src/Instrumentation/airspeed_indicator.cxx

   1 // airspeed_indicator.cxx - a regular pitot-static airspeed indicator.
   2 // Written by David Megginson, started 2002.
   3 // Last modified by Eric van den Berg, 09 Dec 2012
   4 //
   5 // This file is in the Public Domain and comes with no warranty.
   6
   7 #ifdef HAVE_CONFIG_H
   8 #  include "config.h"
   9 #endif
  10
  11 #include <cmath>
  12
  13 #include <simgear/constants.h>
  14 #include <simgear/math/interpolater.hxx>
  15
  16 #include "airspeed_indicator.hxx"
  17 #include <Main/fg_props.hxx>
  18 #include <Main/util.hxx>
  19 #include <Environment/environment_mgr.hxx>
  20 #include <Environment/environment.hxx>
  21
  22
  23 // A higher number means more responsive.
  24 #define RESPONSIVENESS 50.0
  25
  26 AirspeedIndicator::AirspeedIndicator ( SGPropertyNode *node )
  27     :
  28     _name(node->getStringValue("name", "airspeed-indicator")),
  29     _num(node->getIntValue("number", 0)),
  30     _total_pressure(node->getStringValue("total-pressure", "/systems/pitot/total-pressure-inhg")),
  31     _static_pressure(node->getStringValue("static-pressure", "/systems/static/pressure-inhg")),
  32     _has_overspeed(node->getBoolValue("has-overspeed-indicator",false)),
  33     _pressure_alt_source(node->getStringValue("pressure-alt-source", "/instrumentation/altimeter/pressure-alt-ft")),
  34     _ias_limit(node->getDoubleValue("ias-limit", 248.0)),
  35     _mach_limit(node->getDoubleValue("mach-limit", 0.48)),
  36     _alt_threshold(node->getDoubleValue("alt-threshold", 13200))
  37 {
  38   _environmentManager = NULL;
  39 }
  40
  41 AirspeedIndicator::~AirspeedIndicator ()
  42 {
  43 }
  44
  45 void
  46 AirspeedIndicator::init ()
  47 {
  48     std::string branch;
  49     branch = "/instrumentation/" + _name;
  50
  51     SGPropertyNode *node = fgGetNode(branch.c_str(), _num, true );
  52     _serviceable_node = node->getChild("serviceable", 0, true);
  53     _total_pressure_node = fgGetNode(_total_pressure.c_str(), true);
  54     _static_pressure_node = fgGetNode(_static_pressure.c_str(), true);
  55     _density_node = fgGetNode("/environment/density-slugft3", true);
  56     _speed_node = node->getChild("indicated-speed-kt", 0, true);
  57     _tas_node = node->getChild("true-speed-kt", 0, true);
  58     _mach_node = node->getChild("indicated-mach", 0, true);
  59
  60   // overspeed-indicator properties
  61     if (_has_overspeed) {
  62         _ias_limit_node = node->getNode("ias-limit",0, true);
  63         _mach_limit_node = node->getNode("mach-limit",0, true);
  64         _alt_threshold_node = node->getNode("alt-threshold",0, true);
  65
  66         if (!_ias_limit_node->hasValue()) {
  67           _ias_limit_node->setDoubleValue(_ias_limit);
  68         }
  69
  70         if (!_mach_limit_node->hasValue()) {
  71           _mach_limit_node->setDoubleValue(_mach_limit);
  72         }
  73
  74         if (!_alt_threshold_node->hasValue()) {
  75           _alt_threshold_node->setDoubleValue(_alt_threshold);
  76         }
  77
  78         _airspeed_limit = node->getChild("airspeed-limit-kt", 0, true);
  79         _pressure_alt = fgGetNode(_pressure_alt_source.c_str(), true);
  80     }
  81
  82     _environmentManager = (FGEnvironmentMgr*) globals->get_subsystem("environment");
  83 }
  84
  85 void
  86 AirspeedIndicator::reinit ()
  87 {
  88     _speed_node->setDoubleValue(0.0);
  89 }
  90
  91 void
  92 AirspeedIndicator::update (double dt)
  93 {
  94     if (!_serviceable_node->getBoolValue()) {
  95         return;
  96     }
  97
  98     double pt = _total_pressure_node->getDoubleValue() ;
  99     double p = _static_pressure_node->getDoubleValue() ;
 100     double qc = ( pt - p ) * SG_INHG_TO_PA ;  // Impact pressure in Pa, _not_ to be confused with dynamic pressure!!!
