BRPI0809177A2 - "processo de realização de estrutura acusticamente resistiva, estrutura acusticamente resistiva, revestimento para tratamento acústico e nacela" - Google Patents
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Description
I "PROCESSO DE REALIZAÇÃO DE ESTRUTURA ACUSTICAMENTE RESISTIVA, ESTRUTURA ACUSTICAMENTE RESISTIVA,
REVESTIMENTO PARA TRATAMENTO ACÚSTICO E NACELA".
A presente invenção refere-se a um processo de 5 realização de estrutura acusticamente resistiva que, combinada com outras camadas, permite obter um revestimento para o tratamento acústico mais particularmente destinado a ser aplicado sobre as superfícies de uma nacela de uma aeronave a fim de 10 reduzir parte do ruído emitido pelo turborreator disposto dentro da dita nacela.
Um conjunto propulsor de aeronave compreende uma nacela na qual está disposto de maneira sensivelmente concêntrica um motor movendo uma hélice de compressor montada sobre seu eixo.
A nacela compreende uma parede interna que delimita um conduto com uma entrada de ar na dianteira, por onde entra uma primeira parte do fluxo de ar, chamada fluxo primário, atravessando o motor para participar da 20 combustão, e a segunda parte do fluxo de ar, chamada fluxo secundário, é levada pela hélice, escoando em um conduto anelar delimitado pela parede interna da nacela e a parede externa do motor.
O ruído emitido pelo conjunto propulsor compõe-se, por 25 um lado, do ruído de jato, produzido no exterior dos condutos devido à mistura dos diferentes escoamentos de ar e gás queimados, e, por outro lado, do ruído gerado pelas partes internas, dito ruído interno, produzido pela hélice, os compressores, as turbinas e a combustão 30 que se propaga no interior do conduto.
Para limitar o impacto da poluição sonora à proximidade dos aeroportos, as normas internacionais são cada vez mais restritivas em matéria de emissões sonoras.
Foram desenvolvidas técnicas para reduzir o ruído interno, especialmente dispondo, na altura das paredes dos condutos, revestimentos visando absorver parte da energia sonora, especialmente utilizando o princípio dos ressonadores de Helmholtz. De maneira conhecida, esse revestimento acústico, também chamado painel acústico, compreende, do exterior para o interior, uma estrutura acusticamente resistiva, uma estrutura alveolar e uma camada refletora.
Por camada, entende-se uma ou mais camadas de mesma natureza ou não.
A estrutura acusticamente resistiva é uma estrutura porosa com um papel dissipativo, transformando 10 parcialmente a energia acústica da onda sonora que a atravessa em calor. Ela compreende zonas ditas abertas suscetíveis de deixar passar as ondas acústicas e outras ditas fechadas ou cheias que não deixam passar as ondas sonoras, mas são destinadas a assegurar a 15 resistência mecânica da dita camada. Essa camada acusticamente resistiva caracteriza-se especialmente por uma taxa de superfície aberta que varia essencialmente em função do motor e dos componentes que constituem a dita camada.
Geralmente, a estrutura acusticamente resistiva compreende pelo menos uma camada porosa e pelo menos uma estrutura de reforço.
A camada porosa deve permitir tornar o tratamento acústico linear e capturar as ondas acústicas nas células de Helmoltz formadas pela estrutura alveolar.
De acordo com um modo de realização, a camada porosa é um tecido metálico, especialmente uma tela inoxidável conhecida do técnico do assunto.
Esse tipo de tecido tem como vantagem o fato de ter uma grande resistência mecânica mesmo para espessuras bem pequenas, da ordem de 1 a 2 décimos de milímetro, superior à de um material sintético.
Essa grande resistência mecânica é necessária, pois esse tecido localizado na altura da superfície em contato direto com os escoamentos aerodinâmicos pode ser erodido por partículas sólidas tais como grãos de areia e pedregulhos, ou sofrer o impacto de pedaços de gelo ou pássaros eventualmente aspirados que, com a velocidade, podem causar danos. De acordo com outra vantagem, esse tecido metálico é um excelente condutor dos raios de varredura.
