src/FDM/YASim/YASim.cxx

   1 #include <stdio.h>
   2
   3 #include <simgear/misc/sg_path.hxx>
   4 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
   5 #include <simgear/xml/easyxml.hxx>
   6 #include <Main/globals.hxx>
   7 #include <Main/fg_props.hxx>
   8 #include <Scenery/scenery.hxx>
   9
  10 #include "FGFDM.hpp"
  11 #include "Atmosphere.hpp"
  12 #include "Math.hpp"
  13 #include "Airplane.hpp"
  14 #include "Model.hpp"
  15 #include "Integrator.hpp"
  16 #include "Glue.hpp"
  17 #include "Gear.hpp"
  18 #include "PropEngine.hpp"
  19 #include "PistonEngine.hpp"
  20
  21 #include "YASim.hxx"
  22
  23 using namespace yasim;
  24
  25 static const float RAD2DEG = 180/3.14159265358979323846;
  26 static const float RAD2RPM = 9.54929658551;
  27 static const float M2FT = 3.2808399;
  28 static const float FT2M = 0.3048;
  29 static const float MPS2KTS = 3600.0/1852.0;
  30 static const float CM2GALS = 264.172037284; // gallons/cubic meter
  31 static const float KG2LBS = 2.20462262185;
  32 static const float W2HP = 1.3416e-3;
  33
  34 void YASim::printDEBUG()
  35 {
  36     static int debugCount = 0;
  37
  38     debugCount++;
  39     if(debugCount >= 3) {
  40         debugCount = 0;
  41
  42 //      printf("RPM %.1f FF %.1f\n",
  43 //             fgGetFloat("/engines/engine[0]/rpm"),
  44 //             fgGetFloat("/engines/engine[0]/fuel-flow-gph"));
  45
  46 //      printf("gear: %f\n", fgGetFloat("/controls/gear-down"));
  47
  48 //      printf("alpha %5.1f beta %5.1f\n", get_Alpha()*57.3, get_Beta()*57.3);
  49
  50 //      printf("pilot: %f %f %f\n",
  51 //             fgGetDouble("/sim/view/pilot/x-offset-m"),
  52 //             fgGetDouble("/sim/view/pilot/y-offset-m"),
  53 //             fgGetDouble("/sim/view/pilot/z-offset-m"));
  54     }
  55 }
  56
  57 YASim::YASim(double dt)
  58 {
  59     set_delta_t(dt);
  60     _fdm = new FGFDM();
  61
  62     // Because the integration method is via fourth-order Runge-Kutta,
  63     // we only get an "output" state for every 4 times the internal
  64     // forces are calculated.  So divide dt by four to account for
  65     // this, and only run an iteration every fourth time through
  66     // update.
  67     _dt = dt * 4;
  68     _fdm->getAirplane()->getModel()->getIntegrator()->setInterval(_dt);
  69     _updateCount = 0;
  70 }
  71
  72 void YASim::report()
  73 {
  74     Airplane* a = _fdm->getAirplane();
  75
  76     float aoa = a->getCruiseAoA() * RAD2DEG;
  77     float tail = -1 * a->getTailIncidence() * RAD2DEG;
  78     float drag = 1000 * a->getDragCoefficient();
  79
  80     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"YASim solution results:");
  81     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"      Iterations: "<<a->getSolutionIterations());
  82     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"Drag Coefficient: "<< drag);
  83     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"      Lift Ratio: "<<a->getLiftRatio());
  84     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"      Cruise AoA: "<< aoa);
  85     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"  Tail Incidence: "<< tail);
  86
  87     float cg[3];
  88     char buf[256];
  89     a->getModel()->getBody()->getCG(cg);
  90     sprintf(buf, "            CG: %.1f, %.1f, %.1f", cg[0], cg[1], cg[2]);
  91     SG_LOG(SG_FLIGHT, SG_INFO, buf);
  92
  93     if(a->getFailureMsg()) {
  94         SG_LOG(SG_FLIGHT, SG_ALERT, "YASim SOLUTION FAILURE:");
  95         SG_LOG(SG_FLIGHT, SG_ALERT, a->getFailureMsg());
  96         exit(1);
  97     }
  98 }
  99
 100 void YASim::init()
 101 {
 102     Airplane* a = _fdm->getAirplane();
