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1 Specifying and Configuring and Aircraft Electrical System
2 =========================================================
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4 Written by Curtis L. Olson <http://www.flightgear.org/~curt>
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6 February 3, 2003 - Initial revision.
7 June 14, 2005 - Important update
8
9 UPDATE - June 14, 2005
10 ======================
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12 The xml data driven electrical system described in this document has
13 severe flaws and is (or should be) obsolete.  It is still supported
14 for backwards compatibility, but new electrical systems should not be
15 modeled with this system.  Instead you should make a procedural
16 electrical system model using nasal, or wait for a better data driven
17 electrical system model to be developed "some time" in the future.
18
19 Currently the old/depricated electrical system has been made into a
20 proper subsystem.  Most aircraft will load the default "systems"
21 configuration via the "/sim/systems/path" property which is set in the
22 top level preferences.xml file and which defaults to a value of
23 "Aircraft/Generic/generic-systems.xml".  The generic-systems.xml file
24 in turn specifies an electrical system based on the old/obsolete
25 system.  The default electrical system configuration file named in
26 "generic-systems.xml" is "generic-electrical.xml".  This mechanism
27 provides a generic electrical system to any aircraft that doesn't
28 define their own electrical system.  Also note that you can still
29 specify a path to an "old" xml config file using
30 "/sim/systems/electrical" in your aircraft-set.xml file.  This is
31 again for backwards compatibility.
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33
34
35 What follows here is a description of the "old" "depricated"
36 "obsolete" electrical system.
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39
40 Introduction
41 ============
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43 The FlightGear electrical system model is a simplification of reality.
44 We don't model down to the level of individual electrons, but we do
45 try to model a rich enough subset of components so that a realistic
46 electrical system may be implemented (at least from the pilot's
47 perspective.)  We try to model enough of the general flow so that
48 typical electrical system failures can be implimented and so that the
49 pilot can practice realistic troubleshooting techniques and learn the
50 basic structure and relationships of the real aircraft electrical
51 system.
52
53 The FlightGear electrical system is essentially a directed graph built
54 of 4 major components: suppliers, buses, outputs, and connectors.
55 Suppliers are the power sources such as batteries and alternators.
56 Buses collect input from multiple suppliers and feed multiple outputs.
57 Outputs are not strictly necessary, but are included so we can assign
58 current draws, and name generic output types, as well as provide a
59 consistent naming scheme to other FlightGear subsystems.  Finally
60 connectors connect a supplier to a bus, or a bus to an output, and
61 optionally can specify a switch property (either a physical switch or
62 a circuit breaker.)
63
64 At run time, FlightGear parses the electrical system config file and
65 builds a directed graph (in the computer science sense.).  Each time
66 step, the current is propagated forward through the system, starting
67 at the suppliers, flowing through the buses, and finally to the
68 outputs.  The system follows the path specified by connectors and
69 honors the state of any connector switches.
70
71 FlightGear uses a depth first recursive decent algorithm to propagate
72 the current through the system.  As the recursive calls complete, the
73 current draw of the "leaf nodes" can be summed up and back-propagated
74 through the system.  This allows us to compute the total downstream
75 current draw at each component of the system.  This allows us to
76 discharge the battery based on actual loads, and allows us to build an
77 accurate functioning ammeter model.
78
79
80 Suppliers
81 =========
82
83 A supplier entry could look like the following:
84
85   <supplier>
86     <name>Battery 1</name>
87     <prop>/systems/electrical/suppliers/battery[0]</prop>
88     <kind>battery</kind>
89     <volts>24</volts>
90     <amps>60</amps>   <!-- WAG -->
91   </supplier>
92
93 <name> can be anything you choose to call this entry.
94 <prop> is the name of a property that will be updated with the state
95        of this supplier.
96 <kind> can be "battery", "alternator", or "external".
97 <volts> specifies the volts of the source
98 <amps> specifies the amps of the source
99
100 Currently <volts> and <amps> are not really modeled in detail.  This
101 is more of a place holder for the future.