A estrutura de reforço apresenta-se na forma de uma placa de material compósito ou metálico na qual são efetuados orifícios de seção maior ou menor. De acordo com um modo de realização, a estrutura de reforço apresenta-se na forma de chapa com perfurações 10 oblongas ou redondas. Em variante, a chapa poderia compreender micro perfurações de diâmetro da ordem de
0,05 a 1,2 mm.
Uma estrutura de reforço e um tecido de amortecimento metálicos são preferidos, pois permitem obter uma 15 grande resistência mecânica necessária, especialmente quando a estrutura acusticamente resistiva é aplicada sobre zonas muito solicitadas tais como um bordo de ataque de entrada de ar de uma nacela.
Além disso, esses elementos metálicos asseguram uma excelente difusão térmica melhorando a eficiência do tratamento da geada necessário na altura da entrada de ar de uma nacela.
Para unir a camada porosa e a estrutura de reforço, utiliza-se a colagem que permite obter uma superfície 25 lisa, portanto, com melhor aerodinâmica, e não aumentar demais a massa embarcada, contrariamente aos outros meios de fixação tais como rebites, parafusos ou análogos. Além disso a colagem permite unir materiais diferentes, elementos de espessuras 30 diferentes, e obter uma melhor distribuição das tensões.
De acordo com um modo de realização, utilizam-se resinas termoplásticas termoestáveis, tais como as das famílias das polieterimidas (PEI), das polietercetonas 35 (PEEK), das polifenilsulfonas (PPS) , das poliamidas (PA) e o polietilentereftalato (PET), permitindo obter estabilidade em exposições de longa duração a temperaturas compreendidas entre 300 e 400°C.
Os pedidos de patente FR-2.826.168 em nome do requerente descrevem processos de realização de camada acusticamente resistiva.
Antes da união dos elementos, a estrutura de reforço é perfurada ou micro perfurada, limpa e preparada para que a cola adira corretamente à dita estrutura de reforço.
Em seguida, dispõe-se, entre a estrutura de reforço 10 preparada e a camada porosa, um filme de cola de espessura constante, não adesivo a frio. O filme é de preferência recortado segundo as zonas abertas da estrutura de reforço para que não haja cola nas ditas zonas, o que obstruiria, na altura das zonas abertas, 15 as malhas do tecido utilizado como camada porosa.
De acordo com as necessidades, esses elementos podem ser eventualmente formados ou dobrados.
Em seguida, os diferentes elementos são aquecidos a fim de ativar a cola, e prensados. Após resfriamento, 20 obtém-se um união resistente da estrutura de reforço e da camada porosa. Essa união é mais resistente quando a cola tem uma espessura constante e mínima em toda a superfície da estrutura de reforço.
Apesar de todo o cuidado tomado na realização da estrutura de amortecimento acústico, o resultado não é ótimo pelas razões a seguir.
Não sendo planos os dois elementos a unir, as espessuras de cola podem variar de alguns centésimos a
1 mm, o que se traduz por um caráter não homogêneo da ligação entre a estrutura de reforço e a camada porosa, aumentando o risco de uma importante delaminação.
Por outro lado, os excessos de cola tendem a fluir para as zonas perfuradas ou micro perfuradas e sobre a camada porosa, o que obstrui as malhas do tecido utilizado como camada porosa e reduz consideravelmente a eficiência do tratamento acústico. Finalmente, o recorte do filme de cola e seu posicionamento em relação à estrutura de reforço a fim de superpor as zonas abertas do dito filme e as da dita estrutura de reforço é difícil de ser efetuado uma vez que a forma dos elementos a unir é complexa.
Assim, a presente invenção visa paliar os inconvenientes da arte anterior propondo um processo de realização de uma estrutura acusticamente resistiva permitindo melhorar a aderência entre os elementos da dita 10 estrutura e não alterar as características de amortecimento acústico da dita estrutura.
Para tal, a invenção tem por objeto um processo de realização de uma estrutura acusticamente resistiva capaz de ser aplicada sobre uma estrutura alveolar de 15 maneira a obter um revestimento para o tratamento acústico, compreendendo a dita estrutura acusticamente resistiva pelo menos uma camada porosa e pelo menos uma camada de reforço unidas por colagem, caracterizado pelo fato de consistir em aplicar uma cola de tipo amorfa 20 sobre a dita pelo menos uma estrutura de reforço, perfurar ou micro perfurar a estrutura de reforço após a aplicação da cola de tipo amorfa, e aplicar contra a face da estrutura de reforço revestida de cola de tipo amorfa a dita pelo menos uma camada porosa.