 101
 102     // Now, reverse the equation (normalize impact pressure to
 103     // avoid "nan" results from sqrt)
 104     qc = std::max( qc , 0.0 );
 105     // Calibrated airspeed (using compressible aerodynamics) based on impact pressure qc in m/s
 106     // Using calibrated airspeed as indicated airspeed, neglecting any airspeed indicator errors.
 107     double v_cal = sqrt( 7 * SG_p0_Pa/SG_rho0_kg_p_m3 * ( pow( 1 + qc/SG_p0_Pa  , 1/3.5 )  -1 ) );
 108
 109                             // Publish the indicated airspeed
 110     double last_speed_kt = _speed_node->getDoubleValue();
 111     double current_speed_kt = v_cal * SG_MPS_TO_KT;
 112     double filtered_speed = fgGetLowPass(last_speed_kt,
 113                                              current_speed_kt,
 114                                              dt * RESPONSIVENESS);
 115     _speed_node->setDoubleValue(filtered_speed);
 116     computeMach();
 117
 118     if (!_has_overspeed) {
 119         return;
 120     }
 121
 122     double lmt = _ias_limit_node->getDoubleValue();
 123     if (_pressure_alt->getDoubleValue() > _alt_threshold_node->getDoubleValue()) {
 124         double mmo = _mach_limit_node->getDoubleValue();
 125         lmt = (filtered_speed/_mach_node->getDoubleValue())* mmo;
 126     }
 127
 128     _airspeed_limit->setDoubleValue(lmt);
 129 }
 130
 131 void
 132 AirspeedIndicator::computeMach()
 133 {
 134   if (!_environmentManager) {
 135     return;
 136   }
 137
 138   FGEnvironment env(_environmentManager->getEnvironment());
 139
 140   double oatK = env.get_temperature_degc() + SG_T0_K - 15.0 ;         // OAT in Kelvin
 141   oatK = std::max( oatK , 0.001 );                                // should never happen, but just in case someone flies into space...
 142   double c = sqrt(SG_gamma * SG_R_m2_p_s2_p_K * oatK);                 // speed-of-sound in m/s at aircraft position
 143   double pt = _total_pressure_node->getDoubleValue() * SG_INHG_TO_PA;  // total pressure in Pa
 144   double p = _static_pressure_node->getDoubleValue() * SG_INHG_TO_PA;  // static pressure in Pa
 145   p = std::max( p , 0.001 );                                           // should never happen, but just in case someone flies into space...
 146   double rho = _density_node->getDoubleValue() * SG_SLUGFT3_TO_KGPM3;  // air density in kg/m3
 147   rho = std::max( rho , 0.001 );                                      // should never happen, but just in case someone flies into space...
 148
 149   // true airspeed in m/s
 150   pt = std::max( pt , p );
 151   double V_true = sqrt( 7 * p/rho * (pow( 1 + (pt-p)/p , 1/3.5 ) -1 ) );
 152   // Mach number; _see notes in systems/pitot.cxx_
 153   double mach = V_true / c;
 154
 155   // publish Mach and TAS
 156   _mach_node->setDoubleValue(mach);
 157   _tas_node->setDoubleValue(V_true * SG_MPS_TO_KT );
 158 }
 159
 160 // end of airspeed_indicator.cxx