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 #ifdef HAVE_CONFIG_H
   7 #  include "config.h"
   8 #endif
   9
  10 #include <math.h>
  11
  12 #include <simgear/math/interpolater.hxx>
  13
  14 #include "airspeed_indicator.hxx"
  15 #include <Main/fg_props.hxx>
  16 #include <Main/util.hxx>
  17 #include <Environment/environment_mgr.hxx>
  18 #include <Environment/environment.hxx>
  19
  20
  21 // A higher number means more responsive.
  22 #define RESPONSIVENESS 50.0
  23
  24 AirspeedIndicator::AirspeedIndicator ( SGPropertyNode *node )
  25     :
  26     _name(node->getStringValue("name", "airspeed-indicator")),
  27     _num(node->getIntValue("number", 0)),
  28     _total_pressure(node->getStringValue("total-pressure", "/systems/pitot/total-pressure-inhg")),
  29     _static_pressure(node->getStringValue("static-pressure", "/systems/static/pressure-inhg")),
  30     _has_overspeed(node->getBoolValue("has-overspeed-indicator",false)),
  31     _pressure_alt_source(node->getStringValue("pressure-alt-source", "/instrumentation/altimeter/pressure-alt-ft")),
  32     _ias_limit(node->getDoubleValue("ias-limit", 248.0)),
  33     _mach_limit(node->getDoubleValue("mach-limit", 0.48)),
  34     _alt_threshold(node->getDoubleValue("alt-threshold", 13200))
  35 {
  36   _environmentManager = NULL;
  37 }
  38
  39 AirspeedIndicator::~AirspeedIndicator ()
  40 {
  41 }
  42
  43 void
  44 AirspeedIndicator::init ()
  45 {
  46     string branch;
  47     branch = "/instrumentation/" + _name;
  48
  49     SGPropertyNode *node = fgGetNode(branch.c_str(), _num, true );
  50     _serviceable_node = node->getChild("serviceable", 0, true);
  51     _total_pressure_node = fgGetNode(_total_pressure.c_str(), true);
  52     _static_pressure_node = fgGetNode(_static_pressure.c_str(), true);
  53     _density_node = fgGetNode("/environment/density-slugft3", true);
  54     _speed_node = node->getChild("indicated-speed-kt", 0, true);
  55     _tas_node = node->getChild("true-speed-kt", 0, true);
  56     _mach_node = node->getChild("indicated-mach", 0, true);
  57
  58   // overspeed-indicator properties
  59     if (_has_overspeed) {
  60         _ias_limit_node = node->getNode("ias-limit",0, true);
  61         _mach_limit_node = node->getNode("mach-limit",0, true);
  62         _alt_threshold_node = node->getNode("alt-threshold",0, true);
  63
  64         if (!_ias_limit_node->hasValue()) {
  65           _ias_limit_node->setDoubleValue(_ias_limit);
  66         }
  67
  68         if (!_mach_limit_node->hasValue()) {
  69           _mach_limit_node->setDoubleValue(_mach_limit);
  70         }
  71
  72         if (!_alt_threshold_node->hasValue()) {
  73           _alt_threshold_node->setDoubleValue(_alt_threshold);
  74         }
  75
  76         _airspeed_limit = node->getChild("airspeed-limit-kt", 0, true);
  77         _pressure_alt = fgGetNode(_pressure_alt_source.c_str(), true);
  78     }
  79
  80     _environmentManager = (FGEnvironmentMgr*) globals->get_subsystem("environment");
  81 }
  82
  83 #ifndef FPSTOKTS
  84 # define FPSTOKTS 0.592484
  85 #endif
  86
  87 #ifndef INHGTOPSF
  88 # define INHGTOPSF (2116.217/29.9212)
  89 #endif
  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() * INHGTOPSF;
  99     double p = _static_pressure_node->getDoubleValue() * INHGTOPSF;
 100     double r = _density_node->getDoubleValue();
 101     double q = ( pt - p );  // dynamic pressure
 102
 103     // Now, reverse the equation (normalize dynamic pressure to
 104     // avoid "nan" results from sqrt)
 105     if ( q < 0 ) { q = 0.0; }
 106     double v_fps = sqrt((2 * q) / r);
 107
 108                             // Publish the indicated airspeed
 109     double last_speed_kt = _speed_node->getDoubleValue();
 110     double current_speed_kt = v_fps * FPSTOKTS;
 111     double filtered_speed = fgGetLowPass(last_speed_kt,
 112                                              current_speed_kt,
 113                                              dt * RESPONSIVENESS);
 114     _speed_node->setDoubleValue(filtered_speed);
 115     computeMach(filtered_speed);
 116
 117     if (!_has_overspeed) {
 118         return;
 119     }
 120
 121     double lmt = _ias_limit_node->getDoubleValue();
 122     if (_pressure_alt->getDoubleValue() > _alt_threshold_node->getDoubleValue()) {
 123         double mmo = _mach_limit_node->getDoubleValue();
 124         lmt = (filtered_speed/_mach_node->getDoubleValue())* mmo;
 125     }
 126
 127     _airspeed_limit->setDoubleValue(lmt);
 128 }
 129
 130 void
 131 AirspeedIndicator::computeMach(double ias)
 132 {
 133   if (!_environmentManager) {
 134     return;
 135   }
 136
 137   FGEnvironment env(_environmentManager->getEnvironment());
 138
 139   // derived from http://williams.best.vwh.net/avform.htm#Mach
 140   // names here are picked to be consistent with those formulae!
 141
 142   double oatK = env.get_temperature_degc() + 273.15; // OAT in Kelvin
 143   double CS = 38.967854 * sqrt(oatK); // speed-of-sound in knots at altitude
 144   double CS_0 = 661.4786; // speed-of-sound in knots at sea-level
 145   double P_0 = env.get_pressure_sea_level_inhg();
 146   double P = _static_pressure_node->getDoubleValue();
 147
 148   double DP = P_0 * (pow(1 + 0.2*pow(ias/CS_0, 2), 3.5) - 1);
 149   double mach = pow(5 * ( pow(DP/P + 1, 2.0/7.0) -1) , 0.5);
 150
 151   // publish Mach and TAS
 152   _mach_node->setDoubleValue(mach);
 153   _tas_node->setDoubleValue(CS * mach);
 154 }
 155
 156 // end of airspeed_indicator.cxx