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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeug mit mindestens einer Flugzeugklimaanlage und midestens einer Vorrichtung zur Luftversorgung der wenigstens einen Flugzeugklimaanlage, insbesondere einer mittels Elektromotoren betriebenen Klimaanlage zur Klimatisierung einer Flugzeugkabine, wobei die Vorrichtung einen ersten Lufteinlasskanal und einen zweiten Lufteinlasskanal aufweist, die eine Einlassöffnung aufweisen, durch die die Lufteinlasskanäle mit Umgebungsluft beaufschlagt werden und die auslassseitig unmittelbar oder mittelbar mit der Flugzeugklimaanlage in Verbindung stehen, wobei die Einlassöffnung des zweiten Lufteinlasskanals durch eine Öffnung in der Außenhaut des Flugzeuges gebildet wird, wobei die Vorrichtung eine verstellbare Klappe aufweist.
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Bei der Versorgung derartiger Klimaanlagen mit Umgebungsluft bestehen verschiedenste Anforderungen. Es besteht das Erfordernis, dass der Lufteinlass bzw. der Lufteinlasskanal am Flugzeug im Flugbetrieb einen möglichst geringen Luftwiderstand erzeugen soll, dass Ansauggeräusche im Bereich des Lufteingangskanals bzw. im Bereich von dessen Einlaß insbesondere im Bodenbetrieb während der Flugzeugabfertigung sowie Druckverluste minimiert werden sollen und dass bei höheren Rollgeschwindigkeiten keine größeren Partikel in den Lufteinlass bzw. in den Lufteinlasskanal gelangen.
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Die erstgenannte Anforderung eines möglichst geringen Luftwiderstands lässt sich über die aerodynamische Formgebung und Größe des Lufteinlasses, insbesondere über die Querschnittsfläche des im Luftstrom befindlichen Teils des Lufteinlasskanals beeinflussen. Dabei wird prinzipiell ein kleiner Querschnitt der Einlassöffnung gewählt, um den Luftwiderstand klein zu halten. Dies ist für die Luftversorgung der Klimaanlage im Flug aufgrund der dynamischen Druckkomponente (Staudruck) ausreichend, hat jedoch im Bodenbetrieb den Nachteil, dass die für die Luftversorgung der Klimaanlage erforderliche Luftmenge mit einer sehr hohen Ansauggeschwindigkeit in den Einlass strömt, was unter Umständen zu einer erheblichen Geräuschentwicklung führt.
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Der zweiten Anforderung der Minimierung der Ansauggeräusche am Boden, insbesondere während der Flugzeugabfertigung sowie der Minimierung von Druckverlusten kann durch akustische Isolierungsmaßnahmen sowie durch die aerodynamische Formgebung und Größe des Lufteinlasses (Querschnittsfläche des Lufteinsaugkanals) begegnet werden. Ein relativ großer Querschnitt der Einlassöffnung bzw. des Lufteinlasskanals führt bei gleicher Luftmenge zu einer entsprechend geringen Strömungsgeschwindigkeit, was zu einer vergleichsweisen geringen Entstehung von Ansauggeräuschen und geringen Druckverlusten führt.
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Aus dem Stand der Technik sind Bypassleitungen bekannt, mittels derer der insgesamt zur Verfügung stehende Einlassquerschnitt vergrößert und damit Ansauggeräusche und Druckverluste verringert werden können.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Erfüllung der dritten Anforderung, nämlich der Verhinderung des Eintritts größerer Partikel in den Lufteinlass bzw. in den Lufteinlasskanal, eine scharniergelagerte Klappe vor dem Lufteinlass vorzusehen. Diese verhindert, dass gröbere Schmutzpartikel eingesaugt werden. Diese Klappe ist im Flug bündig mit der Flugzeugaußenhaut bzw. mit der Einlassoberfläche, um einen möglichst kleinen Luftwiderstand zu erzeugen.
