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DE102024116403A1 - Device and method for cooling a component of a vertical take-off and landing aircraft, the device comprising a vertical take-off and landing aircraft - Google Patents

Device and method for cooling a component of a vertical take-off and landing aircraft, the device comprising a vertical take-off and landing aircraft

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DE102024116403A1
DE102024116403A1 DE102024116403.4A DE102024116403A DE102024116403A1 DE 102024116403 A1 DE102024116403 A1 DE 102024116403A1 DE 102024116403 A DE102024116403 A DE 102024116403A DE 102024116403 A1 DE102024116403 A1 DE 102024116403A1
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DE
Germany
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cooling medium
aircraft
cooling
component
vertical take
Prior art date
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Pending
Application number
DE102024116403.4A
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German (de)
Inventor
Yara-Marie Dzurokovic
Malte Rotermund
David Kuhn
Benjamin Jornitz
Björn Pehnert
Tim Kayser
Björn Seinecke
Jan Wörner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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Filing date
Publication date
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64D33/00—Arrangement in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/08—Arrangement in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of power plant cooling systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

Verfahren und Vorrichtung (102) zur Kühlung einer Komponente (103), insbesondere einer Antriebsbatterie oder eines elektrischen Antriebsmotors, eines senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs (101), wobei ein zweiphasiges Kühlmedium aus einem Vorratsbehälter (104) für das zweiphasige Kühlmedium über eine Einrichtung (105), die dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium zum Verdampfen auf einer heiße Oberfläche (106) der Komponente (103) oder zum Verdampfen in einem Kühlkreislauf (108) der Komponente (103) auszubringen, zum Verdampfen ausgebracht wird. Die Vorrichtung (102) umfassendes senkrechtstart- und landefähiges Luftfahrzeug (101). Method and device (102) for cooling a component (103), in particular a traction battery or an electric drive motor, of a vertical take-off and landing aircraft (101), wherein a two-phase cooling medium is supplied from a reservoir (104) for the two-phase cooling medium via a device (105) configured to evaporate the cooling medium onto a hot surface (106) of the component (103) or to evaporate it in a cooling circuit (108) of the component (103). The device (102) comprises a vertical take-off and landing aircraft (101).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung einer Komponente eines senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs und ein die Vorrichtung umfassendes senkrechtstart- und landefähiges Luftfahrzeug.The invention relates to a device and a method for cooling a component of a vertical take-off and landing aircraft and to a vertical take-off and landing aircraft comprising the device.

US 2019/097288 A1 offenbart ein Kühlsystem für Fahrzeuge. US 2019/097288 A1 reveals a cooling system for vehicles.

Die Vorrichtung zur Kühlung einer Komponente, insbesondere einer Antriebsbatterie oder eines elektrischen Antriebsmotors, eines senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 ist demgegenüber weniger schwer und weniger komplex.In contrast, the device for cooling a component, in particular a traction battery or an electric drive motor, of a vertical take-off and landing aircraft according to independent claim 1 is less heavy and less complex.

Die Vorrichtung umfasst einen Vorratsbehälter für ein zweiphasiges Kühlmedium und eine Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium zum Verdampfen auf einer heißen Oberfläche der Komponente oder zum Verdampfen in einem Kühlkreislauf der Komponente auszubringen. Die Vorrichtung ist leicht und erhöht die Reichweite des senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs. Das zweiphasige Kühlmedium stellt beim Verdampfen eine erhebliche Kühlleistung bereit, durch die Kühllastspitzen abgefangen werden können.The device comprises a reservoir for a two-phase cooling medium and a system designed to dispense the cooling medium for evaporation onto a hot surface of the component or for evaporation within a cooling circuit of the component. The device is lightweight and increases the range of the vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft. The two-phase cooling medium provides significant cooling capacity upon evaporation, enabling the handling of peak cooling loads.

Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Kondensator umfasst, der ausgebildet ist, das während eines Betriebs des Luftfahrzeugs verdampfte Kühlmedium nach dem Betrieb aus dem Kühlkreislauf zu verflüssigen und dem Vorratsbehälter zuzuführen. Dadurch wird das Kühlmedium wiederverwendet.The device may include a condenser designed to liquefy the cooling medium that evaporates during aircraft operation after operation and return it to the reservoir. This allows the cooling medium to be reused.

Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, das Kühlmedium während eines Betriebs des Luftfahrzeugs zu verbrauchen, wobei der Vorratsbehälter eine Öffnung zum Nachfüllen des Kühlmediums umfasst. Dadurch ist vor dem Betrieb eine Menge an Kühlmedium an den Betrieb anpassbar.The device may be designed to consume the cooling medium during aircraft operation, with the reservoir including an opening for refilling the cooling medium. This allows the amount of cooling medium to be adjusted to the operation before it begins.

Ein senkrechtstart- und landefähiges Luftfahrzeug, das die Vorrichtung umfasst, weist die der Vorrichtung entsprechenden Vorteile auf.A vertical take-off and landing aircraft that incorporates the device has the advantages corresponding to the device.

Ein Verfahren zur Kühlung einer Komponente eines senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs sieht vor, dass ein zweiphasiges Kühlmedium aus einem Vorratsbehälter für das zweiphasige Kühlmedium über eine Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium zum Verdampfen auf einer heißen Oberfläche der Komponente oder zum Verdampfen in einem Kühlkreislauf der Komponente auszubringen, zum Verdampfen ausgebracht wird.A method for cooling a component of a vertical take-off and landing aircraft provides that a two-phase cooling medium is drawn from a reservoir for the two-phase cooling medium via a device designed to apply the cooling medium for evaporation on a hot surface of the component or for evaporation in a cooling circuit of the component.

Das Verfahren kann vorgesehen, dass das während eines Betriebs des Luftfahrzeugs verdampfte Kühlmedium aus dem Kühlkreislauf nach dem Betrieb in einem Kondensator verflüssigt und dem Vorratsbehälter zugeführt wird. Dadurch wird das Kühlmedium wiederverwendet.The method can be designed so that the cooling medium evaporated from the cooling circuit during aircraft operation is liquefied in a condenser after operation and fed back into the storage tank. This allows the cooling medium to be reused.

Das Verfahren kann vorgesehen, dass Kühlmedium vor dem Betreib des Luftfahrzeugs über eine Öffnung des Vorratsbehälters aufgefüllt wird, und das Kühlmedium während eines Betriebs des Luftfahrzeugs verbraucht wird. Dadurch wird das Luftfahrzeug im Betrieb leichter. Dies erhöht die Reichweite des Luftfahrzeugs.The system can be designed so that coolant is added to the reservoir via an opening before the aircraft is operated, and the coolant is consumed during operation. This makes the aircraft lighter during operation, thus increasing its range.

Das Verfahren kann vorsehen, dass eine Menge des im Vorratsbehälter mitgeführten Kühlmediums an ein für den Betrieb des Luftfahrzeugs prognostiziertes Wetter angepasst wird. Dadurch kann die Reichweite bei witterungsbedingt geringerem Bedarf an Kühlmedium erhöht werden.The procedure can provide for adjusting the quantity of cooling medium carried in the reservoir to the weather forecast for the aircraft's operation. This allows the operating range to be increased when weather conditions result in lower cooling medium requirements.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der folgenden Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar. In der Zeichnung zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels eines senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs,
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels des Luftfahrzeugs,
  • 3 ein Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zur Kühlung eine Komponente des Luftfahrzeugs.
Further advantageous embodiments can be found in the following description and the drawing. The drawing shows:
  • 1 a schematic representation of a first example of a vertical take-off and landing aircraft,
  • 2 a schematic representation of a second example of the aircraft,
  • 3 A flowchart showing the steps of a process for cooling a component of the aircraft.

In 1 ist ein erstes Beispiel eines senkrechtstart- und landefähiges Luftfahrzeug 101 schematisch dargestellt.In 1 is a first example of a vertical take-off and landing capable aircraft 101 shown schematically.

Das Luftfahrzeug 101 umfasst einen Vorrichtung 102 zur Kühlung einer Komponente 103 des Luftfahrzeugs.The aircraft 101 includes a device 102 for cooling a component 103 of the aircraft.

