]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blobdiff - src/FDM/JSBSim/models/FGAtmosphere.h
Better fix for a compilation problem with MSVC 2012
[flightgear.git] / src / FDM / JSBSim / models / FGAtmosphere.h
index 3dd6fa322b333b81417825d68f4905fd3151f9ad..57c6f87f8a43ef016b0597a3bce6f1fc495956e1 100644 (file)
@@ -2,10 +2,9 @@
 
  Header:       FGAtmosphere.h
  Author:       Jon Berndt
-               Implementation of 1959 Standard Atmosphere added by Tony Peden
- Date started: 11/24/98
+ Date started: 6/2011
 
- ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jon@jsbsim.org) -------------
+ ------------- Copyright (C) 2011  Jon S. Berndt (jon@jsbsim.org) -------------
 
  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  the terms of the GNU Lesser General Public License as published by the Free Software
 
 HISTORY
 --------------------------------------------------------------------------------
-11/24/98   JSB   Created
-07/23/99   TP    Added implementation of 1959 Standard Atmosphere
-                 Moved calculation of Mach number to FGPropagate
-                 Updated to '76 model
+5/2011   JSB   Created
 
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 SENTRY
@@ -42,15 +38,14 @@ SENTRY
 INCLUDES
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
 
-#include "FGModel.h"
-#include "math/FGColumnVector3.h"
-#include "math/FGTable.h"
+#include <vector>
+#include "models/FGModel.h"
 
 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 DEFINITIONS
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
 
-#define ID_ATMOSPHERE "$Id: FGAtmosphere.h,v 1.24 2010/11/18 12:38:06 jberndt Exp $"
+#define ID_ATMOSPHERE "$Id: FGAtmosphere.h,v 1.30 2012/04/13 13:18:28 jberndt Exp $"
 
 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 FORWARD DECLARATIONS
@@ -62,62 +57,24 @@ namespace JSBSim {
 CLASS DOCUMENTATION
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
 
-/** Models the 1976 Standard Atmosphere.
-    @author Tony Peden, Jon Berndt
-    @version $Id: FGAtmosphere.h,v 1.24 2010/11/18 12:38:06 jberndt Exp $
-    @see Anderson, John D. "Introduction to Flight, Third Edition", McGraw-Hill,
-         1989, ISBN 0-07-001641-0
-
-    Additionally, various turbulence models are available. They are specified
-    via the property <tt>atmosphere/turb-type</tt>. The following models are
-    available:
-    - 0: ttNone (turbulence disabled)
-    - 1: ttStandard
-    - 2: ttBerndt
-    - 3: ttCulp
-    - 4: ttMilspec (Dryden spectrum)
-    - 5: ttTustin (Dryden spectrum)
-
-    The Milspec and Tustin models are described in the Yeager report cited below.
-    They both use a Dryden spectrum model whose parameters (scale lengths and intensities)
-    are modelled according to MIL-F-8785C. Parameters are modelled differently
-    for altitudes below 1000ft and above 2000ft, for altitudes in between they
-    are interpolated linearly.
-
-    The two models differ in the implementation of the transfer functions
-    described in the milspec.
-
-    To use one of these two models, set <tt>atmosphere/turb-type</tt> to 4 resp. 5,
-    and specify values for <tt>atmosphere/turbulence/milspec/windspeed_at_20ft_AGL-fps<tt>
-    and <tt>atmosphere/turbulence/milspec/severity<tt> (the latter corresponds to
-    the probability of exceedence curves from Fig.&nbsp;7 of the milspec, allowable
-    range is 0 (disabled) to 7). <tt>atmosphere/psiw-rad</tt> is respected as well;
-    note that you have to specify a positive wind magnitude to prevent psiw from
-    being reset to zero.
-
-    Reference values (cf. figures 7 and 9 from the milspec):
-    <table>
-      <tr><td><b>Intensity</b></td>
-          <td><b><tt>windspeed_at_20ft_AGL-fps</tt></b></td>
-          <td><b><tt>severity</tt></b></td></tr>
-      <tr><td>light</td>
-          <td>25 (15 knots)</td>
-          <td>3</td></tr>
-      <tr><td>moderate</td>
-          <td>50 (30 knots)</td>
-          <td>4</td></tr>
-      <tr><td>severe</td>
-          <td>75 (45 knots)</td>
-          <td>6</td></tr>
-    </table>
-
-    @see Yeager, Jessie C.: "Implementation and Testing of Turbulence Models for
-         the F18-HARV" (<a
-         href="http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19980028448_1998081596.pdf">
-         pdf</a>), NASA CR-1998-206937, 1998
-
-    @see MIL-F-8785C: Military Specification: Flying Qualities of Piloted Aircraft
-
+/** Models an empty, abstract base atmosphere class.
+
+  <h2> Properties </h2>
+  @property atmosphere/T-R The current modeled temperature in degrees Rankine.
+  @property atmosphere/rho-slugs_ft3
+  @property atmosphere/P-psf
+  @property atmosphere/a-fps
+  @property atmosphere/T-sl-R
+  @property atmosphere/rho-sl-slugs_ft3
+  @property atmosphere/P-sl-psf
+  @property atmosphere/a-sl-fps
+  @property atmosphere/theta
+  @property atmosphere/sigma
+  @property atmosphere/delta
+  @property atmosphere/a-ratio
+
+  @author Jon Berndt
+  @version $Id: FGAtmosphere.h,v 1.30 2012/04/13 13:18:28 jberndt Exp $
 */
 
