]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blobdiff - src/FDM/YASim/Airplane.cpp
YASim now supports the new fuel.nas fuel management system. It
[flightgear.git] / src / FDM / YASim / Airplane.cpp
index 058221d991f527047fcca2595de74155ceaffebc..166a861b54b1b352792da5b002dcfb2ef86d14f2 100644 (file)
@@ -5,8 +5,9 @@
 #include "Glue.hpp"
 #include "RigidBody.hpp"
 #include "Surface.hpp"
+#include "Rotorpart.hpp"
+#include "Rotorblade.hpp"
 #include "Thruster.hpp"
-
 #include "Airplane.hpp"
 
 namespace yasim {
@@ -15,6 +16,18 @@ namespace yasim {
 inline float norm(float f) { return f<1 ? 1/f : f; }
 inline float abs(float f) { return f<0 ? -f : f; }
 
+// Solver threshold.  How close to the solution are we trying
+// to get?  Trying too hard can result in oscillations about
+// the correct solution, which is bad.  Stick this in as a
+// compile time constant for now, and consider making it
+// settable per-model.
+const float STHRESH = 1;
+
+// How slowly do we change values in the solver.  Too slow, and
+// the solution converges very slowly.  Too fast, and it can
+// oscillate.
+const float SOLVE_TWEAK = 0.3226;
+
 Airplane::Airplane()
 {
     _emptyWeight = 0;
@@ -53,6 +66,8 @@ Airplane::~Airplane()
        delete (Surface*)_surfs.get(i);    
     for(i=0; i<_contacts.size(); i++)
         delete[] (float*)_contacts.get(i);
+    for(i=0; i<_solveWeights.size(); i++)
+        delete[] (SolveWeight*)_solveWeights.get(i);
 }
 
 void Airplane::iterate(float dt)
@@ -63,29 +78,12 @@ void Airplane::iterate(float dt)
     _model.iterate();
 }
 
-void Airplane::consumeFuel(float dt)
+void Airplane::calcFuelWeights()
 {
-    // This is a really simple implementation that assumes all engines
-    // draw equally from all tanks in proportion to the amount of fuel
-    // stored there.  Needs to be fixed, but that has to wait for a
-    // decision as to what the property interface will look like.
-    int i, outOfFuel = 0;
-    float fuelFlow = 0, totalFuel = 0.00001; // <-- overflow protection
-    for(i=0; i<_thrusters.size(); i++)
-        fuelFlow += ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->thruster->getFuelFlow();
-    for(i=0; i<_tanks.size(); i++)
-        totalFuel += ((Tank*)_tanks.get(i))->fill;
-    for(i=0; i<_tanks.size(); i++) {
+    for(int i=0; i<_tanks.size(); i++) {
         Tank* t = (Tank*)_tanks.get(i);
-        t->fill -= dt * fuelFlow * (t->fill/totalFuel);
-        if(t->fill <= 0) {
-            t->fill = 0;
-            outOfFuel = 1;
-        }
+        _model.getBody()->setMass(t->handle, t->fill);
     }
-    if(outOfFuel)
-        for(int i=0; i<_thrusters.size(); i++)
-            ((ThrustRec*)_thrusters.get(i))->thruster->setFuelState(false);
 }
 
 ControlMap* Airplane::getControlMap()
@@ -151,27 +149,23 @@ void Airplane::updateGearState()
     }
 }
 
-void Airplane::setApproach(float speed, float altitude)
-{
-    // The zero AoA will become a calculated stall AoA in compile()
-    setApproach(speed, altitude, 0);
-}
-
-void Airplane::setApproach(float speed, float altitude, float aoa)
+void Airplane::setApproach(float speed, float altitude, float aoa, float fuel)
 {
     _approachSpeed = speed;
     _approachP = Atmosphere::getStdPressure(altitude);
     _approachT = Atmosphere::getStdTemperature(altitude);
     _approachAoA = aoa;
+    _approachFuel = fuel;
 }
  
-void Airplane::setCruise(float speed, float altitude)
+void Airplane::setCruise(float speed, float altitude, float fuel)
 {
     _cruiseSpeed = speed;
     _cruiseP = Atmosphere::getStdPressure(altitude);
     _cruiseT = Atmosphere::getStdTemperature(altitude);
     _cruiseAoA = 0;
     _tailIncidence = 0;
+    _cruiseFuel = fuel;
 }
 
 void Airplane::setElevatorControl(int control)
@@ -197,6 +191,15 @@ void Airplane::addCruiseControl(int control, float val)
     _cruiseControls.add(c);
 }
 
+void Airplane::addSolutionWeight(bool approach, int idx, float wgt)
+{
+    SolveWeight* w = new SolveWeight();
+    w->approach = approach;
+    w->idx = idx;
+    w->wgt = wgt;
+    _solveWeights.add(w);
+}
+
 int Airplane::numTanks()
 {
     return _tanks.size();
@@ -207,6 +210,11 @@ float Airplane::getFuel(int tank)
     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->fill;
 }
 
