src/FDM/YASim/Propeller.cpp

   1 #include <stdio.h>
   2
   3 #include "Atmosphere.hpp"
   4 #include "Math.hpp"
   5 #include "Propeller.hpp"
   6 namespace yasim {
   7
   8 Propeller::Propeller(float radius, float v, float omega,
   9                      float rho, float power)
  10 {
  11     // Initialize numeric constants:
  12     _lambdaPeak = Math::pow(5.0, -1.0/4.0);
  13     _beta = 1.0f/(Math::pow(5.0f, -1.0f/4.0f) - Math::pow(5.0f, -5.0f/4.0f));
  14
  15     _r = radius;
  16     _etaC = 0.85f; // make this settable?
  17
  18     _j0 = v/(omega*_lambdaPeak);
  19     _baseJ0 = _j0;
  20
  21     float V2 = v*v + (_r*omega)*(_r*omega);
  22     _f0 = 2*_etaC*power/(rho*v*V2);
  23
  24     _matchTakeoff = false;
  25     _manual = false;
  26     _proppitch = 0;
  27 }
  28
  29 void Propeller::setTakeoff(float omega0, float power0)
  30 {
  31     // Takeoff thrust coefficient at lambda==0
  32     _matchTakeoff = true;
  33     float V2 = _r*omega0 * _r*omega0;
  34     float gamma = _etaC * _beta / _j0;
  35     float torque = power0 / omega0;
  36     float density = Atmosphere::getStdDensity(0);
  37     _tc0 = (torque * gamma) / (0.5f * density * V2 * _f0);
  38 }
  39
  40 void Propeller::modPitch(float mod)
  41 {
  42     _j0 *= mod;
  43     if(_j0 < 0.25f*_baseJ0) _j0 = 0.25f*_baseJ0;
  44     if(_j0 > 4*_baseJ0)     _j0 = 4*_baseJ0;
  45 }
  46
  47 void Propeller::setManualPitch()
  48 {
  49     _manual = true;
  50 }
  51
  52 void Propeller::setPropPitch(float proppitch)
  53 {
  54     // makes only positive range of axis effective.
  55     _proppitch = Math::clamp(proppitch, 0, 1);
  56 }
  57
  58 void Propeller::calc(float density, float v, float omega,
  59                      float* thrustOut, float* torqueOut)
  60 {
  61     if (_manual) {
  62         float pps = _proppitch * 0.9999f; // avoid singularity
  63         pps = 1 + ( Math::pow(pps,-1/(pps-1)) - Math::pow(pps,-pps/(pps-1)) );
  64         _j0 = (4*_baseJ0) -  (  ((4*_baseJ0) - (0.26f*_baseJ0)) * pps );
  65     }
  66
  67     float tipspd = _r*omega;
  68     float V2 = v*v + tipspd*tipspd;
  69
  70     // Clamp v (forward velocity) to zero, now that we've used it to
  71     // calculate V (propeller "speed")
  72     if(v < 0) v = 0;
  73
  74     // The model doesn't work for propellers turning backwards.
  75     if(omega < 0.001) omega = 0.001;
  76
  77     float J = v/omega;
  78     float lambda = J/_j0;
  79
  80     float torque = 0;
  81     if(lambda > 1) {
  82         lambda = 1.0f/lambda;
  83         torque = (density*V2*_f0*_j0)/(4*_etaC*_beta*(1-_lambdaPeak));
  84     }
  85
  86     // There's an undefined point at 1.  Just offset by a tiny bit to
  87     // fix (note: the discontinuity is at EXACTLY one, this is about
  88     // the only time in history you'll see me use == on a floating
  89     // point number!)
  90     if(lambda == 1.0) lambda = 0.9999f;
  91
  92     // Calculate lambda^4
  93     float l4 = lambda*lambda; l4 = l4*l4;
  94
  95     // thrust/torque ratio
  96     float gamma = (_etaC*_beta/_j0)*(1-l4);
  97
  98     // Compute a thrust, clamp to takeoff thrust to prevend huge
  99     // numbers at slow speeds.
 100     float tc = (1 - lambda) / (1 - _lambdaPeak);
 101     if(_matchTakeoff && tc > _tc0) tc = _tc0;
 102
 103     float thrust = 0.5f * density * V2 * _f0 * tc;
 104
 105     if(torque > 0) {
 106         torque -= thrust/gamma;
 107         thrust = -thrust;
 108     } else {
 109         torque = thrust/gamma;
 110     }
 111
 112     *thrustOut = thrust;
 113     *torqueOut = torque;
 114 }
 115
 116 }; // namespace yasim