]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/commitdiff
Starting to play around with an engine model.
authorcurt <curt>
Mon, 28 Aug 2000 20:39:55 +0000 (20:39 +0000)
committercurt <curt>
Mon, 28 Aug 2000 20:39:55 +0000 (20:39 +0000)
src/FDM/10520d.cxx [new file with mode: 0644]
src/FDM/10520d.hxx [new file with mode: 0644]
src/FDM/Makefile.am
src/FDM/engine.cxx [new file with mode: 0644]

diff --git a/src/FDM/10520d.cxx b/src/FDM/10520d.cxx
new file mode 100644 (file)
index 0000000..4ffaa9c
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,460 @@
+// Module:        10520c.c
+//  Author:       Phil Schubert
+//  Date started: 12/03/99
+//  Purpose:      Models a Continental IO-520-M Engine
+//  Called by:    FGSimExec
+// 
+//  Copyright (C) 1999  Philip L. Schubert (philings@ozemail.com.au)
+//
+// This program is free software; you can redistribute it and/or
+// modify it under the terms of the GNU General Public License as
+// published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+// License, or (at your option) any later version.
+//
+// This program is distributed in the hope that it will be useful, but
+// WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+// General Public License for more details.
+//
+// You should have received a copy of the GNU General Public License
+// along with this program; if not, write to the Free Software
+// Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
+// 02111-1307, USA.
+//
+// Further information about the GNU General Public License can also
+// be found on the world wide web at http://www.gnu.org.
+//
+// FUNCTIONAL DESCRIPTION
+// ------------------------------------------------------------------------
+// Models a Continental IO-520-M engine. This engine is used in Cessna
+// 210, 310, Beechcraft Bonaza and Baron C55. The equations used below
+// were determined by a first and second order curve fits using Excel. 
+// The data is from the Cessna Aircraft Corporations Engine and Flight
+// Computer for C310. Part Number D3500-13
+// 
+// ARGUMENTS
+// ------------------------------------------------------------------------
+// 
+// 
+// HISTORY
+// ------------------------------------------------------------------------
+// 12/03/99    PLS     Created
+// 07/03/99    PLS     Added Calculation of Density, and Prop_Torque
+// 07/03/99    PLS     Restructered Variables to allow easier implementation
+//                     of Classes
+// 15/03/99    PLS     Added Oil Pressure, Oil Temperature and CH Temp
+// ------------------------------------------------------------------------
+// INCLUDES
+// ------------------------------------------------------------------------
+
+#include <iostream.h>
+#include <math.h>
+
+#include "10520d.hxx"
+
+
+// ------------------------------------------------------------------------
+// CODE
+// ------------------------------------------------------------------------
+
+
+// Calculate Engine RPM based on Propellor Lever Position
+float FGEngine::Calc_Engine_RPM (float LeverPosition)
+{
+    // Calculate RPM as set by Prop Lever Position. Assumes engine
+    // will run at 1000 RPM at full course
+    
+    float RPM;
+    RPM = LeverPosition * Max_RPM / 100.0;
+    // * ((FGEng_Max_RPM + FGEng_Min_RPM) / 100);
+    
+    if ( RPM >= Max_RPM ) {
+       RPM = Max_RPM;
+    }
+
+    return RPM;
+}
+
+
+// Calculate Manifold Pressure based on Throttle lever Position
+static float Calc_Manifold_Pressure ( float LeverPosn, float MaxMan)
+{
+    float Inches;  
+    // if ( x < = 0 ) {
+    //   x = 0.00001;
+    // }
+    Inches = LeverPosn * MaxMan / 100;
+    return Inches;
+}
+
+
+// set initial default values
+void FGEngine::init() {
+    // Control and environment inputs
+    IAS = 0;
+    Throttle_Lever_Pos = 75;
+    Propeller_Lever_Pos = 75;  
+    Mixture_Lever_Pos = 100;
+
+    // Engine Specific Variables used by this program that have limits.
+    // Will be set in a parameter file to be read in to create
+    // and instance for each engine.