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Die
US 4 674 704 A offenbart eine Vorrichtung zur Luftversorgung einer Kühlanlage, wobei die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten Lufteinlasskanal aufweist, die eine Einlassöffnung aufweisen, durch die die Lufteinlasskanäle mit Umgebungsluft beaufschlagt werden und die aslassseitig unmittelbar mit der Kühlanlage in verbindung stehen. Ferner ist eine Klappe vorgesehen, die in einer ersten Position den zweiten Lufteinlasskanal absperrt, in einer zweiten Position den zweien Luftkanal freigibt und in einer dritten Position im Bereich vor der Einlassöffnung des ersten Lufteinlasskanals steht. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der
DE 10 2005 053 696 A1 und aus der
DE 102 00 459 A1 bekannt, wobei die Einlassöffnung der beiden Lufteinlasskanäle durch eine Öffnung in der Außenhaut des Flugzeuges gebildet wird.
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Wie oben dargelegt, werden die oben genannten Anforderungen bislang mit separaten technischen Lösungen erfüllt. Dies ist insofern von Nachteil, dass die verschiedenen Komponenten, die zur Erfüllung dieser Anforderungen eingesetzt werden, ein Mehrgewicht mit sich bringen, was insbesondere im Flugzeugbau unerwünscht ist. Als weiterer Nachteil ist zu nennen, dass die zahlreichen unterschiedlichen Komponenten zur Erfüllung der genannten Anforderungen vergleichsweise kostenintensiv sind.
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Daher liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Flugzeug mit mindestens einer Flugzeugklimaanlage und mindestens einer Vorrichtung zur Luftversorgung der Flugzeugklimaanlage dahingehend weiterzubilden, dass die Vorrichtung gewichts, - kosten-, sowie auch zuverlässigkeitsoptimiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen ersten Lufteinlasskanal und einen zweiten Lufteinlasskanal aufweist, die je eine Einlassöffnung aufweisen, durch die die Lufteinlasskanäle mit Umgebungsluft beaufschlagt werden und die auslassseitig unmittelbar oder mittelbar mit der Flugzeugklimaanlage in Verbindung stehen. Die Vorrichtung weist des Weiteren eine verstellbare Klappe auf, die in einer ersten Position den zweiten Lufteinlasskanal absperrt, die in einer zweiten Position den zweiten Lufteinlasskanal freigibt und die in einer dritten Position im Bereich vor der Einlassöffnung des ersten Lufteinlasskanals steht. Erfindungsgemäß ist somit eine Komponente / Baugruppe vorgesehen, mittels derer vorzugsweise alle der oben genannten Anforderungen erfüllbar sind.
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Mittels der genannten Klappe kann im Flugbetrieb die Einlassöffnung des zweiten Lufteinlasskanals geschlossen werden (erste Position der Klappe). Auf diese Weise wird der auftretende Luftwiderstand im Flugbetrieb entsprechend verringert.
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Die Klappe kann in einer zweiten Position am Bodenbetrieb den zweiten Lufteinlasskanal freigeben, was dazu führt, dass die zur Verfügung stehende Querschnittsfläche zur Zuführung von Luft zu der Flugzeugklimaanlage vergleichsweise groß ist und Ansauggeräusche, insbesondere im Bodenbetrieb während der Flugzeugabfertigung sowie auch Druckverluste minimiert werden.
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In der dritten Position der Klappe befindet sich diese in einen Bereich vor der Einlassöffnung des ersten Lufteinlasskanals, wodurch verhindert werden kann, dass insbesondere bei höheren Rollgeschwindigkeiten Partikel in die Einlassöffnung bzw. in den Lufteinlasskanal gelangen.
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Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen kann somit durch eine Komponente bzw. durch eine kompakte Komponente / Baugruppe eine Vielzahl von Anforderungen erfüllt werden, was Gewichts,- Kosten,- und Zuverlässigkeitsvorteile mit sich bringt.
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Zur Realisierung der oben genannten Positionen der Klappe kann eine Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen sein, die einen ersten Eingang aufweist, dem ein erstes Signal zugeführt wird, das kennzeichnet, ob sich das Flugzeug im Boden- oder im Flugbetrieb befindet, und wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit einen zweiten Eingang aufweist, dem ein zweites Signal zugeführt wird, das kennzeichnet, welche Rollgeschwindigkeit das Flugzeug aufweist oder mit welcher Leistung das Flugzeug betrieben wird.
