = _minOmega + _advance*(_maxOmega-_minOmega);
 188         float ratio2 = (_omega*_omega)/(targetOmega*targetOmega);
 189         float targetTorque = engTorque * ratio2;
 190
 191         float mod = propTorque < targetTorque ? 1.04f : (1.0f/1.04f);
 192
 193         // Convert to an acceleration here, so that big propellers
 194         // don't seek faster than small ones.
 195         float diff = Math::abs((propTorque - targetTorque) / _moment);
 196         if(diff < 10) mod = 1 + (mod-1)*(0.1f*diff);
 197
 198         _prop->modPitch(mod);
 199     }
 200 }
 201
 202 }; // namespace yasim