+    Max_Manifold_Pressure = 29.50;
+    Max_RPM = 2700;
+    Min_RPM = 1000;
+    Max_Fuel_Flow = 130;
+    Mag_Derate_Percent = 5;
+    MaxHP = 285;
+    Gear_Ratio = 1;
+
+    // Initialise Engine Variables used by this instance
+    Percentage_Power = 0;
+    Manifold_Pressure = 29.00; // Inches
+    RPM = 2700;
+    Fuel_Flow = 0;     // lbs/hour
+    Torque = 0;
+    CHT = 370;
+    Mixture = 14;
+    Oil_Pressure = 0;  // PSI
+    Oil_Temp = 85;     // Deg C
+    HP = 0;
+    RPS = 0;
+    Torque_Imbalance = 0;
+    Desired_RPM = 0;
+
+    // Initialise Propellor Variables used by this instance
+    FGProp1_Angular_V = 0;
+    FGProp1_Coef_Drag =  0.6;
+    FGProp1_Torque = 0;
+    FGProp1_Thrust = 0;
+    FGProp1_RPS = 0;
+    FGProp1_Coef_Lift = 0.1;
+    Alpha1 = 13.5;
+    FGProp1_Blade_Angle = 13.5;
+    FGProp_Fine_Pitch_Stop = 13.5;
+
+    // Other internal values
+    Rho = 0.002378;
+}
+
+
+// Calculate Oil Pressure
+static float Oil_Press (float Oil_Temp, float Engine_RPM)
+{
+    float Oil_Pressure = 0;                    //PSI
+    float Oil_Press_Relief_Valve = 60; //PSI
+    float Oil_Press_RPM_Max = 1800;
+    float Design_Oil_Temp = 85;                //Celsius
+    float Oil_Viscosity_Index = 0.25;  // PSI/Deg C
+    float Temp_Deviation = 0;          // Deg C
+
+    Oil_Pressure = (Oil_Press_Relief_Valve / Oil_Press_RPM_Max) * Engine_RPM;
+       
+    // Pressure relief valve opens at Oil_Press_Relief_Valve PSI setting
+    if (Oil_Pressure >= Oil_Press_Relief_Valve)        
+       {
+           Oil_Pressure = Oil_Press_Relief_Valve;
+       }
+       
+    // Now adjust pressure according to Temp which affects the viscosity
+       
+    Oil_Pressure += (Design_Oil_Temp - Oil_Temp) * Oil_Viscosity_Index;        
+       
+    return Oil_Pressure;
+}
+
+
+// Calculate Cylinder Head Temperature
+static float Calc_CHT (float Fuel_Flow, float Mixture, float IAS)
+{
+    float CHT = 350;
+       
+    return CHT;
+}
+
+
+// Calculate Density Ratio
+static float Density_Ratio ( float x )
+{
+    float y ;
+    y = ((3E-10 * x * x) - (3E-05 * x) + 0.9998);
+    return(y);
+}
+
+
+// Calculate Air Density - Rho
+static float Density ( float x )
+{
+    float y ;
+    y = ((9E-08 * x * x) - (7E-08 * x) + 0.0024);
+    return(y);
+}
+
+
+// Calculate Speed in FPS given Knots CAS
+static float IAS_to_FPS (float x)
+{
+    float y;
+    y = x * 1.68888888;
+    return y;
+}
+
+
+// update the engine model based on current control positions
+void FGEngine::update() {
+    // Declare local variables
+    int num = 0;
+    const int num2 = 1;                // default is 100, number if iterations to run
+    float ManXRPM = 0;
+    float Vo = 0;
+    float V1 = 0;
+
+
+    // Set up the new variables
+    float Blade_Station = 30;
+    float FGProp_Area = 1.405/3;
+    float PI = 3.1428571;
+
+    // Input Variables
+
+    // 0 = Closed, 100 = Fully Open
+    // float Throttle_Lever_Pos = 75;
+    // 0 = Full Course 100 = Full Fine
+    // float Propeller_Lever_Pos = 75; 
+    // 0 = Idle Cut Off 100 = Full Rich
+    // float Mixture_Lever_Pos = 100;
+
+    // Environmental Variables
+
+    // Temp Variation from ISA (Deg F)
+    float FG_ISA_VAR = 0;
+    // Pressure Altitude  1000's of Feet
+    float FG_Pressure_Ht = 0;
+
+    // Parameters that alter the operation of the engine.