A natureza amorfa da cola permite uma sucessão de aumentos de temperatura e resfriamentos que não altera as características da dita cola, o que permite uma união passo a passo, limita os riscos de obstrução das malhas da camada porosa na altura das zonas abertas da 30 estrutura de reforço e garante uma espessura constante e ótima da cola.
Outras características e vantagens ressaltarão da descrição da invenção a seguir, descrição essa dada unicamente a título de exemplo, em referência aos desenhos anexos cujas figuras são relacionadas abaixo.
A figura 1 é uma vista em perspectiva ilustrando um conjunto propulsor de uma aeronave; A figura 2 é um corte longitudinal ilustrando a entrada de ar de uma nacela de acordo com uma primeira variante;
A figura 3 é um corte longitudinal ilustrando a entrada de ar de uma nacela de acordo com outra variante;
A figura 4A é um corte ilustrando um revestimento acústico de acordo com uma primeira variante;
A figura 4B é um corte ilustrando um revestimento acústico de acordo com uma segunda variante;
A figura 4C é um corte ilustrando um revestimento acústico de acordo com uma terceira variante;
A figura 5A é uma vista em elevação de uma camada acusticamente resistiva de acordo com uma primeira configuração dos orifícios efetuados na estrutura de reforço;
A figura 5B é uma vista em elevação de uma camada acusticamente resistiva de acordo com outra configuração dos orifícios efetuados na estrutura de reforço; e
As figuras 6A a 6C são esquemas sinópticos ilustrando de maneira esquemática diferentes etapas do processo de realização de acordo com a invenção.
A presente invenção é agora descrita aplicada a uma 25 entrada de ar de conjunto propulsor de uma aeronave. Contudo, ela pode se aplicar na altura das diferentes zonas de uma aeronave onde é operado um tratamento acústico, por exemplo, o bordo de ataque das asas ou qualquer outro local submetido a altas temperaturas, 30 como próximo ao motor ou próximo às palhetas do motor. Para a seqüência da descrição, entende-se por geada tanto a geada quanto o gelo, de quaisquer naturezas, de quaisquer estruturas e de quaisquer espessuras. Na figura 1, representou-se um conjunto propulsor 10 de
uma aeronave ligado sob a asa por intermédio de um mastro 12. Contudo, esse conjunto propulsor poderia ser ligado a outras zonas da aeronave. Esse conjunto propulsor compreende uma nacela 14 na qual está disposto de maneira sensivelmente concêntrica um motor movendo uma hélice de compressor montada sobre seu eixo 16. 0 eixo longitudinal da nacela tem a referência 18. A nacela 14 compreende uma parede interna 20 que delimita um conduto com uma entrada de ar 22 na dianteira, por onde entra uma primeira parte do fluxo de ar, chamada fluxo primário, atravessando o motor para participar da combustão, e a segunda parte do fluxo de ar, chamada fluxo secundário, é levada pela hélice, escoando em um conduto anelar delimitado pela parede interna 20 da nacela e a parede externa do motor.
A parte mais alta 24 da entrada de ar 22 descreve uma forma sensivelmente circular que se estende em um plano que pode ser sensivelmente perpendicular ao eixo longitudinal 18, como ilustrado na figura 2, ou não perpendicular, com a parte mais alta situada a 12 h e ligeiramente para frente, como ilustrado na figura 3. Contudo, podem ser consideradas outras formas de entrada de ar.
Para a seqüência da descrição, entende-se por superfície aerodinâmica o envoltório da aeronave em contato com o fluxo aerodinâmico.
Para limitar o impacto da poluição sonora, um revestimento 26 visando absorver parte da energia sonora, especialmente utilizando o princípios dos ressonadores de Helmholtz, é previsto especialmente na altura das superfícies aerodinâmicas. De maneira conhecida, esse revestimento acústico, também chamado painel acústico, compreende, do interior para o exterior, uma camada refletora 28, pelo menos uma estrutura alveolar 30 e uma estrutura acusticamente resistiva 32, como ilustrado nas figuras 4A a 4C.