102
103 For alternators, you must additionally specify:
104
105     <rpm-source>/engines/engine[0]/rpm</rpm-source>
106
107 The value of the rpm source determines if the generator is able to
108 produce power or not.
109
110
111 Buses
112 =====
113
114 A bus entry could look like the following:
115
116   <bus>
117     <name>Essential/Cross Feed Bus</name>
118     <prop>/systems/electrical/outputs/bus-essential</prop>
119     <prop>/systems/electrical/outputs/annunciators</prop>
120     <prop>/systems/electrical/outputs/master-switch</prop>
121   </bus>
122
123 <name> is whatever you choose to call this bus
124
125 You can have an arbitrary number of <prop> entries.  Each entry is the
126 name of a property that will be updated with the value of the current
127 at that bus.  This allows you to wire devices directly to the bus but
128 does not allow you to insert a switch or circuit breaker in between.
129 See "Outputs" and "Connectors" if you want to do that.
130
131
132 Outputs
133 =======
134
135 An output entry could look like the following:
136
137   <output>
138     <name>Starter 1 Power</name>
139     <prop>/systems/electrical/outputs/starter[0]</prop>
140   </output>
141
142 An output isn't entirely unlike a bus, but it's nice conceptually to
143 have a separate entity type.  This enables us to specify a common set
144 of output property names so that other subsystems can automatically
145 work with any electrical system that follows the same conventions.  An
146 output lives on the other side of a switch, so this is how you can
147 wire in cockpit switches to model things like fuel pump power,
148 avionics master switch, or any other switch on the panel.
149
150 <name> is whatever you choose to call this bus
151
152 You can have an arbitrary number of <prop> entries.  Each entry is the
153 name of a property that will be updated with the value of the current
154 at that bus.  This allows you to wire devices directly to the bus but
155 does not allow you to insert a switch or circuit breaker in between.
156 See "Outputs" and "Connectors" if you want to do that.
157
158 Other FlightGear subsystems can monitor the property name associated
159 with the various outputs to decide how to render an instrument,
160 whether to run the fuel pump, whether to spin a gyro, or any other
161 subsystem that cares about electrical power.
162
163
164 Connectors
165 ==========
166
167 An connector entry could look like the following:
168
169   <connector>
170     <input>Alternator 1</input>
171     <output>Virtual Bus 1</output>
172     <switch>/controls/switches/master-alt</switch>
173     <initial-state>off</initial-state>  <!-- optional tag -->
174   </connector>
175
176 A connector specifies and input, and output, and any number of
177 switches that are wired in series.  In other words, all switches need
178 to be true/on in order for current to get from the input to the output
179 of the connector.
180
181 <input> specifies the <name> of the input.  Typically you would
182 specify a "supplier" or a "bus".
183
184 <output> specifies the <name> of the output.  Typically you would
185 specify a bus or an output.
186
187 You can have an arbitrary number of <switch> entries.  The switches
188 are wired in series so all of them need to be on (i.e. true) in order
189 for current to pass to the output.
190
191 Note: by default the system forces any listed switches to be true.
192 The assumption is that not every aircraft or cockpit may impliment
193 every available switch, so rather than having systems be switched off,
194 with no way to turn them on, we default to switched on.
195
196 This is a problem however with the starter switch which we want to be
197 initialized to "off".  To solve this problem you can specify
198 <initial-state>off</initial-state> or
199 <initial-state>on</initial-state> Switches default to on, so you
200 really only need to specify this tag if you want the connector's
201 switch to default to off.
202
203
204 Summary
205 =======
206
207 The electrical system has a lot of power and flexibility to model a
208 variety of electrical systems.  However, it is hopelessly flawed and
209 cannot model a lot of more complex electrical behavior needed for the
210 advanced electrical systems found on larger and more complex aircraft.
211 Please consider writing a procedural model for your electrical system
212 in nasal or wait for a better data driven electrical system model to
213 be developed.  If you know something about electrical systems, please
214 volunteer to write a better data driven model! :-)