Die Komponente 103 ist z.B. eine Antriebsbatterie oder ein elektrischer Antriebsmotor des senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs 101.Component 103 is, for example, a traction battery or an electric drive motor of the vertical take-off and landing aircraft 101.

Die Vorrichtung 102 umfasst einen Vorratsbehälter 104 für ein zweiphasiges Kühlmedium. Das Kühlmedium ist z.B. Wasser.The device 102 comprises a reservoir 104 for a two-phase cooling medium. The cooling medium is, for example, water.

Die Vorrichtung 102 umfasst eine Einrichtung 105, die dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium zum Verdampfen auf einer heißen Oberfläche 106 der Komponente 103 auszubringen.The device 102 comprises a device 105 which is designed to apply the cooling medium for evaporation on a hot surface 106 of the component 103.

In 1 ist eine beispielhafte Einrichtung 105 dargestellt, die einen Kühlkanal 105-1 mit einem Ventil 105-2 umfasst. Die Vorrichtung 102 ist im Beispiel ausgebildet, das Ventil im Betrieb des Luftfahrzeugs zu öffnen. Der Kühlkanal 105-1 endet an der Oberfläche 106. Das Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 104 gelangt bei geöffnetem Ventil auf die Oberfläche 106. Es kann zusätzlich oder statt dem Ventil 105-2 auch eine Pumpe vorgesehen sein, die das Kühlmedium im Betrieb des Luftfahrzeugs 101 zur Oberfläche 106 fördert. In 1 ist beispielhaft für die Komponente 103 ein Antriebsmotor dargestellt. Die Einrichtung 105 ist ausgebildet, die Oberfläche 106 des Antriebsmotors direkt mit Kühlmedium zu besprühen.In 1 An exemplary device 105 is shown, comprising a cooling channel 105-1 with a valve 105-2. The device 102 is configured in the example, with the valve in operation. to open the aircraft. The cooling channel 105-1 terminates at the surface 106. When the valve is open, the cooling medium from the reservoir 104 reaches the surface 106. A pump may also be provided, either in addition to or instead of the valve 105-2, which delivers the cooling medium to the surface 106 during operation of the aircraft 101. 1 A drive motor is shown as an example of component 103. The device 105 is designed to spray the surface 106 of the drive motor directly with cooling medium.

Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, das Kühlmedium während eines Betriebs des Luftfahrzeugs 101 zu verbrauchen.The device 102 is designed to consume the cooling medium during operation of the aircraft 101.

Der Vorratsbehälter 104 umfasst eine Öffnung 107 zum Nachfüllen des Kühlmediums. Die Öffnung 107 ist im Beispiel durch einen Deckel für das Kühlmedium undurchlässig verschließbar.The reservoir 104 includes an opening 107 for refilling the cooling medium. In this example, the opening 107 can be sealed impermeably by a lid to prevent the cooling medium from entering.

In 2 ist ein zweites Beispiel des senkrechtstart- und landefähiges Luftfahrzeug 101 schematisch dargestellt.In 2 A second example of the vertical take-off and landing capable aircraft 101 is shown schematically.

Das Luftfahrzeug 101 gemäß dem zweiten Beispiel ist wie das Luftfahrzeug 101 gemäß dem ersten Beispiel ausgebildet. Im Unterschied zum Luftfahrzeug 101 gemäß dem ersten Beispiel ist die Einrichtung 105 gemäß dem zweiten Beispiel dazu ausgebildet, das Kühlmedium zum Verdampfen in einem Kühlkreislauf 108 der Komponente 103 auszubringen.The aircraft 101 according to the second example is configured like the aircraft 101 according to the first example. In contrast to the aircraft 101 according to the first example, the device 105 according to the second example is configured to deliver the cooling medium for evaporation in a cooling circuit 108 of component 103.

Im Unterschied zum Luftfahrzeug 101 gemäß dem ersten Beispiel umfasst die Vorrichtung 102 gemäß dem zweiten Beispiel einen Kondensator 109, der ausgebildet ist das während eines Betriebs des Luftfahrzeugs 101 verdampfte Kühlmedium nach dem Betrieb aus dem Kühlkreislauf 108 zu verflüssigen und dem Vorratsbehälter 104 zuzuführen. Das bedeutet das Kühlmedium wird während des Betriebs nicht verbraucht.In contrast to the aircraft 101 according to the first example, the device 102 according to the second example includes a condenser 109 which is configured to liquefy the cooling medium evaporated during operation of the aircraft 101 from the cooling circuit 108 after operation and to supply it to the storage tank 104. This means that the cooling medium is not consumed during operation.