 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
@@ -127,218 +84,158 @@ CLASS DECLARATION
 class FGAtmosphere : public FGModel {
 public:
 
+  /// Enums for specifying temperature units.
+  enum eTemperature {eNoTempUnit=0, eFahrenheit, eCelsius, eRankine, eKelvin};
+
+  /// Enums for specifying pressure units.
+  enum ePressure {eNoPressUnit=0, ePSF, eMillibars, ePascals, eInchesHg};
+
   /// Constructor
   FGAtmosphere(FGFDMExec*);
+
   /// Destructor
-  ~FGAtmosphere();
-  /** Runs the Atmosphere model; called by the Executive
+  virtual ~FGAtmosphere();
+
+  /** Runs the atmosphere forces model; called by the Executive.
+      Can pass in a value indicating if the executive is directing the simulation to Hold.
+      @param Holding if true, the executive has been directed to hold the sim from 
+                     advancing time. Some models may ignore this flag, such as the Input
+                     model, which may need to be active to listen on a socket for the
+                     "Resume" command to be given.
       @return false if no error */
-  bool Run(void);
+  bool Run(bool Holding);
+
   bool InitModel(void);
-  enum tType {ttNone, ttStandard, ttBerndt, ttCulp, ttMilspec, ttTustin} turbType;
 
-  /// Returns the temperature in degrees Rankine.
-  double GetTemperature(void) const {return *temperature;}
-  /** Returns the density in slugs/ft^3.
-      <i>This function may <b>only</b> be used if Run() is called first.</i> */
-  double GetDensity(void)  const {return *density;}
+  //  *************************************************************************
+  /// @name Temperature access functions.
+  /// There are several ways to get the temperature, and several modeled temperature
+  /// values that can be retrieved.
+  // @{
+  /// Returns the actual, modeled temperature at the current altitude in degrees Rankine.
+  /// @return Modeled temperature in degrees Rankine.
+  virtual double GetTemperature() const {return Temperature;}
+
+  /// Returns the actual modeled temperature in degrees Rankine at a specified altitude.
+  /// @param altitude The altitude above sea level (ASL) in feet.
+  /// @return Modeled temperature in degrees Rankine at the specified altitude.
+  virtual double GetTemperature(double altitude) const = 0; 
+
+  /// Returns the actual, modeled sea level temperature in degrees Rankine.
+  /// @return The modeled temperature in degrees Rankine at sea level.
+  virtual double GetTemperatureSL() const { return GetTemperature(0.0); }
+
+  /// Returns the ratio of the at-current-altitude temperature as modeled
+  /// over the sea level value.
+  virtual double GetTemperatureRatio() const { return GetTemperature()*rSLtemperature; }
+
+  /// Returns the ratio of the temperature as modeled at the supplied altitude
+  /// over the sea level value.
+  virtual double GetTemperatureRatio(double h) const { return GetTemperature(h)*rSLtemperature; }
+
+  /// Sets the Sea Level temperature.
+  /// @param t the temperature value in the unit provided.
+  /// @param unit the unit of the temperature.
+  virtual void SetTemperatureSL(double t, eTemperature unit=eFahrenheit);
+
+  /// Sets the temperature at the supplied altitude.
+  /// @param t The temperature value in the unit provided.
+  /// @param h The altitude in feet above sea level.
+  /// @param unit The unit of the temperature.
+  virtual void SetTemperature(double t, double h, eTemperature unit=eFahrenheit) = 0;
+  //@}
+
+  //  *************************************************************************
+  /// @name Pressure access functions.
+  //@{
   /// Returns the pressure in psf.
-  double GetPressure(void)  const {return *pressure;}
-  /// Returns the standard pressure at a specified altitude
-  double GetPressure(double altitude);
-  /// Returns the standard temperature at a specified altitude
-  double GetTemperature(double altitude);
-  /// Returns the standard density at a specified altitude
-  double GetDensity(double altitude);
-  /// Returns the speed of sound in ft/sec.
-  double GetSoundSpeed(void) const {return soundspeed;}
-  /// Returns the absolute viscosity.
-  double GetAbsoluteViscosity(void) const {return intViscosity;}
-  /// Returns the kinematic viscosity.
-  double GetKinematicViscosity(void) const {return intKinematicViscosity;}
+  virtual double GetPressure(void)  const {return Pressure;}
+
+  /// Returns the pressure at a specified altitude in psf.
+  virtual double GetPressure(double altitude) const = 0;
 