+float Airplane::setFuel(int tank, float fuel)
+{
+    ((Tank*)_tanks.get(tank))->fill = fuel;
+}
+
 float Airplane::getFuelDensity(int tank)
 {
     return ((Tank*)_tanks.get(tank))->density;
@@ -237,6 +245,11 @@ void Airplane::addVStab(Wing* vstab)
     _vstabs.add(vstab);
 }
 
+void Airplane::addRotor(Rotor* rotor)
+{
+    _rotors.add(rotor);
+}
+
 void Airplane::addFuselage(float* front, float* back, float width,
                            float taper, float mid)
 {
@@ -425,6 +438,43 @@ float Airplane::compileWing(Wing* w)
     return wgt;
 }
 
+float Airplane::compileRotor(Rotor* r)
+{
+    // Todo: add rotor to model!!!
+    // Todo: calc and add mass!!!
+    r->compile();
+    _model.addRotor(r);
+
+    float wgt = 0;
+    int i;
+    for(i=0; i<r->numRotorparts(); i++) {
+        Rotorpart* s = (Rotorpart*)r->getRotorpart(i);
+
+        _model.addRotorpart(s);
+        
+        float mass = s->getWeight();
+        mass = mass * Math::sqrt(mass);
+        float pos[3];
+        s->getPosition(pos);
+        _model.getBody()->addMass(mass, pos);
+        wgt += mass;
+    }
+    
+    for(i=0; i<r->numRotorblades(); i++) {
+        Rotorblade* b = (Rotorblade*)r->getRotorblade(i);
+
+        _model.addRotorblade(b);
+        
+        float mass = b->getWeight();
+        mass = mass * Math::sqrt(mass);
+        float pos[3];
+        b->getPosition(pos);
+        _model.getBody()->addMass(mass, pos);
+        wgt += mass;
+    }
+    return wgt;
+}
+
 float Airplane::compileFuselage(Fuselage* f)
 {
     // The front and back are contact points
@@ -558,17 +608,19 @@ void Airplane::compile()
     float aeroWgt = 0;
 
     // The Wing objects
-    aeroWgt += compileWing(_wing);
-    aeroWgt += compileWing(_tail);
+    if (_wing)
+      aeroWgt += compileWing(_wing);
+    if (_tail)
+      aeroWgt += compileWing(_tail);
     int i;
-    for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
+    for(i=0; i<_vstabs.size(); i++)
         aeroWgt += compileWing((Wing*)_vstabs.get(i)); 
-    }
+    for(i=0; i<_rotors.size(); i++)
+        aeroWgt += compileRotor((Rotor*)_rotors.get(i)); 
     
     // The fuselage(s)
-    for(i=0; i<_fuselages.size(); i++) {
+    for(i=0; i<_fuselages.size(); i++)
         aeroWgt += compileFuselage((Fuselage*)_fuselages.get(i));
-    }
 
     // Count up the absolute weight we have
     float nonAeroWgt = _ballast;
@@ -610,11 +662,14 @@ void Airplane::compile()
 
     // Ground effect
     float gepos[3];
-    float gespan = _wing->getGroundEffect(gepos);
+    float gespan = 0;
+    if(_wing)
+      gespan = _wing->getGroundEffect(gepos);
     _model.setGroundEffect(gepos, gespan, 0.15f);
 
     solveGear();
-    solve();
+    if(_wing && _tail) solve();
+    else solveHelicopter();
 
     // Do this after solveGear, because it creates "gear" objects that
     // we don't want to affect.
@@ -693,6 +748,18 @@ void Airplane::stabilizeThrust()
        _model.getThruster(i)->stabilize();
 }
 
+void Airplane::setupWeights(bool isApproach)
+{
+    int i;
+    for(i=0; i<_weights.size(); i++)
+        setWeight(i, 0);
+    for(i=0; i<_solveWeights.size(); i++) {
+        SolveWeight* w = (SolveWeight*)_solveWeights.get(i);
+        if(w->approach == isApproach)
+            setWeight(w->idx, w->wgt);
+    }
+}
+
 void Airplane::runCruise()
 {
     setupState(_cruiseAoA, _cruiseSpeed, &_cruiseState);
@@ -714,8 +781,8 @@ void Airplane::runCruise()
     Math::mul3(-1, _cruiseState.v, wind);
     Math::vmul33(_cruiseState.orient, wind, wind);
  
-    // Cruise is by convention at 50% tank capacity
-    setFuelFraction(0.5);
+    setFuelFraction(_cruiseFuel);
+    setupWeights(false);
    
     // Set up the thruster parameters and iterate until the thrust
     // stabilizes.
@@ -757,8 +824,9 @@ void Airplane::runApproach()
     Math::mul3(-1, _approachState.v, wind);
     Math::vmul33(_approachState.orient, wind, wind);
     
