git.gag.com Git - debian/openrocket/blob - src/net/sf/openrocket/aerodynamics/ExtendedISAModel.java

   1 package net.sf.openrocket.aerodynamics;
   2
   3 import static net.sf.openrocket.aerodynamics.AtmosphericConditions.R;
   4 import net.sf.openrocket.util.MathUtil;
   5
   6
   7 /**
   8  * An atmospheric temperature/pressure model based on the International Standard Atmosphere
   9  * (ISA).  The no-argument constructor creates an {@link AtmosphericModel} that corresponds
  10  * to the ISA model.  It is extended by the other constructors to allow defining a custom
  11  * first layer.  The base temperature and pressure are as given, and all other values
  12  * are calculated based on these.
  13  * <p>
  14  * TODO:  LOW:  Values at altitudes over 32km differ from standard results by ~5%.
  15  *
  16  * @author Sampo Niskanen <sampo.niskanen@iki.fi>
  17  */
  18 public class ExtendedISAModel extends AtmosphericModel {
  19
  20         public static final double STANDARD_TEMPERATURE = 288.15;
  21         public static final double STANDARD_PRESSURE  = 101325;
  22
  23         private static final double G = 9.80665;
  24
  25         private final double[] layer = {0, 11000, 20000, 32000, 47000, 51000, 71000, 84852};
  26         private final double[] baseTemperature = {
  27                         288.15, 216.65, 216.65, 228.65, 270.65, 270.65, 214.65, 186.95
  28         };
  29         private final double[] basePressure = new double[layer.length];
  30
  31
  32         /**
  33          * Construct the standard ISA model.
  34          */
  35         public ExtendedISAModel() {
  36                 this(STANDARD_TEMPERATURE, STANDARD_PRESSURE);
  37         }
  38
  39         /**
  40          * Construct an extended model with the given temperature and pressure at MSL.
  41          *
  42          * @param temperature   the temperature at MSL.
  43          * @param pressure              the pressure at MSL.
  44          */
  45         public ExtendedISAModel(double temperature, double pressure) {
  46                 this(0, temperature, pressure);
  47         }
  48
  49
  50         /**
  51          * Construct an extended model with the given temperature and pressure at the
  52          * specified altitude.  Conditions below the given altitude cannot be calculated,
  53          * and the values at the specified altitude will be returned instead.  The altitude
  54          * must be lower than the altitude of the next ISA standard layer (below 11km).
  55          *
  56          * @param altitude              the altitude of the measurements.
  57          * @param temperature   the temperature.
  58          * @param pressure              the pressure.
  59          * @throws IllegalArgumentException  if the altitude exceeds the second layer boundary
  60          *                                                                       of the ISA model (over 11km).
  61          */
  62         public ExtendedISAModel(double altitude, double temperature, double pressure) {
  63                 if (altitude >= layer[1]) {
  64                         throw new IllegalArgumentException("Too high first altitude: "+altitude);
  65                 }
  66
  67                 layer[0] = altitude;
  68                 baseTemperature[0] = temperature;
  69                 basePressure[0] = pressure;
  70
  71                 for (int i=1; i < basePressure.length; i++) {
  72                         basePressure[i] = getExactConditions(layer[i]-1).pressure;
  73                 }
  74         }
  75
  76
  77         @Override
  78         public AtmosphericConditions getExactConditions(double altitude) {
  79                 altitude = MathUtil.clamp(altitude, layer[0], layer[layer.length-1]);
  80                 int n;
  81                 for (n=0; n < layer.length-1; n++) {
  82                         if (layer[n+1] > altitude)
  83                                 break;
  84                 }
  85
  86                 double rate = (baseTemperature[n+1] - baseTemperature[n]) / (layer[n+1] - layer[n]);
  87
  88                 double t = baseTemperature[n] + (altitude - layer[n]) * rate;
  89                 double p;
  90                 if (Math.abs(rate) > 0.001) {
  91                         p = basePressure[n] *
  92                                 Math.pow(1 + (altitude-layer[n])*rate/baseTemperature[n], -G/(rate*R));
  93                 } else {
  94                         p = basePressure[n] *
  95                                 Math.exp(-(altitude-layer[n])*G/(R*baseTemperature[n]));
  96                 }
  97
  98                 return new AtmosphericConditions(t,p);
  99         }
 100
 101         @Override
 102         public double getMaxAltitude() {
 103                 return layer[layer.length-1];
 104         }
 105
 106
 107         public static void main(String foo[]) {
 108                 ExtendedISAModel model1 = new ExtendedISAModel();
 109                 ExtendedISAModel model2 = new ExtendedISAModel(278.15,100000);
 110
 111                 for (double alt=0; alt < 80000; alt += 500) {
 112                         AtmosphericConditions cond1 = model1.getConditions(alt);
 113                         AtmosphericConditions cond2 = model2.getConditions(alt);
 114
 115                         AtmosphericConditions diff = new AtmosphericConditions();
 116                         diff.pressure = (cond2.pressure - cond1.pressure)/cond1.pressure*100;
 117                         diff.temperature = (cond2.temperature - cond1.temperature)/cond1.temperature*100;
 118                         System.out.println("alt=" + alt +
 119                                         ": std:" + cond1 + " mod:" + cond2 + " diff:" + diff);
 120                 }
 121         }
 122
 123 }