Em variante, o revestimento acústico 26 poderia compreender várias estruturas alveolares por estruturas acusticamente resistivas chamadas septum. De acordo com as variantes, o revestimento acústico pode se estender sobre a superfície do conduto secundário bem como para frente e cobrir o bordo de ataque ou lábio de entrada de ar da nacela, como ilustrado nas figuras 2 e 3, bem como uma parte da superfície externa.
De acordo com um modo de realização, a camada refletora 28 pode se apresentar na forma de uma chapa metálica ou de uma pele constituída de pelo menos uma camada de fibras tecidas ou não tecidas inseridas em uma matriz de resina.
A estrutura alveolar 30 pode se apresentar na forma de uma colméia metálica ou em material compósito, por exemplo, uma estrutura em colméia comercializada com o nome de Nida Nomex. Em variante, a estrutura alveolar poderia ser obtida por outros meios, por exemplo, pela união de faixas que se entrecruzam de maneira a delimitar células abertas em cada uma de suas extremidade.
A camada refletora 28 e a estrutura alveolar 30 não são mais detalhadas, pois são conhecidas do técnico do assunto.
Uma camada acusticamente resistiva 32 compreende pelo menos uma estrutura porosa com um papel dissipativo, transformando parcialmente a energia acústica da onda sonora que a atravessa em calor.
De acordo com um modo de realização, a estrutura acusticamente resistiva 32 compreende pelo menos uma camada porosa 34 e pelo menos uma estrutura de reforço
36 conferindo as características requeridas à estrutura acusticamente resistiva.
De acordo com uma primeira variante ilustrada na figura 4A, a estrutura acusticamente resistiva 32 pode compreender uma camada porosa 34 intercalada entre a estrutura alveolar e uma estrutura de reforço 36.
De acordo com uma segunda variante ilustrada na figura 4B, a estrutura acusticamente resistiva 32 pode compreender uma camada porosa 34 intercalada entre duas estruturas de reforço 36.
De acordo com outra variante ilustrada na figura 4C, a estrutura acusticamente resistiva 32 pode compreender uma estrutura de reforço 36 intercalada entre a estrutura alveolar 30 e uma camada porosa 34.
A camada porosa 34 apresenta-se na forma de uma tela metálica tal como, por exemplo, um Wiremesh. De acordo com um modo de realização, o tecido de amortecimento acústico é metálico, especialmente uma tela inoxidável conhecida do técnico do assunto.
A estrutura de reforço 36 apresenta-se na forma de uma placa metálica compreendendo aberturas 38 ou micro perfurações assegurando a passagem das ondas acústicas através da dita estrutura de reforço. Conforme o caso, a estrutura de reforço pode ser em liga de alumínio ou em liga de titânio. As ligas de titânio são interessantes devido a sua importante relação resistência/massa, seu baixo coeficiente de dilatação e sua resistência a temperaturas elevadas. Assim, a estrutura acusticamente resistiva pode resistir a temperaturas elevadas, da ordem de 380°C, utilizando uma estrutura de reforço em liga de titânio e uma cola resistente às ditas temperaturas.
A estrutura de reforço 36 compreende aberturas 38 ou micro perfurações de diferentes formas ou dimensões, por exemplo, furos circulares agrupados como ilustrado na figura 5A ou formas oblongas como ilustrado na figura 5B. As formas e as dimensões das aberturas 38 são determinadas de maneira a reduzir as perturbações sobre os escoamentos do fluxo de ar, a assegurar a resistência mecânica requerida, especialmente a fim de resistir à delaminação, e a permitir a passagem das ondas sonoras para conferir um bom rendimento ao revestimento acústico.
Em todos os casos, a estrutura 32 acusticamente resistiva compreende zonas ditas abertas suscetíveis de deixar passar as ondas acústicas e outras ditas fechadas ou cheias que não deixam passar as ondas sonoras, mas são destinadas a assegurar a resistência mecânica da dita camada. Essa camada acusticamente resistiva caracteriza-se especialmente por uma taxa de superfície aberta que varia essencialmente em função do motor e dos componentes que constituem a dita camada.