 103     Model* m = a->getModel();
 104
 105     // Superclass hook
 106     common_init();
 107
 108     m->setCrashed(false);
 109
 110     // Build a filename and parse it
 111     SGPath f(globals->get_fg_root());
 112     f.append("Aircraft-yasim");
 113     f.append(fgGetString("/sim/aero"));
 114     f.concat(".xml");
 115     readXML(f.str(), *_fdm);
 116
 117     // Compile it into a real airplane, and tell the user what they got
 118     a->compile();
 119     report();
 120
 121     _fdm->init();
 122
 123     // Create some FG{Eng|Gear}Interface objects
 124     int i;
 125     for(i=0; i<a->numGear(); i++) {
 126         Gear* g = a->getGear(i);
 127         FGGearInterface fgg;
 128         float pos[3];
 129         g->getPosition(pos);
 130         fgg.SetX(pos[0]); fgg.SetY(-pos[1]); fgg.SetZ(-pos[2]);
 131         add_gear_unit(fgg);
 132     }
 133     for(i=0; i<m->numThrusters(); i++) {
 134         FGEngInterface fge;
 135         add_engine(fge);
 136
 137         // Sanify the initial input conditions
 138         char buf[64];
 139         sprintf(buf, "/controls/throttle[%d]", i);        fgSetFloat(buf, 0);
 140         sprintf(buf, "/controls/mixture[%d]", i);         fgSetFloat(buf, 1);
 141         sprintf(buf, "/controls/propeller-pitch[%d]", i); fgSetFloat(buf, 1);
 142         sprintf(buf, "/controls/afterburner[%d]", i);     fgSetFloat(buf, 0);
 143     }
 144
 145
 146     // Are we at ground level?  If so, lift the plane up so the gear
 147     // clear the ground
 148     if(get_Altitude() - get_Runway_altitude() < 50) {
 149         float minGearZ = 1e18;
 150         for(i=0; i<a->numGear(); i++) {
 151             Gear* g = a->getGear(i);
 152             float pos[3];
 153             g->getPosition(pos);
 154             if(pos[2] < minGearZ)
 155                 minGearZ = pos[2];
 156         }
 157         _set_Altitude(get_Runway_altitude() - minGearZ*M2FT);
 158     }
 159
 160     // The pilot's eyepoint
 161     float pilot[3];
 162     a->getPilotPos(pilot);
 163     fgSetFloat("/sim/view/pilot/x-offset-m", -pilot[0]);
 164     fgSetFloat("/sim/view/pilot/y-offset-m", -pilot[1]);
 165     fgSetFloat("/sim/view/pilot/z-offset-m", pilot[2]);
 166
 167     // Blank the state, and copy in ours
 168     State s;
 169     m->setState(&s);
 170
 171     copyToYASim(true);
 172     set_inited(true);
 173 }
 174
 175 void YASim::update(int iterations)
 176 {
 177     // If we're crashed, then we don't care
 178     if(_fdm->getAirplane()->getModel()->isCrashed())
 179       return;
 180
 181     int i;
 182     for(i=0; i<iterations; i++) {
 183         // Remember, update only every 4th call
 184         _updateCount++;
 185         if(_updateCount >= 4) {
 186
 187             copyToYASim(false);
 188             _fdm->iterate(_dt);
 189             copyFromYASim();
 190
 191             printDEBUG();
 192
 193             _updateCount = 0;
 194         }
 195     }
 196 }
 197
 198 void YASim::copyToYASim(bool copyState)
 199 {
 200     // Physical state
 201     float lat = get_Latitude();
 202     float lon = get_Longitude();
 203     float alt = get_Altitude() * FT2M;
 204     float roll = get_Phi();
 205     float pitch = get_Theta();
 206     float hdg = get_Psi();
 207
 208     // Environment
 209     float wind[3];
 210     wind[0] = get_V_north_airmass() * FT2M;
 211     wind[1] = get_V_east_airmass() * FT2M;
 212     wind[2] = get_V_down_airmass() * FT2M;
 213     double ground = get_Runway_altitude() * FT2M;
 214
 215     // You'd this this would work, but it doesn't.  These values are
 216     // always zero.  Use a "standard" pressure intstead.