-  /// Returns the sea level temperature in degrees Rankine.
-  double GetTemperatureSL(void) const { return SLtemperature; }
-  /// Returns the sea level density in slugs/ft^3
-  double GetDensitySL(void)  const { return SLdensity; }
   /// Returns the sea level pressure in psf.
-  double GetPressureSL(void) const { return SLpressure; }
-  /// Returns the sea level speed of sound in ft/sec.
-  double GetSoundSpeedSL(void) const { return SLsoundspeed; }
+  virtual double GetPressureSL(void) const { return SLpressure; }
 
-  /// Returns the ratio of at-altitude temperature over the sea level value.
-  double GetTemperatureRatio(void) const { return (*temperature)*rSLtemperature; }
-  /// Returns the ratio of at-altitude density over the sea level value.
-  double GetDensityRatio(void) const { return (*density)*rSLdensity; }
   /// Returns the ratio of at-altitude pressure over the sea level value.
-  double GetPressureRatio(void) const { return (*pressure)*rSLpressure; }
-  /// Returns the ratio of at-altitude sound speed over the sea level value.
-  double GetSoundSpeedRatio(void) const { return soundspeed*rSLsoundspeed; }
-
-  /// Tells the simulator to use an externally calculated atmosphere model.
-  void UseExternal(void);
-  /// Tells the simulator to use the internal atmosphere model.
-  void UseInternal(void);  //this is the default
-  /// Gets the boolean that tells if the external atmosphere model is being used.
-  bool External(void) { return useExternal; }
-
-  /// Provides the external atmosphere model with an interface to set the temperature.
-  void SetExTemperature(double t)  { exTemperature=t; }
-  /// Provides the external atmosphere model with an interface to set the density.
-  void SetExDensity(double d)      { exDensity=d; }
-  /// Provides the external atmosphere model with an interface to set the pressure.
-  void SetExPressure(double p)     { exPressure=p; }
-
-  /// Sets the temperature deviation at sea-level in degrees Fahrenheit
-  void SetSLTempDev(double d)  { T_dev_sl = d; }
-  /// Gets the temperature deviation at sea-level in degrees Fahrenheit
-  double GetSLTempDev(void) const { return T_dev_sl; }
-  /// Sets the current delta-T in degrees Fahrenheit
-  void SetDeltaT(double d)  { delta_T = d; }
-  /// Gets the current delta-T in degrees Fahrenheit
-  double GetDeltaT(void) const  { return delta_T; }
-  /// Gets the at-altitude temperature deviation in degrees Fahrenheit
-  double GetTempDev(void) const { return T_dev; }
-  /// Gets the density altitude in feet
-  double GetDensityAltitude(void) const { return density_altitude; }
-
-  // TOTAL WIND access functions (wind + gust + turbulence)
-
-  /// Retrieves the total wind components in NED frame.
-  const FGColumnVector3& GetTotalWindNED(void) const { return vTotalWindNED; }
-
-  /// Retrieves a total wind component in NED frame.
-  double GetTotalWindNED(int idx) const {return vTotalWindNED(idx);}
-
-  // WIND access functions
-
-  /// Sets the wind components in NED frame.
-  void SetWindNED(double wN, double wE, double wD) { vWindNED(1)=wN; vWindNED(2)=wE; vWindNED(3)=wD;}
-
-  /// Sets a wind component in NED frame.
-  void SetWindNED(int idx, double wind) { vWindNED(idx)=wind;}
-
-  /// Retrieves the wind components in NED frame.
-  FGColumnVector3& GetWindNED(void) { return vWindNED; }
-
-  /// Retrieves a wind component in NED frame.
-  double GetWindNED(int idx) const {return vWindNED(idx);}
-
-  /** Retrieves the direction that the wind is coming from.
-      The direction is defined as north=0 and increases counterclockwise.
-      The wind heading is returned in radians.*/
-  double GetWindPsi(void) const { return psiw; }
-
-  /** Sets the direction that the wind is coming from.
-      The direction is defined as north=0 and increases counterclockwise to 2*pi (radians). The
-      vertical component of wind is assumed to be zero - and is forcibly set to zero. This function
-      sets the vWindNED vector components based on the supplied direction. The magnitude of
-      the wind set in the vector is preserved (assuming the vertical component is non-zero).
-      @param dir wind direction in the horizontal plane, in radians.*/
-  void SetWindPsi(double dir);
+  virtual double GetPressureRatio(void) const { return Pressure*rSLpressure; }
+
+  /** Sets the sea level pressure for modeling.
+      @param pressure The pressure in the units specified.
+      @param unit the unit of measure that the specified pressure is
+                  supplied in.*/
+  virtual void SetPressureSL(ePressure unit, double pressure);
+  //@}
+
+  //  *************************************************************************
+  /// @name Density access functions.
+  //@{
+  /** Returns the density in slugs/ft^3.
+      This function may only be used if Run() is called first. */
+  virtual double GetDensity(void)  const {return Density;}
 