+    // Yes = 1. Is there Fuel Available. Calculated elsewhere
+    int Fuel_Available = 1;
+    // Off = 0. Reduces power by 3 % for same throttle setting
+    int Alternate_Air_Pos =0;
+    // 1 = On.   Reduces power by 5 % for same power lever settings
+    int Magneto_Left = 1;
+    // 1 = On.  Ditto, Both of the above though do not alter fuel flow
+    int Magneto_Right = 1;
+
+    // There needs to be a section in here to trap silly values, like
+    // 0, otherwise they will crash the calculations
+
+    // cout << " Number of Iterations ";
+    // cin >> num2;
+    // cout << endl;
+
+    // cout << " Throttle % ";
+    // cin >> Throttle_Lever_Pos;
+    // cout << endl;
+
+    // cout << " Prop % ";
+    // cin >> Propeller_Lever_Pos;
+    // cout << endl;
+
+    //==================================================================
+    // Engine & Environmental Inputs from elsewhere
+
+    // Calculate Air Density (Rho) - In FG this is calculated in 
+    // FG_Atomoshere.cxx
+
+    Rho = Density(FG_Pressure_Ht); // In FG FG_Pressure_Ht is "h"
+    // cout << "Rho = " << Rho << endl;
+
+    // Calculate Manifold Pressure (Engine 1) as set by throttle opening
+
+    Manifold_Pressure = 
+       Calc_Manifold_Pressure( Throttle_Lever_Pos, Max_Manifold_Pressure );
+    // cout << "manifold pressure = " << Manifold_Pressure << endl;
+
+    // Calculate Manifold Pressure (Engine 2) as set by throttle opening
+
+    // FGEng2_Manifold_Pressure = Manifold_Pressure(FGEng2_Throttle_Lever_Pos, FGEng2_Manifold_Pressure);
+    // Show_Manifold_Pressure(FGEng2_Manifold_Pressure);
+
+    RPM = Calc_Engine_RPM(Propeller_Lever_Pos);
+    // cout << "Engine RPM = " << RPM << endl;
+
+    Desired_RPM = RPM;
+
+    //==================================================================
+    // Engine Power & Torque Calculations
+
+    // Loop until stable - required for testing only
+    for (num = 0; num < num2; num++) {
+       // cout << Manifold_Pressure << " Inches" << "\t";
+       // cout << RPM << "  RPM" << "\t";
+
+       // For a given Manifold Pressure and RPM calculate the % Power
+       // Multiply Manifold Pressure by RPM
+       ManXRPM = Manifold_Pressure * RPM;
+       //      cout << ManXRPM;
+       // cout << endl;
+
+       //  Calculate % Power
+       Percentage_Power = (+ 7E-09 * ManXRPM * ManXRPM) 
+           + ( + 7E-04 * ManXRPM) - 0.1218;
+       // cout << Percentage_Power <<  "%" << "\t";
+
+       // Adjust for Temperature - Temperature above Standard decrease
+       // power % by 7/120 per degree F increase, and incease power for
+       // temps below at the same ratio
+       Percentage_Power = Percentage_Power - (FG_ISA_VAR * 7 /120);
+       // cout << Percentage_Power <<  "%" << "\t";
+    
+       // Adjust for Altitude. In this version a linear variation is
+       // used. Decrease 1% for each 1000' increase in Altitde
+       Percentage_Power = Percentage_Power + (FG_Pressure_Ht * 12/10000);      
+       // cout << Percentage_Power <<  "%" << "\t";
+
+       // Now Calculate Fuel Flow based on % Power Best Power Mixture
+       Fuel_Flow = Percentage_Power * Max_Fuel_Flow / 100.0;
+       // cout << Fuel_Flow << " lbs/hr"<< endl;
+       
+       // Now Derate engine for the effects of Bad/Switched off magnetos
+       if (Magneto_Left == 0 && Magneto_Right == 0) {
+           // cout << "Both OFF\n";
+           Percentage_Power = 0;
+       } else if (Magneto_Left && Magneto_Right) {
+           // cout << "Both On    ";
+       } else if (Magneto_Left == 0 || Magneto_Right== 0) {
