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("N1 %5.1f N2 %5.1f FF %7.1f EPR %4.2f EGT %6.1f\n",
  43 //             fgGetFloat("/engines/engine[0]/n1"),
  44 //             fgGetFloat("/engines/engine[0]/n2"),
  45 //             fgGetFloat("/engines/engine[0]/fuel-flow-gph"),
  46 //             fgGetFloat("/engines/engine[0]/epr"),
  47 //             fgGetFloat("/engines/engine[0]/egt"));
  48
  49 //      printf("gear: %f\n", fgGetFloat("/controls/gear-down"));
  50
  51 //      printf("alpha %5.1f beta %5.1f\n", get_Alpha()*57.3, get_Beta()*57.3);
  52
  53 //      printf("pilot: %f %f %f\n",
  54 //             fgGetDouble("/sim/view/pilot/x-offset-m"),
  55 //             fgGetDouble("/sim/view/pilot/y-offset-m"),
  56 //             fgGetDouble("/sim/view/pilot/z-offset-m"));
  57     }
  58 }
  59
  60 YASim::YASim(double dt)
  61 {
  62     set_delta_t(dt);
  63     _fdm = new FGFDM();
  64
  65     _dt = dt;
  66
  67     _fdm->getAirplane()->getModel()->getIntegrator()->setInterval(_dt);
  68 }
  69
  70 void YASim::report()
  71 {
  72     Airplane* a = _fdm->getAirplane();
  73
  74     float aoa = a->getCruiseAoA() * RAD2DEG;
  75     float tail = -1 * a->getTailIncidence() * RAD2DEG;
  76     float drag = 1000 * a->getDragCoefficient();
  77
  78     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"YASim solution results:");
  79     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"      Iterations: "<<a->getSolutionIterations());
  80     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"Drag Coefficient: "<< drag);
  81     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"      Lift Ratio: "<<a->getLiftRatio());
  82     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"      Cruise AoA: "<< aoa);
  83     SG_LOG(SG_FLIGHT,SG_INFO,"  Tail Incidence: "<< tail);
  84
  85     float cg[3];
  86     char buf[256];
  87     a->getModel()->getBody()->getCG(cg);
  88     sprintf(buf, "            CG: %.1f, %.1f, %.1f", cg[0], cg[1], cg[2]);
  89     SG_LOG(SG_FLIGHT, SG_INFO, buf);
  90
  91     if(a->getFailureMsg()) {
  92         SG_LOG(SG_FLIGHT, SG_ALERT, "YASim SOLUTION FAILURE:");
  93         SG_LOG(SG_FLIGHT, SG_ALERT, a->getFailureMsg());
  94         exit(1);
  95     }
  96 }
  97
  98 void YASim::bind()
  99 {
 100     // Run the superclass bind to set up a bunch of property ties
 101     FGInterface::bind();
 102
 103     // Now UNtie the ones that we are going to set ourselves.
 104     fgUntie("/consumables/fuel/tank[0]/level-gal_us");
 105     fgUntie("/consumables/fuel/tank[1]/level-gal_us");
 106
 107     char buf[256];
 108     for(int i=0; i<_fdm->getAirplane()->getModel()->numThrusters(); i++) {
 109         sprintf(buf, "/engines/engine[%d]/fuel-flow-gph", i); fgUntie(buf);
 110         sprintf(buf, "/engines/engine[%d]/rpm", i);           fgUntie(buf);
 111         sprintf(buf, "/engines/engine[%d]/mp-osi", i);        fgUntie(buf);
 112         sprintf(buf, "/engines/engine[%d]/egt-degf", i);      fgUntie(buf);
 113     }
 114
 115 }
 116
 117 void YASim::init()
 118 {
 119     Airplane* a = _fdm->getAirplane();
 120     Model* m = a->getModel();
 121
 122     // Superclass hook
 123     common_init();
 124
 125     m->setCrashed(false);
 126
 127     // Build a filename and parse it
 128     SGPath f(globals->get_fg_root());
 129     f.append("Aircraft-yasim");
 130     f.append(fgGetString("/sim/aero"));
 131     f.concat(".xml");
 132     readXML(f.str(), *_fdm);
 133
 134     // Compile it into a real airplane, and tell the user what they got
 135     a->compile();
 136     report();
 137
 138     _fdm->init();
 139
 140     // Create some FG{Eng|Gear}Interface objects
 141     int i;
 142     for(i=0; i<a->numGear(); i++) {