-  void SetWindspeed(double speed);
+  /** Returns the density in slugs/ft^3 at a given altitude in ft. */
+  virtual double GetDensity(double altitude) const;
 
-  double GetWindspeed(void) const;
+  /// Returns the sea level density in slugs/ft^3
+  virtual double GetDensitySL(void)  const { return SLdensity; }
 
-  // GUST access functions
+  /// Returns the ratio of at-altitude density over the sea level value.
+  virtual double GetDensityRatio(void) const { return Density*rSLdensity; }
+  //@}
 
-  /// Sets a gust component in NED frame.
-  void SetGustNED(int idx, double gust) { vGustNED(idx)=gust;}
+  //  *************************************************************************
+  /// @name Speed of sound access functions.
+  //@{
+  /// Returns the speed of sound in ft/sec.
+  virtual double GetSoundSpeed(void) const {return Soundspeed;}
 
-  /// Sets a turbulence component in NED frame.
-  void SetTurbNED(int idx, double turb) { vTurbulenceNED(idx)=turb;}
+  /// Returns the sea level speed of sound in ft/sec.
+  virtual double GetSoundSpeedSL(void) const { return SLsoundspeed; }
 
-  /// Sets the gust components in NED frame.
-  void SetGustNED(double gN, double gE, double gD) { vGustNED(eNorth)=gN; vGustNED(eEast)=gE; vGustNED(eDown)=gD;}
+  /// Returns the ratio of at-altitude sound speed over the sea level value.
+  virtual double GetSoundSpeedRatio(void) const { return Soundspeed*rSLsoundspeed; }
+  //@}
 
-  /// Retrieves a gust component in NED frame.
-  double GetGustNED(int idx) const {return vGustNED(idx);}
+  //  *************************************************************************
+  /// @name Viscosity access functions.
+  //@{
+  /// Returns the absolute viscosity.
+  virtual double GetAbsoluteViscosity(void) const {return Viscosity;}
 
-  /// Retrieves a turbulence component in NED frame.
-  double GetTurbNED(int idx) const {return vTurbulenceNED(idx);}
+  /// Returns the kinematic viscosity.
+  virtual double GetKinematicViscosity(void) const {return KinematicViscosity;}
+  //@}
 
-  /// Retrieves the gust components in NED frame.
-  FGColumnVector3& GetGustNED(void) {return vGustNED;}
+  virtual double GetDensityAltitude() const {return DensityAltitude;}
 
-  /** Turbulence models available: ttNone, ttStandard, ttBerndt, ttCulp, ttMilspec, ttTustin */
-  void   SetTurbType(tType tt) {turbType = tt;}
-  tType  GetTurbType() const {return turbType;}
+  virtual double GetPressureAltitude() const {return PressureAltitude;}
 
