]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blobdiff - src/FDM/YASim/PistonEngine.cpp
MSVC (warning) fixes.
[flightgear.git] / src / FDM / YASim / PistonEngine.cpp
index 5a6cff14c2272e1b737d22f76016e7f40fa13880..75c70d9de29fb9a860b918c6269ed6b407aaaa44 100644 (file)
@@ -3,13 +3,21 @@
 #include "PistonEngine.hpp"
 namespace yasim {
 
+const static float HP2W = 745.7f;
+const static float CIN2CM = 1.6387064e-5f;
+const static float RPM2RADPS = 0.1047198f;
+
 PistonEngine::PistonEngine(float power, float speed)
 {
+    _boost = 1;
+    _running = false;
+    _fuel = true;
+
     // Presume a BSFC (in lb/hour per HP) of 0.45.  In SI that becomes
-    // (2.2 lb/kg, 745.7 W/hp, 3600 sec/hour) 3.69e-07 kg/Ws.
-    _f0 = power * 3.69e-07;
+    // (2.2 lb/kg, 745.7 W/hp, 3600 sec/hour) 7.62e-08 kg/Ws.
+    _f0 = power * 7.62e-08f;
 
-    _P0 = power;
+    _power0 = power;
     _omega0 = speed;
 
     // We must be at sea level under standard conditions
@@ -18,11 +26,17 @@ PistonEngine::PistonEngine(float power, float speed)
     // Further presume that takeoff is (duh) full throttle and
     // peak-power, that means that by our efficiency function, we are
     // at 11/8 of "ideal" fuel flow.
-    float realFlow = _f0 * (11.0/8.0);
-    _mixCoeff = realFlow * 1.1 / _omega0;
+    float realFlow = _f0 * (11.0f/8.0f);
+    _mixCoeff = realFlow * 1.1f / _omega0;
 
     _turbo = 1;
     _maxMP = 1e6; // No waste gate on non-turbo engines.
+
+    // Guess at reasonable values for these guys.  Displacements run
+    // at about 2 cubic inches per horsepower or so, at least for
+    // non-turbocharged engines.
+    _compression = 8;
+    _displacement = power * (2*CIN2CM/HP2W);
 }
 
 void PistonEngine::setTurboParams(float turbo, float maxMP)
@@ -32,43 +46,85 @@ void PistonEngine::setTurboParams(float turbo, float maxMP)
 
     // This changes the "sea level" manifold air density
     float P0 = Atmosphere::getStdPressure(0);
-    float P = P0 * _turbo;
+    float P = P0 * (1 + _boost * (_turbo - 1));
     if(P > _maxMP) P = _maxMP;
     float T = Atmosphere::getStdTemperature(0) * Math::pow(P/P0, 2./7.);
-    _rho0 = P / (287.1 * T);
+    _rho0 = P / (287.1f * T);
 }
 
-float PistonEngine::getPower()
+void PistonEngine::setDisplacement(float d)
 {
-    return _P0;
+    _displacement = d;
 }
 
-void PistonEngine::setThrottle(float t)
+void PistonEngine::setCompression(float c)
 {
-    _throttle = t;
+    _compression = c;
 }
 
-void PistonEngine::setMixture(float m)
+float PistonEngine::getMaxPower()
 {
-    _mixture = m;
+    return _power0;
 }
 
-void PistonEngine::calc(float P, float T, float speed,
-                       float* torqueOut, float* fuelFlowOut)
+bool PistonEngine::isCranking()
 {
-    // The actual fuel flow
-    float fuel = _mixture * _mixCoeff * speed;
-
-    // manifold air density
-    if(_turbo != 1) {
-        float P1 = P * _turbo;
-        if(P1 > _maxMP) P1 = _maxMP;
-        T *= Math::pow(P1/P, 2./7.);
-        P = P1;
-    }
-    float density = P / (287.1 * T);
-    
-    float rho = density * _throttle;
+    return _starter;
+}
+
+float PistonEngine::getTorque()
+{
+    return _torque;
+}
+
+float PistonEngine::getFuelFlow()
+{
+    return _fuelFlow;
+}
+
+float PistonEngine::getMP()
+{
+    return _mp;
+}
+
+float PistonEngine::getEGT()
+{
+    return _egt;
+}
+
+void PistonEngine::calc(float pressure, float temp, float speed)
+{
+    if(_magnetos == 0 || speed < 60*RPM2RADPS)
+       _running = false;
+    else if(_fuel == false)
+        _running = false;
+    else
+       _running = true;
+
+    // Calculate manifold pressure as ambient pressure modified for
+    // turbocharging and reduced by the throttle setting.  According
+    // to Dave Luff, minimum throttle at sea level corresponds to 6"
+    // manifold pressure.  Assume that this means that minimum MP is
+    // always 20% of ambient pressure. (But that's too much idle
+    // power, so use 10% instead!) But we need to produce _zero_
+    // thrust at that setting, so hold onto the "output" value
+    // separately.  Ick.
+    _mp = pressure * (1 + _boost*(_turbo-1)); // turbocharger
+    float mp = _mp * (0.1f + 0.9f * _throttle); // throttle
+    _mp *= _throttle;
+    if(mp > _maxMP) mp = _maxMP;              // wastegate
+
+    // Air entering the manifold does so rapidly, and thus the
+    // pressure change can be assumed to be adiabatic.  Calculate a
+    // temperature change, and use that to get the density.
+    float T = temp * Math::pow(mp/pressure, 2.0/7.0);
+    float rho = mp / (287.1f * T);
+
+    // The actual fuel flow is determined only by engine RPM and the
+    // mixture setting.  Not all of this will burn with the same
+    // efficiency.
+    _fuelFlow = _mixture * speed * _mixCoeff;
+    if(_fuel == false) _fuelFlow = 0;
 