+           // cout << "1 Magneto Failed   ";
+
+           Percentage_Power = Percentage_Power * 
+               ((100.0 - Mag_Derate_Percent)/100.0);
+           //  cout << FGEng1_Percentage_Power <<  "%" << "\t";
+       }       
+
+       // Calculate Engine Horsepower
+
+       HP = Percentage_Power * MaxHP / 100.0;
+
+       // Calculate Engine Torque
+
+       Torque = HP * 5252 / RPM;
+       // cout << Torque << "Ft/lbs" << "\t";
+
+       // Calculate Cylinder Head Temperature
+       CHT = Calc_CHT( Fuel_Flow, Mixture, IAS);
+       // cout << "Cylinder Head Temp (F) = " << CHT << endl;
+
+       // Calculate Oil Pressure
+       Oil_Pressure = Oil_Press( Oil_Temp, RPM );
+       // cout << "Oil Pressure (PSI) = " << Oil_Pressure << endl;
+       
+       //==============================================================
+
+       // Now do the Propellor Calculations
+
+       // Revs per second
+       FGProp1_RPS = RPM * Gear_Ratio / 60.0;
+       // cout << FGProp1_RPS << " RPS" <<  endl;
+
+       //Radial Flow Vector (V2) Ft/sec at Ref Blade Station (usually 30")
+       FGProp1_Angular_V = FGProp1_RPS * 2 * PI * (Blade_Station / 12);
+       //  cout << FGProp1_Angular_V << "Angular Velocity "  << endl;
+
+       // Axial Flow Vector (Vo) Ft/sec
+       // Some further work required here to allow for inflow at low speeds
+       // Vo = (IAS + 20) * 1.688888;
+       Vo = IAS_to_FPS(IAS + 20);
+       // cout << "Feet/sec = " << Vo << endl;
+
+       // cout << Vo << "Axial Velocity" << endl;
+
+       // Relative Velocity (V1)
+       V1 = sqrt((FGProp1_Angular_V * FGProp1_Angular_V) +
+                 (Vo * Vo));
+       // cout << V1 << "Relative Velocity " << endl;
+
+       // cout << FGProp1_Blade_Angle << " Prop Blade Angle" << endl;
+
+       // Blade Angle of Attack (Alpha1)
+
+       cout << "  Alpha1 = " << Alpha1
+            << "  Blade angle = " << FGProp1_Blade_Angle
+            << "  Vo = " << Vo
+            << "  FGProp1_Angular_V = " << FGProp1_Angular_V << endl;
+       Alpha1 = FGProp1_Blade_Angle -(atan(Vo / FGProp1_Angular_V) * (180/PI));
+       // cout << Alpha1 << " Alpha1" << endl;
+
+       // Calculate Coefficient of Drag at Alpha1
+       FGProp1_Coef_Drag = (0.0005 * (Alpha1 * Alpha1)) + (0.0003 * Alpha1)
+           + 0.0094;
+       //      cout << FGProp1_Coef_Drag << " Coef Drag" << endl;
+
+       // Calculate Coefficient of Lift at Alpha1
+       FGProp1_Coef_Lift = -(0.0026 * (Alpha1 * Alpha1)) + (0.1027 * Alpha1)
+           + 0.2295;
+       // cout << FGProp1_Coef_Lift << " Coef Lift " << endl;
+
+       // Covert Alplha1 to Radians
+       // Alpha1 = Alpha1 * PI / 180;
+
+       //  Calculate Prop Torque
+       FGProp1_Torque = (0.5 * Rho * (V1 * V1) * FGProp_Area
+                         * ((FGProp1_Coef_Lift * sin(Alpha1 * PI / 180))
+                            + (FGProp1_Coef_Drag * cos(Alpha1 * PI / 180))))
+           * (Blade_Station/12);
+       // cout <<  FGProp1_Torque << " Prop Torque" << endl;
+
+       //  Calculate Prop Thrust
+       // cout << "  V1 = " << V1 << "  Alpha1 = " << Alpha1 << endl;
+       FGProp1_Thrust = 0.5 * Rho * (V1 * V1) * FGProp_Area
+           * ((FGProp1_Coef_Lift * cos(Alpha1 * PI / 180))
+              - (FGProp1_Coef_Drag * sin(Alpha1 * PI / 180)));
+       // cout << FGProp1_Thrust << " Prop Thrust " <<  endl;
+
+       // End of Propeller Calculations   
+       //==============================================================
+
+
+
+#if 0  
+       Torque_Imbalance = FGProp1_Torque - Torque; 