Der Kühlkreislauf 108 umfasst im Beispiel den Kühlkanal 105-1 und das Ventil 105-2. Der Kühlkreislauf 108 kann zusätzlich oder statt dem Ventil 105-2 die Pumpe umfassen. Im Unterschied zum Kühlkanal 105-1 gemäß dem ersten Beispiel endet der Kühlkanal 105-1 gemäß dem zweiten Beispiel am Kondensator 109.In this example, cooling circuit 108 comprises cooling channel 105-1 and valve 105-2. Cooling circuit 108 can also include a pump, either in addition to or instead of valve 105-2. Unlike cooling channel 105-1 in the first example, cooling channel 105-1 in the second example terminates at condenser 109.

In 3 sind Schritte in einem Verfahren zur Kühlung der Komponente 103 des senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs 101 dargestellt.In 3 The steps in a procedure for cooling component 103 of the vertical take-off and landing aircraft 101 are shown.

Das Verfahren umfasst einen Schritt 301.The procedure includes a step 301.

Im Schritt 301 wird zweiphasiges Kühlmedium vor dem Betrieb des Luftfahrzeugs 101 über die Öffnung 107 des Vorratsbehälters 104 aufgefüllt.In step 301, two-phase cooling medium is filled via the opening 107 of the reservoir 104 before the operation of the aircraft 101.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Menge des im Vorratsbehälter 104 mitgeführten Kühlmediums an ein für den Betrieb des Luftfahrzeugs 101 prognostiziertes Wetter angepasst wird.It may be provided that a quantity of the cooling medium carried in the storage container 104 is adjusted to the weather forecast for the operation of the aircraft 101.

Das Verfahren umfasst einen Schritt 302.The procedure includes step 302.

Im Schritt 302 wird das zweiphasige Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 104 für das zweiphasige Kühlmedium über die Einrichtung 105 ausgebracht.In step 302, the two-phase cooling medium is dispensed from the storage tank 104 for the two-phase cooling medium via the device 105.

Im Luftfahrzeug 101 gemäß dem ersten Beispiel wird das Kühlmedium zum Verdampfen auf die heiße Oberfläche 106 der Komponente 103 ausgebracht. Im Luftfahrzeug 101 gemäß dem ersten Beispiel sieht das Verfahren vor, dass das Kühlmedium während eines Betriebs des Luftfahrzeugs 101 verbraucht wird.In aircraft 101 according to the first example, the cooling medium is applied to the hot surface 106 of component 103 for evaporation. In aircraft 101 according to the first example, the method provides that the cooling medium is consumed during operation of aircraft 101.

Im Luftfahrzeug 101 gemäß dem zweiten Beispiel wird das Kühlmedium zum Verdampfen im Kühlkreislauf 108 der Komponente 103 ausgebacht.In aircraft 101 according to the second example, the cooling medium is used for evaporation in the cooling circuit 108 of component 103.

Das Verfahren kann für einen Betrieb im Luftfahrzeug 101 gemäß dem zweiten Beispiel einen Schritt 303 vorsehen.The procedure can include step 303 for operation in aircraft 101 according to the second example.

Im Schritt 303 wird das während des Betriebs des Luftfahrzeugs 101 verdampfte Kühlmedium aus dem Kühlkreislauf 108 nach dem Betrieb im Kondensator 109 verflüssigt und dem Vorratsbehälter 104 zugeführt.In step 303, the cooling medium evaporated during the operation of the aircraft 101 from the cooling circuit 108 is liquefied after operation in the condenser 109 and fed into the storage tank 104.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2019/097288 A1 [0002]US 2019/097288 A1 [0002]

Claims (8)