 143         Gear* g = a->getGear(i);
 144         SGPropertyNode * node = fgGetNode("gear/gear", i, true);
 145         float pos[3];
 146         g->getPosition(pos);
 147         node->setDoubleValue("xoffset-in", pos[0]);
 148         node->setDoubleValue("yoffset-in", pos[1]);
 149         node->setDoubleValue("zoffset-in", pos[2]);
 150     }
 151     for(i=0; i<m->numThrusters(); i++) {
 152         // Sanify the initial input conditions
 153         char buf[64];
 154         sprintf(buf, "/controls/throttle[%d]", i);        fgSetFloat(buf, 0);
 155         sprintf(buf, "/controls/mixture[%d]", i);         fgSetFloat(buf, 1);
 156         sprintf(buf, "/controls/propeller-pitch[%d]", i); fgSetFloat(buf, 1);
 157         sprintf(buf, "/controls/afterburner[%d]", i);     fgSetFloat(buf, 0);
 158     }
 159
 160     fgSetFloat("/controls/slats", 0);
 161     fgSetFloat("/controls/spoilers", 0);
 162
 163     // Are we at ground level?  If so, lift the plane up so the gear
 164     // clear the ground
 165     if(get_Altitude() - get_Runway_altitude() < 50) {
 166         float minGearZ = 1e18;
 167         for(i=0; i<a->numGear(); i++) {
 168             Gear* g = a->getGear(i);
 169             float pos[3];
 170             g->getPosition(pos);
 171             if(pos[2] < minGearZ)
 172                 minGearZ = pos[2];
 173         }
 174         _set_Altitude(get_Runway_altitude() - minGearZ*M2FT);
 175     }
 176
 177     // The pilot's eyepoint
 178     float pilot[3];
 179     a->getPilotPos(pilot);
 180     fgSetFloat("/sim/view/pilot/x-offset-m", -pilot[0]);
 181     fgSetFloat("/sim/view/pilot/y-offset-m", -pilot[1]);
 182     fgSetFloat("/sim/view/pilot/z-offset-m", pilot[2]);
 183
 184     // Blank the state, and copy in ours
 185     State s;
 186     m->setState(&s);
 187     copyToYASim(true);
 188
 189     _fdm->getExternalInput();
 190     _fdm->getAirplane()->stabilizeThrust();
 191
 192     set_inited(true);
 193 }
 194
 195 void YASim::update(int iterations)
 196 {
 197     // If we're crashed, then we don't care
 198     if(_fdm->getAirplane()->getModel()->isCrashed())
 199       return;
 200
 201     int i;
 202     for(i=0; i<iterations; i++) {
 203             copyToYASim(false);
 204             _fdm->iterate(_dt);
 205             copyFromYASim();
 206
 207             printDEBUG();
 208     }
 209 }
 210
 211 void YASim::copyToYASim(bool copyState)
 212 {
 213     // Physical state
 214     float lat = get_Latitude();
 215     float lon = get_Longitude();
 216     float alt = get_Altitude() * FT2M;
 217     float roll = get_Phi();
 218     float pitch = get_Theta();
 219     float hdg = get_Psi();
 220
 221     // Environment
 222     float wind[3];
 223     wind[0] = get_V_north_airmass() * FT2M;
 224     wind[1] = get_V_east_airmass() * FT2M;
 225     wind[2] = get_V_down_airmass() * FT2M;
 226     double ground = get_Runway_altitude() * FT2M;
 227
 228     // You'd this this would work, but it doesn't.  These values are
 229     // always zero.  Use a "standard" pressure intstead.
 230     //
 231     // float pressure = get_Static_pressure();
 232     // float temp = get_Static_temperature();
 233     float pressure = Atmosphere::getStdPressure(alt);
 234     float temp = Atmosphere::getStdTemperature(alt);
 235
 236     // Convert and set:
 237     Model* model = _fdm->getAirplane()->getModel();
 238     State s;
 239     float xyz2ned[9];
 240     Glue::xyz2nedMat(lat, lon, xyz2ned);
 241
 242     // position
 243     Glue::geod2xyz(lat, lon, alt, s.pos);
 244
 245     // orientation
 246     Glue::euler2orient(roll, pitch, hdg, s.orient);
 247     Math::mmul33(s.orient, xyz2ned, s.orient);
 248
 249     // Copy in the existing velocity for now...
