src/Instrumentation/inst_vertical_speed_indicator.cxx

   1 // inst_vertical_speed_indicator.cxx
   2 // -- Instantaneous VSI (emulation calibrated to standard atmosphere).
   3 //
   4 // Started September 2004.
   5 //
   6 // Copyright (C) 2004
   7 //
   8 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   9 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11 // License, or (at your option) any later version.
  12 //
  13 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16 // General Public License for more details.
  17 //
  18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  19 // along with this program; if not, write to the Free Software
  20 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  21 //
  22
  23 #include <limits>
  24 #include <simgear/math/interpolater.hxx>
  25
  26 #include "inst_vertical_speed_indicator.hxx"
  27 #include <Main/fg_props.hxx>
  28 #include <Main/util.hxx>
  29
  30
  31 // Altitude based on pressure difference from sea level.
  32 //
  33 // See http://www.pdas.com/programs/atmos.f90, the tables match exactly
  34 // environment.cxx (Standard 1976).
  35 // Example :
  36 // - at 27900 m the level is 20 km :
  37 //   geopotential altitude 27.9 x 6369 / ( 27.9 + 6369) = 27.778 km.
  38 // - deltah = 27.778 - 20 = 7.778 km and tbase 216.65 degK.
  39 // - delta = 5.403295E-2 x exp( -34.163195 x 7.778 / 216.65 ) = 0.016.
  40 // - pressure = (1 - delta ) x 29.92 = 29.44 inhg.
  41 // - to construct the tables, round delta to 3 digits.
  42
  43 // altitude ft, pressure step inHG
  44 static double pressure_data[][2] = {
  45  { 0.00,     3.33 },    // guess !
  46  { 2952.76,  3.05 },
  47  { 5905.51,  2.81 },
  48  { 8858.27,  2.55 },
  49  { 11811.02, 2.33 },
  50  { 14763.78, 2.13 },
  51  { 17716.54, 1.91 },
  52  { 20669.29, 1.77 },
  53  { 23622.05, 1.58 },
  54  { 26574.80, 1.49 },
  55  { 29527.56, 1.20 },
  56  { 32480.31, 1.14 },
  57  { 35433.07, 1.05 },
  58  { 38385.83, 0.90 },
  59  { 41338.58, 0.80 },
  60  { 44291.34, 0.69 },
  61  { 47244.09, 0.60 },
  62  { 50196.85, 0.51 },
  63  { 53149.61, 0.45 },
  64  { 56102.36, 0.39 },
  65  { 59055.12, 0.33 },
  66  { 62007.87, 0.30 },
  67  { 64960.63, 0.26 },
  68  { 67913.39, 0.21 },
  69  { 70866.14, 0.18 },
  70  { 73818.90, 0.18 },
  71  { 76771.65, 0.15 },
  72  { 79724.41, 0.12 },
  73  { 82677.17, 0.12 },
  74  { 85629.92, 0.09 },
  75  { 88582.68, 0.09 },
  76  { 91535.43, 0.06 },
  77  { 94488.19, 0.06 },
  78  { 97440.94, 0.06 },
  79  { 100393.70, 0.06 },
  80  { -1, -1 }
  81 };
  82
  83 // pressure difference inHG, altitude ft
  84 static double altitude_data[][2] = {
  85  {  0.00, 0.00 },
  86  {  3.05, 2952.76 },
  87  {  5.86, 5905.51 },
  88  {  8.41, 8858.27 },
  89  { 10.74, 11811.02 },
  90  { 12.87, 14763.78 },
  91  { 14.78, 17716.54 },
  92  { 16.55, 20669.29 },
  93  { 18.13, 23622.05 },
  94  { 19.62, 26574.80 },
  95  { 20.82, 29527.56 },
  96  { 21.96, 32480.31 },
  97  { 23.01, 35433.07 },
  98  { 23.91, 38385.83 },
  99  { 24.71, 41338.58 },
 100  { 25.40, 44291.34 },
 101  { 26.00, 47244.09 },
 102  { 26.51, 50196.85 },
 103  { 26.96, 53149.61 },
 104  { 27.35, 56102.36 },
 105  { 27.68, 59055.12 },
 106  { 27.98, 62007.87 },
 107  { 28.24, 64960.63 },
 108  { 28.45, 67913.39 },
 109  { 28.63, 70866.14 },
 110  { 28.81, 73818.90 },
 111  { 28.96, 76771.65 },
 112  { 29.08, 79724.41 },
 113  { 29.20, 82677.17 },
 114  { 29.29, 85629.92 },
 115  { 29.38, 88582.68 },
 116  { 29.44, 91535.43 },
 117  { 29.50, 94488.19 },
 118  { 29.56, 97440.94 },
 119  { 29.62, 100393.70 },
 120  { -1, -1 }
 121 };
 122
 123
 124 // SI constants
 125 #define SEA_LEVEL_INHG 29.92
 126
 127 // A higher number means more responsive.