Antes da união com a camada porosa, a estrutura de reforço recebe um ou mais tratamentos de superfície com pelo menos um dos seguintes objetivos:
- eliminar sujeiras, poluição, óleos e lubrificantes, especialmente de laminação, estiramento;
- eliminar as camadas adsorvidas;
- eliminar as camadas mais ou menos frágeis (óxidos naturais, óxidos hidratados) até encontrar um metal bruto, perfeitamente limpo;
facilitar o espalhamento e a aderência de um líquido;
- aumentar a rugosidade de superfície, para aumentar o agarramento mecânico;
- criar uma camada reativa de óxido na superfície ou qualquer outra camada sólida para aumentar a aderência da cola.
De acordo com um modo de realização, a estrutura de reforço recebe um areamento após desengorduramento. De preferência, utiliza-se granalha muito fina para obter uma microestrutura.
De acordo com a invenção, para unir a estrutura de reforço e a camada porosa, utiliza-se uma cola amorfa. Por cola, entende-se um produto químico que permite unir pelo menos dois elementos.
A propriedade amorfa da cola permite poder aumentar sua temperatura e resfriá-la sem modificar sua estrutura química e, portanto, suas características estruturais. Essa característica permite espalhar a cola por etapas, a fim de verificar a qualidade da camada de cola. Durante as variações de temperatura, obtém-se um envelhecimento físico ou relaxamento estrutural, um fenômeno reversível próprio da natureza amorfa da cola, em oposição a um envelhecimento 5 químico que induz uma evolução irreversível das pontes entre cadeias ou uma ruptura das ligações.
Assim, devido ao fato que a cola não é alterada por aumentos de temperatura e resfriamentos sucessivos, é possível efetuar a operação de união passo a passo a 10 fim de medir, aos poucos, a qualidade da camada de cola. Além disso, pode-se proceder parte por parte, graças à propriedade amorfa da cola, para as zonas de forma antes de difícil aplicação da cola, como, por exemplo, o bordo de ataque de uma entrada de ar.
De acordo com outra característica da invenção, a cola é de tipo termocolante. De preferência, ela se apresenta na forma de um filme 40 de espessura constante, não adesivo a frio e reativo ao calor, sendo o dito filme aplicado sobre uma das superfícies 20 a ser colada.
De acordo com a invenção, as perfurações ou micro perfurações efetuadas sobre a estrutura de reforço 36 são realizadas uma vez aplicada a cola amorfa. Assim, obtém-se uma espessura de cola constante e mínima 25 sobre toda a superfície da estrutura de reforço, o que garante uma união de melhor qualidade.
Por outro lado, essa solução permite evitar o escoamento da cola em direção às zonas abertas e a obstrução das malhas nessas zonas a fim de não alterar as características acústicas da estrutura acusticamente resistiva.
De acordo com um modo de realização, aplica-se um filme de cola 40 sobre a estrutura de reforço 36, como ilustrado na figura 6A. Vantajosamente, a estrutura de reforço e o filme de cola são dispostos sobre um molde 42 com papel prensa.
O conjunto é em seguida colocado em um forno ou autoclave de grandes dimensões que permite uma elevação de temperatura de 100 a 300°C a fim de ativar a cola, sob uma pressão de 1 a 15 Bar. A cola amorfa 40 endurece durante o resfriamento sem perder suas características mecânicas e adesivas.
A estrutura de reforço 36 é assim completamente coberta de cola. Obtém-se uma espessura de cola constante e ótima contrariamente à arte anterior, o que permite melhorar as qualidades da união.
Realizam-se em seguida as perfurações ou micro perfurações como ilustrado na figura 6B. Durante essa etapa, nota-se que a estrutura de reforço e o filme de cola são perfurados da mesma maneira simultaneamente de maneira que as aberturas do filme de cola e as da 15 estrutura de reforço coincidem perfeitamente. A execução é assim muito simplificada.