Vorrichtung (102) zur Kühlung einer Komponente (103), insbesondere einer Antriebsbatterie oder eines elektrischen Antriebsmotors, eines senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs (101), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (102) einen Vorratsbehälter (104) für ein zweiphasiges Kühlmedium und eine Einrichtung (105) umfasst, wobei die Einrichtung (105) dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium zum Verdampfen auf einer heißen Oberfläche (106) der Komponente (103) oder zum Verdampfen in einem Kühlkreislauf (108) der Komponente (103) auszubringen.Device (102) for cooling a component (103), in particular a traction battery or an electric drive motor, of a vertical take-off and landing aircraft (101), characterized in that the device (102) comprises a reservoir (104) for a two-phase cooling medium and a device (105), wherein the device (105) is configured to apply the cooling medium for evaporation on a hot surface (106) of the component (103) or for evaporation in a cooling circuit (108) of the component (103). Die Vorrichtung (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (102) einen Kondensator (109) umfasst, der ausgebildet ist das während eines Betriebs des Luftfahrzeugs (101) verdampfte Kühlmedium nach dem Betrieb aus dem Kühlkreislauf (108) zu verflüssigen und dem Vorratsbehälter (104) zuzuführen.The device (102) according to Claim 1 , characterized in that the device (102) comprises a condenser (109) which is designed to liquefy the cooling medium evaporated during operation of the aircraft (101) after operation from the cooling circuit (108) and to supply it to the storage container (104). Die Vorrichtung (102) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (102) ausgebildet ist, das Kühlmedium während eines Betriebs des Luftfahrzeugs (101) zu verbrauchen, wobei der Vorratsbehälter (104) eine Öffnung (107) zum Nachfüllen des Kühlmediums umfasst.The device (102) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (102) is designed to consume the cooling medium during operation of the aircraft (101), wherein the reservoir (104) comprises an opening (107) for refilling the cooling medium. Senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs (101) dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug (101) die Vorrichtung (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst.Vertical take-off and landing aircraft (101) characterized in that the aircraft (101) carries the device (102) according to one of the Claims 1 until 3 includes. Verfahren zur Kühlung einer Komponente (103) eines senkrechtstart- und landefähigen Luftfahrzeugs (101), dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiphasiges Kühlmedium aus einem Vorratsbehälter (104) für das zweiphasige Kühlmedium über eine Einrichtung (105), die dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium zum Verdampfen auf einer heißen Oberfläche (106) der Komponente (103) oder zum Verdampfen in einem Kühlkreislauf (108) der Komponente (103) auszubringen, zum Verdampfen ausgebracht wird (302).Method for cooling a component (103) of a vertical take-off and landing aircraft (101), characterized in that a two-phase cooling medium is supplied from a reservoir (104) for the two-phase cooling medium via a device (105) which is designed to supply the cooling medium for evaporation on a hot surface (106) of the component (103) or for evaporation in a cooling circuit (108) of the component (103) for evaporation (302). Das Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Betriebs des Luftfahrzeugs (101) verdampfte Kühlmedium aus dem Kühlkreislauf (108) nach dem Betrieb in einem Kondensator (109) verflüssigt und dem Vorratsbehälter (104) zugeführt wird (303).The procedure according Claim 5 , characterized in that during operation of the aircraft (101) evaporated cooling medium from the cooling circuit (108) is liquefied after operation in a condenser (109) and supplied to the storage tank (104) (303). Das Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmedium vor dem Betreib des Luftfahrzeugs (101) über eine Öffnung (107) des Vorratsbehälters (104) aufgefüllt wird (301), und das Kühlmedium während eines Betriebs des Luftfahrzeugs (101) verbraucht wird (302).The procedure according Claim 5 or 6 , characterized in that cooling medium is replenished via an opening (107) of the reservoir (104) before the operation of the aircraft (101) (301), and the cooling medium is consumed during operation of the aircraft (101) (302). Das Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge des im Vorratsbehälter (104) mitgeführten Kühlmediums an ein für den Betrieb des Luftfahrzeugs (101) prognostiziertes Wetter angepasst wird (301).The procedure according to one of the Claims 5 until 7 , characterized in that an amount of the cooling medium carried in the storage container (104) is adapted to the weather forecast for the operation of the aircraft (101) (301).
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