 250     Math::set3(model->getState()->v, s.v);
 251
 252     if(copyState)
 253         model->setState(&s);
 254
 255     // wind
 256     Math::tmul33(xyz2ned, wind, wind);
 257     model->setWind(wind);
 258
 259     // ground.  Calculate a cartesian coordinate for the ground under
 260     // us, find the (geodetic) up vector normal to the ground, then
 261     // use that to find the final (radius) term of the plane equation.
 262     double xyz[3], gplane[3]; float up[3];
 263     Glue::geod2xyz(lat, lon, ground, xyz);
 264     Glue::geodUp(xyz, up); // FIXME, needless reverse computation...
 265     int i;
 266     for(i=0; i<3; i++) gplane[i] = up[i];
 267     double rad = gplane[0]*xyz[0] + gplane[1]*xyz[1] + gplane[2]*xyz[2];
 268     model->setGroundPlane(gplane, rad);
 269
 270     // air
 271     model->setAir(pressure, temp);
 272 }
 273
 274 // All the settables:
 275 //
 276 // These are set below:
 277 // _set_Accels_Local
 278 // _set_Accels_Body
 279 // _set_Accels_CG_Body
 280 // _set_Accels_Pilot_Body
 281 // _set_Accels_CG_Body_N
 282 // _set_Velocities_Local
 283 // _set_Velocities_Ground
 284 // _set_Velocities_Wind_Body
 285 // _set_Omega_Body
 286 // _set_Euler_Rates
 287 // _set_Euler_Angles
 288 // _set_V_rel_wind
 289 // _set_V_ground_speed
 290 // _set_V_equiv_kts
 291 // _set_V_calibrated_kts
 292 // _set_Alpha
 293 // _set_Beta
 294 // _set_Mach_number
 295 // _set_Climb_Rate
 296 // _set_Tank1Fuel
 297 // _set_Tank2Fuel
 298 // _set_Altitude_AGL
 299 // _set_Geodetic_Position
 300 // _set_Runway_altitude
 301
 302 // Ignoring these, because they're unused:
 303 // _set_Geocentric_Position
 304 // _set_Geocentric_Rates
 305 // _set_Cos_phi
 306 // _set_Cos_theta
 307 // _set_Earth_position_angle (WTF?)
 308 // _set_Gamma_vert_rad
 309 // _set_Inertias
 310 // _set_T_Local_to_Body
 311 // _set_CG_Position
 312 // _set_Sea_Level_Radius
 313
 314 // Externally set via the weather code:
 315 // _set_Velocities_Local_Airmass
 316 // _set_Density
 317 // _set_Static_pressure
 318 // _set_Static_temperature
 319 void YASim::copyFromYASim()
 320 {
 321     Airplane* airplane = _fdm->getAirplane();
 322     Model* model = airplane->getModel();
 323     State* s = model->getState();
 324
 325     // position
 326     double lat, lon, alt;
 327     Glue::xyz2geod(s->pos, &lat, &lon, &alt);
 328     _set_Geodetic_Position(lat, lon, alt*M2FT);
 329
 330     // UNUSED
 331     //_set_Geocentric_Position(Glue::geod2geocLat(lat), lon, alt*M2FT);
 332
 333     _set_Altitude_AGL(model->getAGL() * M2FT);
 334
 335     // useful conversion matrix
 336     float xyz2ned[9];
 337     Glue::xyz2nedMat(lat, lon, xyz2ned);
 338
 339     // velocity
 340     float v[3];
 341     Math::vmul33(xyz2ned, s->v, v);
 342     _set_Velocities_Local(M2FT*v[0], M2FT*v[1], M2FT*v[2]);
 343     _set_V_ground_speed(Math::sqrt(M2FT*v[0]*M2FT*v[0] +
 344                                    M2FT*v[1]*M2FT*v[1]));
 345     _set_Climb_Rate(-M2FT*v[2]);
 346
 347     // The HUD uses this, but inverts down (?!)