Diferentes técnicas podem ser utilizadas para realizar as perfurações ou micro perfurações. A título de exemplo, pode-se utilizar um raio laser ou um feixe de 20 elétrons. O eventual aquecimento produzido durante a usinagem não altera a cola na medida em que a cola utilizada é amorfa. Não sendo a cola alterada na altura dos contornos das zonas abertas, obtém-se um poder aderente importante nessas zonas que são 25 altamente solicitadas. Como ilustrado na figura 6C, a camada porosa 34 é então colocada sobre a cola 40, aplicada por intermédio de um molde ou outro. O conjunto é em seguida colocado em um forno ou autoclave de grandes dimensões que permite uma 30 elevação de temperatura de 100 a 300°C a fim de ativar a cola, sob uma pressão de 1 a 15 Bar. Eventualmente, a colocação da camada porosa pode ser feita pedaço por pedaço, sendo a cola ativada a medida da colocação de cada pedaço de camada porosa. Essa solução permite 35 realizar uma colagem de qualidade satisfatória mesmo nas zonas de formas complexas, tais como o bordo de ataque de uma entrada de ar, que são geralmente as zonas mais solicitadas. A natureza amorfa da cola permite uma sucessão de aumentos de temperatura e resfriamentos que não altera as características da dita cola, o que permite uma união passo a passo, 5 limita os riscos de obstrução das malhas da camada porosa na altura das zonas abertas da estrutura de reforço e garante uma espessura constante e ótima da cola .
Claims (8)
1. Processo de realização de estrutura acusticamente resistiva, capaz de ser aplicada sobre uma estrutura alveolar de maneira a obter um revestimento para o tratamento acústico, compreendendo a dita estrutura acusticamente resistiva (32) pelo menos uma camada porosa (34) e pelo menos uma estrutura de reforço (36) unidas por colagem, caracterizado pelo fato de compreender: - aplicar uma cola de tipo amorfa sobre a dita pelo menos uma estrutura de reforço (36), - perfurar ou micro perfurar a estrutura de reforço (36) após a aplicação da cola de tipo amorfa, e - aplicar contra a face da estrutura de reforço (36) revestida de cola de tipo amorfa a dita pelo menos uma camada porosa.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a colocação da camada porosa (34) poder ser feita pedaço por pedaço, sendo a cola ativada a medida da colocação de cada pedaço de camada porosa.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de se utilizar uma cola termoestável.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracteri zado pelo fato de se utilizar um filme de cola de tipo amorfa não adesiva a frio.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender as etapas que consistem em: - dispor a estrutura de reforço (36) e o filme (40) sobre um molde (42) e submeter o conjunto a um aumento de temperatura de 100 a 300°C a fim de ativar a cola, sob uma pressão de 1 a 15 Bar; após resfriamento, realizar perfurações ou micro perfurações na altura da estrutura de reforço e da camada de cola; e - dispor acamada porosa (34) e submeter o conjunto a um aumento de temperatura de 100 a 300°C a fim de ativar a cola, sob uma pressão de 1 a 15 Bar.
6. Estrutura acusticamente resistiva, capaz de ser aplicada sobre uma estrutura alveolar de maneira a obter um revestimento para o tratamento acústico, compreendendo a dita estrutura acusticamente resistiva (32) pelo menos uma camada porosa (34) e pelo menos uma estrutura de reforço (36) unidas com uma cola de tipo amorfa, caracterizada pelo fato de ser realizada por meio do processo como identificado em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
7. Revestimento para tratamento acústico, compreendendo do interior para o exterior uma camada refletora (28), pelo menos uma estrutura alveolar (30) e uma estrutura acusticamente resistiva (28), compreendendo a dita estrutura acusticamente resistiva (32) pelo menos uma camada porosa (34) e pelo menos uma estrutura de reforço (36) unidas com uma cola de tipo amorfa, caracterizado pelo fato de a dita estrutura acusticamente resistiva ser realizada por meio do processo como identificado em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
8. Nacela, compreendendo um revestimento para tratamento acústico, compreendendo do interior para o exterior uma camada refletora (28), pelo menos uma estrutura alveolar (30) e uma estrutura acusticamente resistiva (28), compreendendo a dita estrutura acusticamente resistiva (32) pelo menos uma camada porosa (34) e pelo menos uma estrutura de reforço (36) unidas com uma cola de tipo amorfa, caracterizada pelo fato a dita estrutura acusticamente resistiva ser realizada por meio do processo como identificado em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.
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