src/Instrumentation/airspeed_indicator.cxx

   1 // airspeed_indicator.cxx - a regular pitot-static airspeed indicator.
   2 // Written by David Megginson, started 2002.
   3 //
   4 // This file is in the Public Domain and comes with no warranty.
   5
   6 #include <math.h>
   7
   8 #include <simgear/math/interpolater.hxx>
   9
  10 #include "airspeed_indicator.hxx"
  11 #include <Main/fg_props.hxx>
  12 #include <Main/util.hxx>
  13 #include <Environment/environment_mgr.hxx>
  14 #include <Environment/environment.hxx>
  15
  16
  17 // A higher number means more responsive.
  18 #define RESPONSIVENESS 50.0
  19
  20 AirspeedIndicator::AirspeedIndicator ( SGPropertyNode *node )
  21     :
  22     _name(node->getStringValue("name", "airspeed-indicator")),
  23     _num(node->getIntValue("number", 0)),
  24     _total_pressure(node->getStringValue("total-pressure", "/systems/pitot/total-pressure-inhg")),
  25     _static_pressure(node->getStringValue("static-pressure", "/systems/static/pressure-inhg")),
  26     _has_overspeed(node->getBoolValue("has-overspeed-indicator",false)),
  27     _pressure_alt_source(node->getStringValue("pressure-alt-source", "/instrumentation/altimeter/pressure-alt-ft")),
  28     _ias_limit(node->getDoubleValue("ias-limit", 248.0)),
  29     _mach_limit(node->getDoubleValue("mach-limit", 0.48)),
  30     _alt_threshold(node->getDoubleValue("alt-threshold", 13200))
  31 {
  32   _environmentManager = NULL;
  33 }
  34
  35 AirspeedIndicator::~AirspeedIndicator ()
  36 {
  37 }
  38
  39 void
  40 AirspeedIndicator::init ()
  41 {
  42     string branch;
  43     branch = "/instrumentation/" + _name;
  44
  45     SGPropertyNode *node = fgGetNode(branch.c_str(), _num, true );
  46     _serviceable_node = node->getChild("serviceable", 0, true);
  47     _total_pressure_node = fgGetNode(_total_pressure.c_str(), true);
  48     _static_pressure_node = fgGetNode(_static_pressure.c_str(), true);
  49     _density_node = fgGetNode("/environment/density-slugft3", true);
  50     _speed_node = node->getChild("indicated-speed-kt", 0, true);
  51     _tas_node = node->getChild("true-speed-kt", 0, true);
  52     _mach_node = node->getChild("indicated-mach", 0, true);
  53
  54   // overspeed-indicator properties
  55     if (_has_overspeed) {
  56         _ias_limit_node = node->getNode("ias-limit",0, true);
  57         _mach_limit_node = node->getNode("mach-limit",0, true);
  58         _alt_threshold_node = node->getNode("alt-threshold",0, true);
  59
  60         if (!_ias_limit_node->hasValue()) {
  61           _ias_limit_node->setDoubleValue(_ias_limit);
  62         }
  63
  64         if (!_mach_limit_node->hasValue()) {
  65           _mach_limit_node->setDoubleValue(_mach_limit);
  66         }
  67
  68         if (!_alt_threshold_node->hasValue()) {
  69           _alt_threshold_node->setDoubleValue(_alt_threshold);
  70         }
  71
  72         _airspeed_limit = node->getChild("airspeed-limit-kt", 0, true);
  73         _pressure_alt = fgGetNode(_pressure_alt_source.c_str(), true);
  74     }
  75
  76     _environmentManager = (FGEnvironmentMgr*) globals->get_subsystem("environment");
  77 }
  78
  79 #ifndef FPSTOKTS
  80 # define FPSTOKTS 0.592484
  81 #endif
  82
  83 #ifndef INHGTOPSF
  84 # define INHGTOPSF (2116.217/29.9212)
  85 #endif
  86
  87 void
  88 AirspeedIndicator::update (double dt)
  89 {
  90     if (!_serviceable_node->getBoolValue()) {
  91         return;
  92     }
  93
  94     double pt = _total_pressure_node->getDoubleValue() * INHGTOPSF;
  95     double p = _static_pressure_node->getDoubleValue() * INHGTOPSF;
  96     double r = _density_node->getDoubleValue();
  97     double q = ( pt - p );  // dynamic pressure
  98
  99     // Now, reverse the equation (normalize dynamic pressure to
 100     // avoid "nan" results from sqrt)
 101     if ( q < 0 ) { q = 0.0; }
 102     double v_fps = sqrt((2 * q) / r);
 103
 104                             // Publish the indicated airspeed
 105     double last_speed_kt = _speed_node->getDoubleValue();
 106     double current_speed_kt = v_fps * FPSTOKTS;
 107     double filtered_speed = fgGetLowPass(last_speed_kt,
 108                                              current_speed_kt,
 109                                              dt * RESPONSIVENESS);
 110     _speed_node->setDoubleValue(filtered_speed);
 111     computeMach(filtered_speed);
 112
 113     if (!_has_overspeed) {
 114         return;
 115     }
 116
 117     double lmt = _ias_limit_node->getDoubleValue();
 118     if (_pressure_alt->getDoubleValue() > _alt_threshold_node->getDoubleValue()) {
 119         double mmo = _mach_limit_node->getDoubleValue();
 120         lmt = (filtered_speed/_mach_node->getDoubleValue())* mmo;
 121     }
 122
 123     _airspeed_limit->setDoubleValue(lmt);
 124 }
 125
 126 void
 127 AirspeedIndicator::computeMach(double ias)
 128 {
 129   if (!_environmentManager) {
 130     return;
 131   }
 132
 133   FGEnvironment env(_environmentManager->getEnvironment());
 134
 135   // derived from http://williams.best.vwh.net/avform.htm#Mach
 136   // names here are picked to be consistent with those formulae!
 137
 138   double oatK = env.get_temperature_degc() + 273.15; // OAT in Kelvin
 139   double CS = 38.967854 * sqrt(oatK); // speed-of-sound in knots at altitude
 140   double CS_0 = 661.4786; // speed-of-sound in knots at sea-level
 141   double P_0 = env.get_pressure_sea_level_inhg();
 142   double P = _static_pressure_node->getDoubleValue();
 143
 144   double DP = P_0 * (pow(1 + 0.2*pow(ias/CS_0, 2), 3.5) - 1);
 145   double mach = pow(5 * ( pow(DP/P + 1, 2.0/7.0) -1) , 0.5);
 146
 147   // publish Mach and TAS
 148   _mach_node->setDoubleValue(mach);
 149   _tas_node->setDoubleValue(CS * mach);
 150 }
 151
 152 // end of airspeed_indicator.cxx