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