-  void   SetTurbGain(double tg) {TurbGain = tg;}
-  double GetTurbGain() const {return TurbGain;}
+  struct Inputs {
+    double altitudeASL;
+  } in;
 
-  void   SetTurbRate(double tr) {TurbRate = tr;}
-  double GetTurbRate() const {return TurbRate;}
+protected:
+  double    SLtemperature,    SLdensity,    SLpressure,    SLsoundspeed; // Sea level conditions
+  double      Temperature,      Density,      Pressure,      Soundspeed; // Current actual conditions at altitude
+  double   rSLtemperature,   rSLdensity,   rSLpressure,   rSLsoundspeed; // Reciprocal of sea level conditions
 
-  void   SetRhythmicity(double r) {Rhythmicity=r;}
-  double GetRhythmicity() const {return Rhythmicity;}
+  double PressureAltitude;
+  double DensityAltitude;
 
-  double GetTurbPQR(int idx) const {return vTurbPQR(idx);}
-  double GetTurbMagnitude(void) const {return Magnitude;}
-  const FGColumnVector3& GetTurbDirection(void) const {return vDirection;}
-  const FGColumnVector3& GetTurbPQR(void) const {return vTurbPQR;}
+  const double SutherlandConstant, Beta;
+  double Viscosity, KinematicViscosity;
 
-  void   SetWindspeed20ft(double ws) { windspeed_at_20ft = ws;}
-  double GetWindspeed20ft() const { return windspeed_at_20ft;}
+  /// Calculate the atmosphere for the given altitude.
+  void Calculate(double altitude);
 
-  /// allowable range: 0-7, 3=light, 4=moderate, 6=severe turbulence
-  void   SetProbabilityOfExceedence( int idx) {probability_of_exceedence_index = idx;}
-  int    GetProbabilityOfExceedence() const { return probability_of_exceedence_index;}
+  // Converts to Rankine from one of several unit systems.
+  virtual double ConvertToRankine(double t, eTemperature unit) const;
+  
+  // Converts to PSF (pounds per square foot) from one of several unit systems.
+  virtual double ConvertToPSF(double t, ePressure unit=ePSF) const;
 
-protected:
-  double rho;
-
-  struct atmType {double Temperature; double Pressure; double Density;};
-  int lastIndex;
-  double h;
-  double htab[8];
-  double StdSLtemperature,StdSLdensity,StdSLpressure,StdSLsoundspeed;
-  double rSLtemperature,rSLdensity,rSLpressure,rSLsoundspeed; //reciprocals
-  double SLtemperature,SLdensity,SLpressure,SLsoundspeed;
-  double *temperature, *density, *pressure;
-  double soundspeed;
-  bool useExternal;
-  double exTemperature,exDensity,exPressure;
-  double intTemperature, intDensity, intPressure;
-  double SutherlandConstant, Beta, intViscosity, intKinematicViscosity;
-  double T_dev_sl, T_dev, delta_T, density_altitude;
-  atmType atmosphere;
-  bool StandardTempOnly;
-  bool first_pass;
-
-  double MagnitudedAccelDt, MagnitudeAccel, Magnitude;
-  double TurbGain;
-  double TurbRate;
-  double Rhythmicity;
-  double wind_from_clockwise;
-  double spike, target_time, strength;
-  FGColumnVector3 vDirectiondAccelDt;
-  FGColumnVector3 vDirectionAccel;
-  FGColumnVector3 vDirection;
-  FGColumnVector3 vTurbulenceGrad;
-  FGColumnVector3 vBodyTurbGrad;
-  FGColumnVector3 vTurbPQR;
-
-  // Dryden turbulence model
-  double windspeed_at_20ft; ///< in ft/s
-  int probability_of_exceedence_index; ///< this is bound as the severity property
-  FGTable *POE_Table; ///< probability of exceedence table
-
-  double psiw;
-  FGColumnVector3 vTotalWindNED;
-  FGColumnVector3 vWindNED;
-  FGColumnVector3 vGustNED;
-  FGColumnVector3 vTurbulenceNED;
-
-  /// Calculate the atmosphere for the given altitude, including effects of temperature deviation.
-  void Calculate(double altitude);
-  /// Calculate atmospheric properties other than the basic T, P and rho.
-  void CalculateDerived(void);
-  /// Get T, P and rho for a standard atmosphere at the given altitude.
-  void GetStdAtmosphere(double altitude);
-  void Turbulence(void);
-  void bind(void);
+  virtual void bind(void);
   void Debug(int from);
 };