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