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Der genannte erste Eingang und zweite Eingang können durch unterschiedliche Bauelemente der Steuer- und/oder Regeleinheit oder auch durch ein- und dasselbe Bauelement gebildet werden. Im letzteren Fall kann vorgesehen sein, dass die genannten Signale sequentiell der Steuer- und/oder Regeleinheit zugeführt werden.
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Denkbar ist es, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit derart ausgeführt ist, dass sie die Verstellung der Klappe in die erste Position veranlaßt, wenn das erste Signal kennzeichnet, dass sich das Flugzeug im Flugbetrieb befindet.
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In diesem Fall wird unabhängig von weiteren Signalen die Klappe dementsprechend derart bewegt, dass sie den zweiten Lufteinlass verschließt, was zur Folge hat, dass die Luft ausschließlich über den ersten Lufteinlasskanal zu der Flugzeugklimaanlage gelangt.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann des Weiteren derart ausgeführt sein, dass sie die Verstellung der Klappe in die zweite Position veranlaßt, wenn das erste Signal kennzeichnet, dass sich das Flugzeug im Bodenbetrieb befindet und wenn das zweite Signal kennzeichnet, dass die Rollgeschwindigkeit, die das Flugzeug aufweist oder die angeforderte oder tatsächliche Leistung, mit der das Flugzeug betrieben wird, unterhalb eines Grenzwertes liegt oder einem Grenzwert entspricht.
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In diesem Zustand wird somit auch der zweite Lufteinlasskanal geöffnet. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Flugzeug steht oder mit relativ geringer Geschwindigkeit und/oder Leistung betrieben wird.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann schließlich derart ausgeführt sein, dass sie die Verstellung der Klappe in die dritte Position veranlaßt, wenn das erste Signal kennzeichnet, dass sich das Flugzeug im Bodenbetrieb befindet und wenn das zweite Signal kennzeichnet, dass die Rollgeschwindigkeit, die das Flugzeug aufweist oder die Leistung, mit der das Flugzeug betrieben wird bzw. werden soll, oberhalb eines Grenzwertes liegt oder einem Grenzwert entspricht. Bei höheren Rollgeschwindigkeiten wird in diesem Fall die Klappe somit vor den Einlass des ersten Lufteinlasskanals derart bewegt, dass zwar der Lufteinlass möglich ist, dass jedoch verhindert wird, dass Partikel in den Lufteinlasskanal gelangen. Dabei steht die Klappe vorzugsweise derart, dass sie im Bereich vor den Einlassöffnungen beider Lufteinlasskanäle steht.
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Alternativ oder zusätzlich zu einem die Rollgeschwindigkeit des Flugzeug kennzeichnenden Signal kann auch vorgesehen sein, dass die Position des Schubhebels bzw. ein Schubhebel-Stellungssignal verarbeitet wird. Denkbar ist es beispielsweise, dass die Klappe in die dritte Position verschwenkt wird, wenn der Schubhebel auf Startleistung (Take-Off Power bzw. Max. Power) steht oder auf Schubumkehr (Reverse Thrust). Hierbei handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele. Grundsätzlich können auch andere Signale abgefragt werden, die für die die tatsächliche bzw. geforderte Leistung des Flugzeuges kennzeichnend sind.
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Der zweite Lufteinlasskanal muss nicht unmittelbar zu der Flugzeugklimaanlage führen. Er kann in den ersten Lufteinlasskanal münden und somit nur abschnittsweise eine Bypass-Leitung bilden. In diesem Fall wird die Luft der Klimaanlage stromabwärts der Einmündungsstelle durch einen gemeinsamen Kanal zugeführt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Flugzeug mit wenigstens einer Flugzeugklimaanlage, wobei das Flugzeug mehrere Vorrichtungen zur Luftversorgung aufweist. Der Begriff „Flugzeug“ steht im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellvertretend für jedes beliebige Luftfahrzeug.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist die Flugzeugklimaanlage vorzugsweise als Flugzeugklimaanlage ausgeführt, deren Kompressor durch einen Elektromotor angetrieben wird. Die Flugzeugklimaanlage kann einen oder mehrere Kompressoren aufweisen, die durch Elektromotoren angetrieben werden.
