src/WeatherCM/FGWeatherUtils.h

   1 /*****************************************************************************
   2
   3  Header:       FGWeatherUtils.h
   4  Author:       Christian Mayer
   5  Date started: 28.05.99
   6
   7  -------- Copyright (C) 1999 Christian Mayer (fgfs@christianmayer.de) --------
   8
   9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  10  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  11  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  12  version.
  13
  14  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  15  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  16  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  17  details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  20  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  21  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22
  23  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  27 ------------------------------------------------------------------------------
  28 Utilities for the weather calculation like converting formulas
  29
  30 HISTORY
  31 ------------------------------------------------------------------------------
  32 02.06.1999 Christian Mayer      Created
  33 08.06.1999 Christian Mayer      Changed sat_vp
  34 16.06.1999 Durk Talsma          Portability for Linux
  35 20.06.1999 Christian Mayer      added lots of consts
  36 11.10.1999 Christian Mayer      changed set<> to map<> on Bernie Bright's
  37                                 suggestion
  38 19.10.1999 Christian Mayer      change to use PLIB's sg instead of Point[2/3]D
  39                                 and lots of wee code cleaning
  40 17.01.2000 Christian Mayer      Added conversion routines make it easier for
  41                                 JSBsim to use the weather database.
  42 18.05.2000 Christian Mayer      Added function for geting the density when
  43                                 temperature and pressure are given
  44 *****************************************************************************/
  45
  46 /****************************************************************************/
  47 /* SENTRY                                                                   */
  48 /****************************************************************************/
  49 #ifndef FGWeatherUtils_H
  50 #define FGWeatherUtils_H
  51
  52 /****************************************************************************/
  53 /* INCLUDES                                                                 */
  54 /****************************************************************************/
  55 #include <math.h>
  56
  57 /****************************************************************************/
  58 /* DEFINES                                                                  */
  59 /****************************************************************************/
  60
  61 /****************************************************************************/
  62 /*assuming as given:                                                        */
  63 /*                                                                          */
  64 /* t:       temperature in °C                                               */
  65 /* p:       preasure in mbar                                                */
  66 /* //abs_hum: absoloute humidity in g/m^3,                                  */
  67 /* act_vp:  actual vapor pressure pascal                                    */
  68 /*                                                                          */
  69 /* Calculated vaues:                                                        */
  70 /* //max_hum: maximum of humidity in g/m^3,                                 */
  71 /* sat_vp:  saturated vapor pressure in pascal                              */
  72 /* rel_hum: relative humidity in %                                          */
  73 /* dp:      dew point in °C                                                 */
  74 /* wb:      approximate wetbulp in °C                                       */
  75 /*                                                                          */
  76 /* NOTE: Pascal is the SI unit for pressure and is defined as Pa = N/m^2    */
  77 /*       1 mbar = 1 hPa = 100 Pa                                            */
  78 /* NOTE: °C isn't a SI unit, so I should use °K instead. But as all         */
  79 /*       formulas are given in °C and the weather database only uses        */
  80 /*       'normal' temperatures, I've kept it in °C                          */
  81 /****************************************************************************/
  82
  83 #define SAT_VP_CONST1 610.483125
  84 #define SAT_VP_CONST2 7.444072452
  85 #define SAT_VP_CONST3 235.3120919
  86