-    // Approach is by convention at 20% tank capacity
-    setFuelFraction(0.2f);
+    setFuelFraction(_approachFuel);
+
+    setupWeights(true);
 
     // Run the thrusters until they get to a stable setting.  FIXME:
     // this is lots of wasted work.
@@ -781,10 +849,12 @@ void Airplane::runApproach()
 
 void Airplane::applyDragFactor(float factor)
 {
-    float applied = Math::sqrt(factor);
+    float applied = Math::pow(factor, SOLVE_TWEAK);
     _dragFactor *= applied;
-    _wing->setDragScale(_wing->getDragScale() * applied);
-    _tail->setDragScale(_tail->getDragScale() * applied);
+    if(_wing)
+      _wing->setDragScale(_wing->getDragScale() * applied);
+    if(_tail)
+      _tail->setDragScale(_tail->getDragScale() * applied);
     int i;
     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
        Wing* w = (Wing*)_vstabs.get(i);
@@ -798,10 +868,12 @@ void Airplane::applyDragFactor(float factor)
 
 void Airplane::applyLiftRatio(float factor)
 {
-    float applied = Math::sqrt(factor);
+    float applied = Math::pow(factor, SOLVE_TWEAK);
     _liftRatio *= applied;
-    _wing->setLiftRatio(_wing->getLiftRatio() * applied);
-    _tail->setLiftRatio(_tail->getLiftRatio() * applied);
+    if(_wing)
+      _wing->setLiftRatio(_wing->getLiftRatio() * applied);
+    if(_tail)
+      _tail->setLiftRatio(_tail->getLiftRatio() * applied);
     int i;
     for(i=0; i<_vstabs.size(); i++) {
         Wing* w = (Wing*)_vstabs.get(i);
@@ -830,20 +902,11 @@ void Airplane::solve()
     float tmp[3];
     _solutionIterations = 0;
     _failureMsg = 0;
+
     while(1) {
-#if 0
-        printf("%d %f %f %f %f %f\n", //DEBUG
-               _solutionIterations,
-               1000*_dragFactor,
-               _liftRatio,
-               _cruiseAoA,
-               _tailIncidence,
-               _approachElevator.val);
-#endif
-
-       if(_solutionIterations++ > 10000) {
+        if(_solutionIterations++ > 10000) { 
             _failureMsg = "Solution failed to converge after 10000 iterations";
-           return;
+            return;
         }
 
        // Run an iteration at cruise, and extract the needed numbers:
@@ -924,30 +987,30 @@ void Airplane::solve()
        applyLiftRatio(liftFactor);
 
        // DON'T do the following until the above are sane
-       if(normFactor(dragFactor) > 1.0001
-          || normFactor(liftFactor) > 1.0001)
+       if(normFactor(dragFactor) > STHRESH*1.0001
+          || normFactor(liftFactor) > STHRESH*1.0001)
        {
            continue;
        }
 
        // OK, now we can adjust the minor variables:
-       _cruiseAoA += 0.5f*aoaDelta;
-       _tailIncidence += 0.5f*tailDelta;
+       _cruiseAoA += SOLVE_TWEAK*aoaDelta;
+       _tailIncidence += SOLVE_TWEAK*tailDelta;
        
        _cruiseAoA = clamp(_cruiseAoA, -0.175f, 0.175f);
        _tailIncidence = clamp(_tailIncidence, -0.175f, 0.175f);
 
-        if(abs(xforce/_cruiseWeight) < 0.0001 &&
-           abs(alift/_approachWeight) < 0.0001 &&
-           abs(aoaDelta) < .000017 &&
-           abs(tailDelta) < .000017)
+        if(abs(xforce/_cruiseWeight) < STHRESH*0.0001 &&
+           abs(alift/_approachWeight) < STHRESH*0.0001 &&
+           abs(aoaDelta) < STHRESH*.000017 &&
+           abs(tailDelta) < STHRESH*.000017)
         {
             // If this finaly value is OK, then we're all done
-            if(abs(elevDelta) < 0.0001)
+            if(abs(elevDelta) < STHRESH*0.0001)
                 break;
 
             // Otherwise, adjust and do the next iteration
-            _approachElevator.val += 0.8 * elevDelta;
+            _approachElevator.val += SOLVE_TWEAK * elevDelta;
             if(abs(_approachElevator.val) > 1) {
                 _failureMsg = "Insufficient elevator to trim for approach";
                 break;
@@ -969,4 +1032,18 @@ void Airplane::solve()
        return;
     }
 }
+
+void Airplane::solveHelicopter()
+{
+    _solutionIterations = 0;
+    _failureMsg = 0;
+
+    applyDragFactor(Math::pow(15.7/1000, 1/SOLVE_TWEAK));
+    applyLiftRatio(Math::pow(104, 1/SOLVE_TWEAK));
+    setupState(0,0, &_cruiseState);
+    _model.setState(&_cruiseState);
+    _controls.reset();
+    _model.getBody()->reset();
+}
+
 }; // namespace yasim