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Die oben genannte Steuer- und/oder Regeleinheit der Vorrichtung kann durch die Steuer- und/oder Regeleinheit der Flugzeugklimaanlage gebildet werden. Es kann sich jedoch auch um einen separaten Controller handeln. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Steuerung oder Regelung der Klappenstellung über den Controller der Flugzeugklimaanlage realisiert wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einlassöffnung des zweiten Lufteinlasskanals durch eine Öffnung in der Außenhaut des Flugzeugs gebildet wird. Die Einlassöffnung des ersten Lufteinlasskanals ist durch eine Lufteinlasshutze gebildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Klappe in der ersten Position derart angeordnet ist, dass sie bündig mit der Außenhaut des Flugzeuges abschließt.
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Die Klappe ist derart ausgeführt, dass sie relativ zur Außenhaut des Flugzeuges in der zweiten Position nach innen und in der dritten Position nach außen ragt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Flugzeugklimaanlage mit Steuer- und/oder Regeleinheit, Lufteinlasskanälen und Klappe gemäß der vorliegenden Erfindung und
- 2: schematische Darstellungen der Lufteinlasskanäle mit Klappe in unterschiedlichen Klappenpositionen sowie eine perspektivische Darstellung der Anordnung.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 100 eine elektrisch betriebene Klimaanlage gekennzeichnet, die Außenluft über einen ersten Lufteinlasskanal 10 mit Lufteinlasshutze 14 und ggf. über einen abschnittsweise parallel dazu verlaufenden Lufteinlasskanal 20 ansaugt. Die Flugzeugklimaanlage 100 führt die in dieser konditionierte Luft einer hier nicht dargestellten Flugzeugkabine zu.
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Mit dem Bezugszeichen 12 ist die Einlassöffnung des ersten Lufteinlasskanals 10 und mit dem Bezugszeichen 22 die Einlassöffnung des zweiten Lufteinlasskanals 20 gekennzeichnet.
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Eine verschwenkbare Klappe 30 ist vor der Lufteinlasshutze 14 so angeordnet, dass sie sowohl relativ zu der Flugzeugaußenhaut 50 sowohl nach außen als auch nach innen auf- bzw. eingeklappt werden kann, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist.
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Die Klappe 30 kann des Weiteren eine Position annehmen, in der sie bündig mit der Flugzeugaußenhaut 50 abschließt und dabei die zweite Einlassöffnung 22 verschließt.
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Die Klappe 30 wird mittels eines Stellmotors 32 bewegt, der seine Eingangssignale von einer Steuer- und/oder Regeleinheit 40 erhält.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit 40 empfängt über einen ersten Eingang 41 ein „Luft/Boden“-Signal („Ground Sensing Signal“). Dabei handelt sich um das erfindungsgemäße erste Signal.
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Über den zweiten Eingang 42 empfängt die Steuer- und/oder Regeleinheit 40 ein zweites Signal, bei dem es sich um das „Rollgeschwindigkeits-Signal“ („Wheel Speed Signal“) handelt. Der Eingang 43 dient zur Zufuhr weiterer Signale, beispielsweise von Signalen der Klimaanlage 100. All diese Signale werden in der Einheit 40 verarbeitet und zu einem stellungsgebenden Signal für den Stellmotor 32 der Klappe 30 verarbeitet.
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Dabei ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 40 derart ausgeführt, dass im Flugbetrieb der Stellmotor 32 derart angesteuert wird, dass die Klappe 30 die zweite Einlassöffnung 22 und damit den zweiten Lufteinlasskanal 20 verschließt. Der Zustand ist in 2b dargestellt. Hieraus wird nochmals ersichtlich, dass die Klappe 30 in diesem Fall bündig mit der Flugzeugaußenhaut 50 abschließt. Die Luft wird in diesem Fall ausschließlich durch den ersten Lufteinlasskanal 10 der Flugzeugklimaanlage 100 zugeführt.