 348     _set_Velocities_Ground(M2FT*v[0], M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 349
 350     // _set_Geocentric_Rates(M2FT*v[0], M2FT*v[1], M2FT*v[2]); // UNUSED
 351
 352     Math::vmul33(s->orient, s->v, v);
 353     _set_Velocities_Wind_Body(v[0]*M2FT, -v[1]*M2FT, -v[2]*M2FT);
 354     _set_V_rel_wind(Math::mag3(v)*M2FT); // units?
 355
 356     // These don't work, use a dummy based on altitude
 357     // float P = get_Static_pressure();
 358     // float T = get_Static_temperature();
 359     float P = Atmosphere::getStdPressure(alt);
 360     float T = Atmosphere::getStdTemperature(alt);
 361     _set_V_equiv_kts(Atmosphere::calcVEAS(v[0], P, T)*MPS2KTS);
 362     _set_V_calibrated_kts(Atmosphere::calcVCAS(v[0], P, T)*MPS2KTS);
 363     _set_Mach_number(Atmosphere::calcMach(v[0], T));
 364
 365     // acceleration
 366     Math::vmul33(xyz2ned, s->acc, v);
 367     _set_Accels_Local(M2FT*v[0], M2FT*v[1], M2FT*v[2]);
 368
 369     Math::vmul33(s->orient, s->acc, v);
 370     _set_Accels_Body(M2FT*v[0], -M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 371     _set_Accels_CG_Body(M2FT*v[0], -M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 372
 373     _fdm->getAirplane()->getPilotAccel(v);
 374     _set_Accels_Pilot_Body(M2FT*v[0], -M2FT*v[1], -M2FT*v[2]);
 375
 376     // The one appears (!) to want inverted pilot acceleration
 377     // numbers, in G's...
 378     Math::mul3(1.0/9.8, v, v);
 379     _set_Accels_CG_Body_N(v[0], -v[1], -v[2]);
 380
 381     // orientation
 382     float alpha, beta;
 383     Glue::calcAlphaBeta(s, &alpha, &beta);
 384     _set_Alpha(alpha);
 385     _set_Beta(beta);
 386
 387     float tmp[9];
 388     Math::trans33(xyz2ned, tmp);
 389     Math::mmul33(s->orient, tmp, tmp);
 390     float roll, pitch, hdg;
 391     Glue::orient2euler(tmp, &roll, &pitch, &hdg);
 392     _set_Euler_Angles(roll, pitch, hdg);
 393
 394     // rotation
 395     Math::vmul33(s->orient, s->rot, v);
 396     _set_Omega_Body(v[0], -v[1], -v[2]);
 397
 398     Glue::calcEulerRates(s, &roll, &pitch, &hdg);
 399     _set_Euler_Rates(roll, pitch, hdg);
 400
 401     // Fill out our engine and gear objects
 402     int i;
 403     for(i=0; i<airplane->numGear(); i++) {
 404         Gear* g = airplane->getGear(i);
 405         SGPropertyNode * node = fgGetNode("gear/gear", i, true);
 406         node->setBoolValue("has-brake", g->getBrake() != 0);
 407         node->setBoolValue("wow", g->getCompressFraction() != 0);
 408         node->setBoolValue("position", g->getExtension());
 409     }
 410
 411     for(i=0; i<model->numThrusters(); i++) {
 412         SGPropertyNode * node = fgGetNode("engines/engine", i, true);
 413         Thruster* t = model->getThruster(i);
 414
 415         node->setBoolValue("running", true);
 416         node->setBoolValue("cranking", false);
 417
 418         // Note: assumes all tanks have the same fuel density!
 419         node->setDoubleValue("fuel-flow-gph", CM2GALS * t->getFuelFlow()
 420                              / airplane->getFuelDensity(0));
 421
 422         float tmp[3];
 423         t->getThrust(tmp);
 424         node->setDoubleValue("prop-thrust", Math::mag3(tmp) * KG2LBS / 9.8);
 425
 426         PropEngine* pe = t->getPropEngine();
 427         if(pe) {
 428             node->setDoubleValue("rpm", pe->getOmega() * RAD2RPM);
 429
 430             pe->getTorque(tmp);
 431             float power = Math::mag3(tmp) * pe->getOmega();
 432             float maxPower = pe->getPistonEngine()->getMaxPower();
 433
 434             node->setDoubleValue("max-hp", maxPower * W2HP);
 435             node->setDoubleValue("power-pct", 100 * power/maxPower);
 436         }
 437     }
 438 }