+       //  cout <<  Torque_Imbalance << endl;
+
+       if (Torque_Imbalance > 20) {
+           RPM -= 14.5;
+           // FGProp1_RPM -= 25;
+           FGProp1_Blade_Angle -= 0.75;
+       }
+
+       if (FGProp1_Blade_Angle < FGProp_Fine_Pitch_Stop) {
+           FGProp1_Blade_Angle = FGProp_Fine_Pitch_Stop;
+       }
+       if (Torque_Imbalance < -20) {
+           RPM += 14.5;
+           // FGProp1_RPM += 25;
+           FGProp1_Blade_Angle += 0.75;
+       }
+
+       if (RPM >= 2700) {
+           RPM = 2700;
+       }
+#endif
+
+
+       // cout << FGEng1_RPM << " Blade_Angle  " << FGProp1_Blade_Angle << endl << endl;
+
+    }
+}
+
+
+
+
+// Functions
+
+// Calculate Oil Temperature
+
+static float Oil_Temp (float Fuel_Flow, float Mixture, float IAS)
+{
+    float Oil_Temp = 85;
+       
+    return (Oil_Temp);
+}
diff --git a/src/FDM/10520d.hxx b/src/FDM/10520d.hxx
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e4e41fc
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,141 @@
+// Module:        10520c.c
+//  Author:       Phil Schubert
+//  Date started: 12/03/99
+//  Purpose:      Models a Continental IO-520-M Engine
+//  Called by:    FGSimExec
+// 
+//  Copyright (C) 1999  Philip L. Schubert (philings@ozemail.com.au)
+//
+// This program is free software; you can redistribute it and/or
+// modify it under the terms of the GNU General Public License as
+// published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+// License, or (at your option) any later version.
+//
+// This program is distributed in the hope that it will be useful, but
+// WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+// General Public License for more details.
+//
+// You should have received a copy of the GNU General Public License
+// along with this program; if not, write to the Free Software
+// Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
+// 02111-1307, USA.
+//
+// Further information about the GNU General Public License can also
+// be found on the world wide web at http://www.gnu.org.
+//
+// FUNCTIONAL DESCRIPTION
+// ------------------------------------------------------------------------
+// Models a Continental IO-520-M engine. This engine is used in Cessna
+// 210, 310, Beechcraft Bonaza and Baron C55. The equations used below
+// were determined by a first and second order curve fits using Excel. 
+// The data is from the Cessna Aircraft Corporations Engine and Flight
+// Computer for C310. Part Number D3500-13
+// 
+// ARGUMENTS
+// ------------------------------------------------------------------------
+// 
+// 
+// HISTORY
+// ------------------------------------------------------------------------
+// 12/03/99    PLS     Created
+// 07/03/99    PLS     Added Calculation of Density, and Prop_Torque
+// 07/03/99    PLS     Restructered Variables to allow easier implementation
+//                     of Classes
+// 15/03/99    PLS     Added Oil Pressure, Oil Temperature and CH Temp
+// ------------------------------------------------------------------------
+// INCLUDES
+// ------------------------------------------------------------------------
+
+#ifndef _10520D_HXX_
+#define _10520D_HXX_
+
+
+#include <iostream.h>
+#include <math.h>
+
+
+class FGEngine {
+
+private:
+
+    // Control and environment inputs
+    float IAS;
+    // 0 = Closed, 100 = Fully Open
+    float Throttle_Lever_Pos;
+    // 0 = Full Course 100 = Full Fine
+    float Propeller_Lever_Pos;
+    // 0 = Idle Cut Off 100 = Full Rich
+    float Mixture_Lever_Pos;
+
+    // Engine Specific Variables used by this program that have limits.