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Im Bodenbetrieb wird bei relativ geringer Rollgeschwindigkeit, d. h. bei einem „Rollgeschwindigkeits-Signal“ unterhalb eines bestimmten Grenzwertes der Stellmotor 32 der Klappe 30 so bewegt, dass die Klappe in die Einlassöffnung 22 des zweiten Lufteinlasskanals 20 hineinfährt und diesen somit öffnet, wie dies aus 2a ersichtlich ist. In diesem Fall steht eine vergrößerte Querschnittsfläche für die angesaugte Luft zur Verfügung, da beide Einlassöffnungen 12, 22 offen sind und die Luft somit durch beide Lufteinlasskanäle 10, 20 der Flugzeugklimaanlage 100 zugeführt wird. Bewegt sich das Flugzeug jedoch im Bodenbetrieb mit einer vergleichsweise hohen Rollgeschwindigkeit, d. h. überschreitet das „Rollgeschwindigkeits-Signal“ einen Grenzwert, so verfährt der Stellmotor 32 die Klappe 30 derart, dass sie nach außen ausfährt, wie dies in 2c dargestellt ist. In diesem Fall sind ebenfalls beide Einlassöffnungen 12, 22 beider Lufteinlasskanäle 10, 20 geöffnet, jedoch steht die Klappe 30 in einem Winkel vor der Lufteinlasshutze 14 sowie auch vor der Einlassöffnung 22 des zweiten Lufteinlasskanals 20 und verhindert somit, dass gröbere Partikel in diese Einlassöffnungen 12, 22 gelangen können.
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Wie dies aus den 1 und 2 hervorgeht, befindet sich die Einlassöffnung 22 des zweiten Lufteinlasskanals 20 in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Einlassöffnung 12 des ersten Lufteinlasskanals 10, so dass mittels der Klappe 30 beide Einlassöffnungen 12, 22 vor dem Eindringen gröberer Partikel geschützt werden können. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Einlassöffnung 12 des ersten Lufteinlasskanals 10 bzw. der Lufteinlasshutze 14 im wesentlichen senkrecht bzw. im Winkel zur Flugzeugaußenhaut 50 und damit auch senkrecht bzw. im Winkel zu der in der Flugzeugaußenhaut 50 befindlichen Einlassöffnung 22 des zweiten Lufteinlasskanals 20.
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2d zeigt in perspektivischer Darstellung die Stellung der Klappe 30 gemäß 2a.
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Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, alle drei der oben genannten Komponenten durch eine zu erfüllen.
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Die Geometrie des Bypasses bzw. des zweiten Lufteinlasskanals ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Klappe 30 in den zweiten Lufteinlasskanal 20 hineinfährt, um ihn zu öffnen, so dass bei der Flugzeugabfertigung am Boden keine Teile aus der Rumpfkontur hervorstehen. Die Anordnung der Klappe 30 und des Scharniers, um welches die Klappe 30 verschwenkbar gelagert ist, ermöglichen es, die Klappe 30 bei höheren Rollgeschwindigkeiten nach außen zu fahren, wie dies beispielsweise aus 2c hervorgeht. Dadurch ist der Ansaugquerschnitt nach wie vor vergrößert, jedoch wirkt die Klappe 30 in dieser Stellung als Deflektor.
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Für die Rollgeschwindigkeit, bei der die Klappe von der nach innen geöffneten Stellung (2a) in die nach außen geöffnete Stellung (2c) fährt, kann je nach Flugzeugtyp eine Grenzgeschwindigkeit definiert werden.
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Die beschriebene technische Lösung lässt sich vorzugsweise nur mit einem Stellmotor für die Klappenbewegung und vorzugsweise nur mit einer Klappe realisieren. Der Steuer- und/oder Regeleinheit zur Steuerung oder Regelung der Klappenstellung kann durch den Klimaanlagen-Controller gebildet werden oder durch einen separaten Controller. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuerung/Regelung der Klappenstellung über den Klimaanlagen-Controller erfolgt.
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Wie oben ausgeführt, kann optional alternativ oder zusätzlich zu dem Rollgeschwindigkeits-Signal beispielsweise auch ein Schubhebel-Stellungssignal („Thrust Leaver Position Signal“) verarbeitet werden. In diesem Fall kann die Klappe 30 beispielsweise dann auf die nach außen ausgefahrene Position (2c) verschwenkt werden, wenn der Schubhebel auf Startleistung (Take-Off Power oder Max. Power) steht oder auf Schubumkehr (Reverse Thrust).