     // How much fuel could be burned with ideal (i.e. uncorrected!)
     // combustion.
@@ -81,18 +137,66 @@ void PistonEngine::calc(float P, float T, float speed,
     // interpolate.  This vaguely matches a curve I copied out of a
     // book for a single engine.  Shrug.
     float burned;
-    float r = fuel/burnable;
+    float r = _fuelFlow/burnable;
     if     (burnable == 0) burned = 0;
-    else if(r < .625)      burned = fuel;
+    else if(r < .625)      burned = _fuelFlow;
     else if(r > 1.375)     burned = burnable;
-    else                   burned = fuel + (burnable-fuel)*(r-.625)*(4.0/3.0);
+    else
+        burned = _fuelFlow + (burnable-_fuelFlow)*(r-0.625f)*(4.0f/3.0f);
+
+    // Correct for engine control state
+    if(!_running)
+       burned = 0;
+    if(_magnetos < 3)
+       burned *= 0.9f;
 
     // And finally the power is just the reference power scaled by the
-    // amount of fuel burned.
-    float power = _P0 * burned/_f0;
+    // amount of fuel burned, and torque is that divided by RPM.
+    float power = _power0 * burned/_f0;
+    _torque = power/speed;
+
+    // Figure that the starter motor produces 15% of the engine's
+    // cruise torque.  Assuming 60RPM starter speed vs. 1800RPM cruise
+    // speed on a 160HP engine, that comes out to about 160*.15/30 ==
+    // 0.8 HP starter motor.  Which sounds about right to me.  I think
+    // I've finally got this tuned. :)
+    if(_starter && !_running)
+       _torque += 0.15f * _power0/_omega0;
+
+    // Also, add a negative torque of 8% of cruise, to represent
+    // internal friction.  Propeller aerodynamic friction is too low
+    // at low RPMs to provide a good deceleration.  Interpolate it
+    // away as we approach cruise RPMs (full at 50%, zero at 100%),
+    // though, to prevent interaction with the power computations.
+    // Ugly.
+    if(speed > 0 && speed < _omega0) {
+        float interp = 2 - 2*speed/_omega0;
+        interp = (interp > 1) ? 1 : interp;
+       _torque -= 0.08f * (_power0/_omega0) * interp;
+    }
 
-    *torqueOut = power/speed;
-    *fuelFlowOut = fuel;
+    // Now EGT.  This one gets a little goofy.  We can calculate the
+    // work done by an isentropically expanding exhaust gas as the
+    // mass of the gas times the specific heat times the change in
+    // temperature.  The mass is just the engine displacement times
+    // the manifold density, plus the mass of the fuel, which we know.
+    // The change in temperature can be calculated adiabatically as a
+    // function of the exhaust gas temperature and the compression
+    // ratio (which we know).  So just rearrange the equation to get
+    // EGT as a function of engine power.  Cool.  I'm using a value of
+    // 1300 J/(kg*K) for the exhaust gas specific heat.  I found this
+    // on a web page somewhere; no idea if it's accurate.  Also,
+    // remember that four stroke engines do one combustion cycle every
+    // TWO revolutions, so the displacement per revolution is half of
+    // what we'd expect.  And diddle the work done by the gas a bit to
+    // account for non-thermodynamic losses like internal friction;
+    // 10% should do it.
+
+    float massFlow = _fuelFlow + (rho * 0.5f * _displacement * speed);
+    float specHeat = 1300;
+    float corr = 1.0f/(Math::pow(_compression, 0.4f) - 1.0f);
+    _egt = corr * (power * 1.1f) / (massFlow * specHeat);
+    if(_egt < temp) _egt = temp;
 }
 
 }; // namespace yasim