+    // Will be set in a parameter file to be read in to create
+    // and instance for each engine.
+    float Max_Manifold_Pressure;
+    float Max_RPM;
+    float Min_RPM;
+    float Max_Fuel_Flow;
+    float Mag_Derate_Percent;
+    float MaxHP;
+    float Gear_Ratio;
+
+    // Initialise Engine Variables used by this instance
+    float Percentage_Power;
+    float Manifold_Pressure;   // Inches
+    float RPM;
+    float Fuel_Flow;           // lbs/hour
+    float Torque;
+    float CHT;
+    float Mixture;
+    float Oil_Pressure;                // PSI
+    float Oil_Temp;            // Deg C
+    float HP;
+    float RPS;
+    float Torque_Imbalance;
+    float Desired_RPM;
+
+    // Initialise Propellor Variables used by this instance
+    float FGProp1_Angular_V;
+    float FGProp1_Coef_Drag;
+    float FGProp1_Torque;
+    float FGProp1_Thrust;
+    float FGProp1_RPS;
+    float FGProp1_Coef_Lift;
+    float Alpha1;
+    float FGProp1_Blade_Angle;
+    float FGProp_Fine_Pitch_Stop;
+
+    // Other internal values
+    float Rho;
+
+    // Calculate Engine RPM based on Propellor Lever Position
+    float Calc_Engine_RPM (float Position);
+
+public:
+
+    // set initial default values
+    void init();
+
+    // update the engine model based on current control positions
+    void update();
+
+    inline void set_IAS( float value ) { IAS = value; }
+    inline void set_Throttle_Lever_Pos( float value ) {
+       Throttle_Lever_Pos = value;
+    }
+    inline void set_Propeller_Lever_Pos( float value ) {
+       Propeller_Lever_Pos = value;
+    }
+    inline void set_Mixture_Lever_Pos( float value ) {
+       Mixture_Lever_Pos = value;
+    }
+
+    // accessors
+    inline float get_RPM() const { return RPM; }
+    inline float get_FGProp1_Thrust() const { return FGProp1_Thrust; }
+
+    inline float get_Rho() const { return Rho; }
+};
+
+
+#endif _10520D_HXX_
index 146b5017c8bcf76edfa55ffb6aad90025671b163..13fe4db225e956e73b7c16ee68814666f32d9e54 100644 (file)
@@ -3,6 +3,7 @@ SUBDIRS = Balloon JSBSim LaRCsim UIUCModel
 noinst_LIBRARIES = libFlight.a
 
 libFlight_a_SOURCES = \
+       10520d.cxx 10520d.hxx \
        Balloon.cxx Balloon.h \
        External.cxx External.hxx \
        flight.cxx flight.hxx \
@@ -10,4 +11,10 @@ libFlight_a_SOURCES = \
        LaRCsim.cxx LaRCsim.hxx \
        MagicCarpet.cxx MagicCarpet.hxx
 
+bin_PROGRAMS = engine
+
+engine_SOURCES = engine.cxx
+
+engine_LDADD = libFlight.a
+
 INCLUDES += -I$(top_builddir) -I$(top_builddir)/src
diff --git a/src/FDM/engine.cxx b/src/FDM/engine.cxx
new file mode 100644 (file)
index 0000000..cb5c0ee
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,24 @@
+// 10520d test program
+
+#include "10520d.hxx"
+
+int main() {
+    FGEngine e;
+
+    e.init();
+
+    for ( int i = 0; i < 10000; ++i ) {
+       e.set_IAS( 45 );
+       e.set_Throttle_Lever_Pos( (double)i / 100.0 );
+       e.set_Propeller_Lever_Pos( 100 );
+       e.set_Mixture_Lever_Pos( 75 );
+
+       e.update();
+       // cout << "Rho = " << e.get_Rho();
+       cout << "Throttle = " << i / 100.0;
+       cout << "  RPM = " << e.get_RPM();
+       cout << "  Thrust = " << e.get_FGProp1_Thrust() << endl;
+   }
+
+    return 0;
+}