 217     //
 218     // float pressure = get_Static_pressure();
 219     // float temp = get_Static_temperature();
 220     float pressure = Atmosphere::getStdPressure(alt);
 221     float temp = Atmosphere::getStdTemperature(alt);
 222
 223     // Convert and set:
 224     Model* model = _fdm->getAirplane()->getModel();
 225     State s;
 226     float xyz2ned[9];
 227     Glue::xyz2nedMat(lat, lon, xyz2ned);
 228
 229     // position
 230     Glue::geod2xyz(lat, lon, alt, s.pos);
 231
 232     // orientation
 233     Glue::euler2orient(roll, pitch, hdg, s.orient);
 234     Math::mmul33(s.orient, xyz2ned, s.orient);
 235
 236     // Copy in the existing velocity for now...
 237     Math::set3(model->getState()->v, s.v);
 238
 239     if(copyState)
 240         model->setState(&s);
 241
 242     // wind
 243     Math::tmul33(xyz2ned, wind, wind);
 244     model->setWind(wind);
 245
 246     // ground.  Calculate a cartesian coordinate for the ground under
 247     // us, find the (geodetic) up vector normal to the ground, then
 248     // use that to find the final (radius) term of the plane equation.
 249     double xyz[3], gplane[3]; float up[3];
 250     Glue::geod2xyz(lat, lon, ground, xyz);
 251     Glue::geodUp(xyz, up); // FIXME, needless reverse computation...
 252     int i;
 253     for(i=0; i<3; i++) gplane[i] = up[i];
 254     double rad = gplane[0]*xyz[0] + gplane[1]*xyz[1] + gplane[2]*xyz[2];
 255     model->setGroundPlane(gplane, rad);
 256
 257     // air
 258     model->setAir(pressure, temp);
 259 }
 260
 261 // All the settables:
 262 //
 263 // These are set below:
 264 // _set_Accels_Local
 265 // _set_Accels_Body
 266 // _set_Accels_CG_Body
 267 // _set_Accels_Pilot_Body
 268 // _set_Accels_CG_Body_N
 269 // _set_Velocities_Local
 270 // _set_Velocities_Ground
 271 // _set_Velocities_Wind_Body
 272 // _set_Omega_Body
 273 // _set_Euler_Rates
 274 // _set_Euler_Angles
 275 // _set_V_rel_wind
 276 // _set_V_ground_speed
 277 // _set_V_equiv_kts
 278 // _set_V_calibrated_kts
 279 // _set_Alpha
 280 // _set_Beta
 281 // _set_Mach_number
 282 // _set_Climb_Rate
 283 // _set_Tank1Fuel
 284 // _set_Tank2Fuel
 285 // _set_Altitude_AGL
 286 // _set_Geodetic_Position
 287 // _set_Runway_altitude
 288
 289 // Ignoring these, because they're unused:
 290 // _set_Geocentric_Position
 291 // _set_Geocentric_Rates
 292 // _set_Cos_phi
 293 // _set_Cos_theta
 294 // _set_Earth_position_angle (WTF?)
 295 // _set_Gamma_vert_rad
 296 // _set_Inertias
 297 // _set_T_Local_to_Body
 298 // _set_CG_Position
 299 // _set_Sea_Level_Radius
 300
 301 // Externally set via the weather code:
 302 // _set_Velocities_Local_Airmass
 303 // _set_Density
 304 // _set_Static_pressure
 305 // _set_Static_temperature
 306 void YASim::copyFromYASim()
 307 {
 308     Airplane* airplane = _fdm->getAirplane();
 309     Model* model = airplane->getModel();
 310     State* s = model->getState();
 311
 312     // position
 313     double lat, lon, alt;
 314     Glue::xyz2geod(s->pos, &lat, &lon, &alt);
 315     _set_Geodetic_Position(lat, lon, alt*M2FT);
 316
 317     // UNUSED
 318     //_set_Geocentric_Position(Glue::geod2geocLat(lat), lon, alt*M2FT);
 319
 320     _set_Altitude_AGL(model->getAGL() * M2FT);
 321
 322     // useful conversion matrix
 323     float xyz2ned[9];
 324     Glue::xyz2nedMat(lat, lon, xyz2ned);
 325
 326     // velocity
 327     float v[3];
 328     Math::vmul33(xyz2ned, s->v, v);
 329     _set_Velocities_Local(M2FT*v[0], M2FT*v[1], M2FT*v[2]);
 330     _set_V_ground_speed(Math::sqrt(M2FT*v[0]*M2FT*v[0] +
 331                                    M2FT*v[1]*M2FT*v[1]));
 332     _set_Climb_Rate(-M2FT*v[2]);
 333
 334     // The HUD uses this, but inverts down (?!)