 128 #define RESPONSIVENESS 5.0
 129
 130 // External environment
 131 #define MAX_INHG_PER_S 0.0002
 132
 133
 134 InstVerticalSpeedIndicator::InstVerticalSpeedIndicator ( SGPropertyNode *node ) :
 135                             _name(node->getStringValue("name", "inst-vertical-speed-indicator")),
 136                             _num(node->getIntValue("number", 0)),
 137                             _internal_pressure_inhg( SEA_LEVEL_INHG ),
 138                             _internal_sea_inhg( SEA_LEVEL_INHG ),
 139                             _speed_ft_per_s( 0 ),
 140                             _pressure_table(new SGInterpTable),
 141                             _altitude_table(new SGInterpTable)
 142 {
 143     int i;
 144     for ( i = 0; pressure_data[i][0] != -1; i++)
 145         _pressure_table->addEntry( pressure_data[i][0], pressure_data[i][1] );
 146
 147     for ( i = 0; altitude_data[i][0] != -1; i++)
 148         _altitude_table->addEntry( altitude_data[i][0], altitude_data[i][1] );
 149 }
 150
 151
 152 InstVerticalSpeedIndicator::~InstVerticalSpeedIndicator ()
 153 {
 154     delete _pressure_table;
 155     delete _altitude_table;
 156 }
 157
 158
 159 void InstVerticalSpeedIndicator::init ()
 160 {
 161     SGPropertyNode *node = fgGetNode("/instrumentation", true)->getChild(_name, _num, true);
 162
 163     _serviceable_node =
 164         node->getNode("serviceable", true);
 165     _freeze_node =
 166         fgGetNode("/sim/freeze/master", true);
 167
 168     // A real IVSI is operated by static pressure changes.
 169     // It operates like a conventional VSI, except that an internal sensor
 170     // detects load factors, to momentarily alters the static pressure
 171     // (with lag).
 172     // It appears lag free at subsonic speed; at high altitude indication may
 173     // be less than 1/3 of actual conditions.
 174     _pressure_node =
 175         fgGetNode("/environment/pressure-inhg", true);
 176     _sea_node =
 177         fgGetNode("/environment/pressure-sea-level-inhg", true);
 178     _speed_up_node =
 179         fgGetNode("/sim/speed-up", true);
 180     _speed_node =
 181         node->getNode("indicated-speed-fps", true);
 182     _speed_min_node =
 183         node->getNode("indicated-speed-fpm", true);
 184
 185     // Initialize at ambient pressure
 186     _internal_pressure_inhg = _pressure_node->getDoubleValue();
 187 }
 188
 189
 190 void InstVerticalSpeedIndicator::update (double dt)
 191 {
 192     if (_serviceable_node->getBoolValue())
 193     {
 194         // avoids hang, when freeze
 195         if( !_freeze_node->getBoolValue() && std::numeric_limits<double>::min() < fabs(dt))
 196         {
 197             double pressure_inhg = _pressure_node->getDoubleValue();
 198             double sea_inhg = _sea_node->getDoubleValue();
 199             double speed_up = _speed_up_node->getDoubleValue();
 200
 201             // must work by speed up
 202             if( speed_up > 1 )
 203             {
 204                 dt *= speed_up;
 205             }
 206
 207             // limit effect of external environment
 208             double rate_sea_inhg_per_s = ( sea_inhg - _internal_sea_inhg ) / dt;
 209
 210             if( rate_sea_inhg_per_s > - MAX_INHG_PER_S && rate_sea_inhg_per_s < MAX_INHG_PER_S )
 211             {
 212                double rate_inhg_per_s = ( pressure_inhg - _internal_pressure_inhg ) / dt;
 213
 214                // IVSI determines alone the current altitude, without altimeter setting.
 215                // Altimeter setting is 29.92 above 10000 or 18000 ft.
 216                // Below this level, the slope is slightly wrong.
 217                double altitude_ft = _altitude_table->interpolate( SEA_LEVEL_INHG - pressure_inhg );
 218                double slope_inhg = _pressure_table->interpolate( altitude_ft );
 219
 220
 221                double last_speed_ft_per_s = _speed_ft_per_s;
 222
 223                // slope at 900 m
 224                _speed_ft_per_s = - rate_inhg_per_s * 2952.75591 / slope_inhg;
 225
 226                // filter noise
 227                _speed_ft_per_s = fgGetLowPass( last_speed_ft_per_s, _speed_ft_per_s,
 228                                                dt * RESPONSIVENESS );
 229             }
 230
 231             _speed_node->setDoubleValue( _speed_ft_per_s );
 232             _speed_min_node->setDoubleValue( _speed_ft_per_s * 60.0 );
 233
 234             // backup
 235             _internal_pressure_inhg = pressure_inhg;
 236             _internal_sea_inhg = sea_inhg;
 237         }
 238     }
 239 }
 240
 241 // end of inst_vertical_speed_indicator.cxx