  87 inline WeatherPrecision sat_vp(const WeatherPrecision temp)
  88 {
  89     //old:
  90     //return 6.112 * pow( 10, (7.5*dp)/(237.7+dp) );    //in mbar
  91
  92     //new:
  93     //advantages: return the result as SI unit pascal and the constants
  94     //are choosen that the correct results are returned for 0°C, 20°C and
  95     //100°C. By 100°C I'm now returning a preasure of 1013.25 hPa
  96     return SAT_VP_CONST1 * pow( 10, (SAT_VP_CONST2*temp)/(SAT_VP_CONST3+temp) );    //in pascal
  97 }
  98
  99 inline WeatherPrecision rel_hum(const WeatherPrecision act_vp, const WeatherPrecision sat_vp)
 100 {
 101     return (act_vp / sat_vp) * 100;     //in %
 102 }
 103
 104 inline WeatherPrecision dp(const WeatherPrecision sat_vp)
 105 {
 106     return (SAT_VP_CONST3*log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1))/(SAT_VP_CONST2-log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1)); //in °C
 107 }
 108
 109 inline WeatherPrecision wb(const WeatherPrecision t, const WeatherPrecision p, const WeatherPrecision dp)
 110 {
 111     WeatherPrecision e = sat_vp(dp);
 112     WeatherPrecision tcur, tcvp, peq, diff;
 113     WeatherPrecision tmin, tmax;
 114
 115     if (t > dp)
 116     {
 117         tmax = t;
 118         tmin = dp;
 119     }
 120     else
 121     {
 122         tmax = dp;
 123         tmin = t;
 124     }
 125
 126     while (true)
 127     {
 128         tcur=(tmax+tmin)/2;
 129         tcvp=sat_vp(tcur);
 130
 131         peq = 0.000660*(1+0.00155*tcur)*p*(t-tcur);
 132
 133         diff = peq-tcvp+e;
 134
 135         if (fabs(diff) < 0.01)
 136             return tcur;        //in °C
 137
 138         if (diff < 0)
 139             tmax=tcur;
 140         else
 141             tmin=tcur;
 142     };
 143
 144 }
 145
 146 // Assume that we've got an ideal gas in normal altitudes
 147 inline WeatherPrecision Density(const WeatherPrecision AirPressure, const WeatherPrecision Temperature )
 148 {
 149     const float rho0 = 1.293; /*density for air in normal altitudes at 0°C and 1013 mbar*/
 150
 151     return rho0 * 273.15 * AirPressure / (101300.0 * Temperature);
 152 }
 153
 154 inline WeatherPrecision Celsius             (const WeatherPrecision celsius)
 155 {
 156     return celsius + 273.15;                            //Kelvin
 157 }
 158
 159 inline WeatherPrecision Fahrenheit          (const WeatherPrecision fahrenheit)
 160 {
 161     return (fahrenheit * 9.0 / 5.0) + 32.0 + 273.15;    //Kelvin
 162 }
 163
 164 inline WeatherPrecision Kelvin2Celsius      (const WeatherPrecision kelvin)
 165 {
 166     return kelvin - 273.15;                             //Celsius
 167 }
 168
 169 inline WeatherPrecision Kelvin2Fahrenheit   (const WeatherPrecision kelvin)
 170 {
 171     return ((kelvin - 273.15) * 9.0 / 5.0) + 32.0;      //Fahrenheit
 172 }
 173
 174 inline WeatherPrecision Celsius2Fahrenheit  (const WeatherPrecision celsius)
 175 {
 176     return (celsius * 9.0 / 5.0) + 32.0;                //Fahrenheit
 177 }
 178
 179 inline WeatherPrecision Fahrenheit2Celsius  (const WeatherPrecision fahrenheit)
 180 {
 181     return (fahrenheit - 32.0) * 5.0 / 9.0;             //Celsius
 182 }
 183
 184 inline WeatherPrecision Torr2Pascal         (const WeatherPrecision torr)
 185 {
 186     return (101325.0/760.0)*torr;                       //Pascal
 187 }
 188
 189 inline WeatherPrecision Rankine2Kelvin      (const WeatherPrecision Rankine)
 190 {
 191     return (5.0 / 9.0) * Rankine;                       //Kelvin
 192 }
 193
 194 inline WeatherPrecision JSBsim2SIdensity    (const WeatherPrecision JSBsim)
 195 {
 196     return JSBsim / 0.0019403203;                       //kg / cubic metres
 197 }
 198
 199 inline WeatherPrecision psf2Pascal          (const WeatherPrecision psf)
 200 {
 201     return psf / 0.020885434;                           //lbs / square foot (used in JSBsim)
 202 }
 203
 204 inline WeatherPrecision Kelvin2Rankine      (const WeatherPrecision kelvin)
 205 {
 206     return (9.0 / 5.0) * kelvin;                        //Rankine (used in JSBsim)
 207 }
 208
 209 inline WeatherPrecision SIdensity2JSBsim    (const WeatherPrecision SIdensity)
 210 {
 211     return 0.0019403203 * SIdensity;                    //slug / cubic feet (used in JSBsim)
 212 }
 213
 214 inline WeatherPrecision Pascal2psf          (const WeatherPrecision Pascal)
 215 {
 216     return 0.020885434 * Pascal;                        //lbs / square feet (used in JSBsim)
 217 }
 218
 219 /****************************************************************************/
 220 /* CLASS DECLARATION                                                        */
 221 /****************************************************************************/
 222
 223 /****************************************************************************/
 224 #endif /*FGWeatherUtils_H*/