 335     _set_Velocities_Ground(M2FT*v[0], M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 336
 337     // _set_Geocentric_Rates(M2FT*v[0], M2FT*v[1], M2FT*v[2]); // UNUSED
 338
 339     Math::vmul33(s->orient, s->v, v);
 340     _set_Velocities_Wind_Body(v[0]*M2FT, -v[1]*M2FT, -v[2]*M2FT);
 341     _set_V_rel_wind(Math::mag3(v)*M2FT); // units?
 342
 343     // These don't work, use a dummy based on altitude
 344     // float P = get_Static_pressure();
 345     // float T = get_Static_temperature();
 346     float P = Atmosphere::getStdPressure(alt);
 347     float T = Atmosphere::getStdTemperature(alt);
 348     _set_V_equiv_kts(Atmosphere::calcVEAS(v[0], P, T)*MPS2KTS);
 349     _set_V_calibrated_kts(Atmosphere::calcVCAS(v[0], P, T)*MPS2KTS);
 350     _set_Mach_number(Atmosphere::calcMach(v[0], T));
 351
 352     // acceleration
 353     Math::vmul33(xyz2ned, s->acc, v);
 354     _set_Accels_Local(M2FT*v[0], M2FT*v[1], M2FT*v[2]);
 355
 356     Math::vmul33(s->orient, s->acc, v);
 357     _set_Accels_Body(M2FT*v[0], -M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 358     _set_Accels_CG_Body(M2FT*v[0], -M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 359
 360     _fdm->getAirplane()->getPilotAccel(v);
 361     _set_Accels_Pilot_Body(M2FT*v[0], -M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 362
 363     // The one appears (!) to want inverted pilot acceleration
 364     // numbers, in G's...
 365     Math::mul3(1.0/9.8, v, v);
 366     _set_Accels_CG_Body_N(v[0], -v[1], -v[2]);
 367
 368     // orientation
 369     float alpha, beta;
 370     Glue::calcAlphaBeta(s, &alpha, &beta);
 371     _set_Alpha(alpha);
 372     _set_Beta(beta);
 373
 374     float tmp[9];
 375     Math::trans33(xyz2ned, tmp);
 376     Math::mmul33(s->orient, tmp, tmp);
 377     float roll, pitch, hdg;
 378     Glue::orient2euler(tmp, &roll, &pitch, &hdg);
 379     _set_Euler_Angles(roll, pitch, hdg);
 380
 381     // rotation
 382     Math::vmul33(s->orient, s->rot, v);
 383     _set_Omega_Body(v[0], -v[1], -v[2]);
 384
 385     Glue::calcEulerRates(s, &roll, &pitch, &hdg);
 386     _set_Euler_Rates(roll, pitch, hdg);
 387
 388     // Fill out our engine and gear objects
 389     int i;
 390     for(i=0; i<get_num_gear(); i++) {
 391         FGGearInterface* fgg = get_gear_unit(i);
 392         Gear* g = airplane->getGear(i);
 393         if(g->getBrake() != 0)
 394             fgg->SetBrake(true);
 395         if(g->getCompressFraction() != 0)
 396             fgg->SetWoW(true);
 397         else
 398             fgg->SetWoW(false);
 399         fgg->SetPosition(g->getExtension());
 400     }
 401
 402     for(i=0; i<get_num_engines(); i++) {
 403         FGEngInterface* fge = get_engine(i);
 404         Thruster* t = model->getThruster(i);
 405
 406         fge->set_Running_Flag(true);
 407         fge->set_Cranking_Flag(false);
 408
 409         // Note: assumes all tanks have the same fuel density!
 410         fge->set_Fuel_Flow(CM2GALS * t->getFuelFlow()
 411                            / airplane->getFuelDensity(0));
 412
 413         float tmp[3];
 414         t->getThrust(tmp);
 415         fge->set_prop_thrust(Math::mag3(tmp) * KG2LBS / 9.8);
 416
 417         PropEngine* pe = t->getPropEngine();
 418         if(pe) {
 419             fge->set_RPM(pe->getOmega() * RAD2RPM);
 420
 421             pe->getTorque(tmp);
 422             float power = Math::mag3(tmp) * pe->getOmega();
 423             float maxPower = pe->getPistonEngine()->getPower();
 424
 425             fge->set_MaxHP(maxPower * W2HP);
 426             fge->set_Percentage_Power(100 * power/maxPower);
 427         }
 428     }
 429 }