CN113998087B - 一种船舶翼形抗横倾装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种船舶翼形抗横倾装置，包括：多组船舶风帆、翼形抗横倾装置和翻转机构，所述多组所述船舶风帆设置于船体两侧，且多组所述船舶风帆沿所述船体两侧靠近甲板边线排布；所述翼形抗横倾装置位于所述船舶风帆的端部，所述翼形抗横倾装置包括两拼接而成的第一机翼和第二机翼；所述翻转机构可带动所述第一机翼和所述第二机翼翻转以使所述翼形抗横倾装置翻面，从而使所述船体两侧分别位于迎风侧和背风侧的所述翼形抗横倾装置受横风作用时回复力矩方向相同，实现船舶抗横倾。本申请通过在船舶风帆端部设置翼形抗横倾装置，可为船舶提供额外的回复力矩，从而降低船舶风帆使用的危险系数，达到抗横倾的效果。

Description

一种船舶翼形抗横倾装置

技术领域

本申请涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶翼形抗横倾装置。

背景技术

在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航速，古老的风帆助航也得到了发展。航运大国日本已在万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航，节油率达15％，但是，风帆助航设备使用具有一定的局限性。随着人们对海洋资源开发的深入和探索范围的不断扩大，船舶海上航行的安全日益受到重视，当船舶在受到强劲的横风作用时，风帆上会产生一个较大的横倾力矩，严重时会造成船舶倾覆事故，横倾会给船舶的安全、操纵性和经济性带来极大危害。目前，航行过程中通常凭借工作人员经验采取抗横倾的措施，在复杂恶劣的海况下，当船舶发生大角度横倾时，若船舶抗横倾不及时，很可能造成船舶倾覆。

发明内容

本申请实施例提供了一种船舶翼形抗横倾装置，解决现有技术中风帆助航设备在使用时当船舶受到强劲的横风作用时，风帆上会产生一个较大的横倾力矩，造成船舶倾覆事故发生的问题，所述技术方案如下：

根据一实施例提供的船舶翼形抗横倾装置，包括：多组船舶风帆、翼形抗横倾装置和翻转机构，所述多组所述船舶风帆设置于船体两侧，且多组所述船舶风帆沿所述船体两侧靠近甲板边线排布；所述翼形抗横倾装置位于所述船舶风帆的端部，所述翼形抗横倾装置包括两拼接而成的第一机翼和第二机翼；所述翻转机构包括翻转电机、第一伸缩轴和第二伸缩轴，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴分别位于所述翻转电机的两侧，所述第一伸缩轴与所述第一机翼连接，所述第二伸缩轴与所述第二机翼连接，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴可分别向径向相对的两侧移动，以使所述第一机翼和所述第二机翼分离，并在所述翻转电机驱动下带动所述第一机翼和所述第二机翼翻面，从而使所述船体两侧分别位于迎风侧和背风侧的所述翼形抗横倾装置受横风作用时回复力矩方向相同，实现船舶抗横倾。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，在所述第一机翼和所述第二机翼内部分别设有用于盛装所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴的空腔，在所述空腔内壁设有滑道，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴沿所述滑道滑动，以使所述第一机翼和所述第二机翼分离。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴为液压轴，包括液压外杆、液压缸体和套设于所述液压缸体内部的液压内杆，所述液压外杆通过垂直传动齿轮与所述翻转电机连接，在所述第一机翼和所述第二机翼内的所述空腔相靠近的端部设有半球形空腔，用于包裹所述垂直传动齿轮和所述翻转电机。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，所述船舶风帆包括风帆本体和桅杆，所述桅杆穿设于所述风帆本体，并位于所述风帆本体的中轴线上；其中，在所述桅杆端部设有沿所述中轴线延伸的连接轴，所述连接轴的端部与所述翻转电机连接，以使所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴、与所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴分别连接的所述第一机翼和所述第二机翼关于所述中轴线对称。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，在所述连接轴与所述桅杆的连接处设有球形铰支座，在所述球形铰支座内设有第一旋转电机，所述第一旋转电机可驱动所述连接轴沿第一方向偏转；在所述球形铰支座与所述桅杆连接处设有第二旋转电机，所述第二旋转电机可驱动所述连接轴沿与所述第一方向垂直的第二方向偏转，以调节所述翼形抗横倾装置的倾斜角度，并使所述翼形抗横倾装置始终迎风。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，在所述球形铰支座外表面设有外部限位装置，以控制所述连接轴在所述第一方向和所述第二方向上的偏转角度。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，在所述第一机翼表面、所述第二机翼表面和所述球形铰支座内与所述连接轴连接处设有角度仪，在所述球形铰支座内还设有强构件连接轴，在所述强构件连接轴上设有信号处理器，用于接收各所述角度仪的数据信息并传输到控制台，并将所述控制台的指令发送至所述第一旋转电机和所述第二旋转电机，以实现远程调节所述翼形抗横倾装置和所述连接轴的倾斜角度。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，在所述连接轴上设有风速风向仪，用于收集外部环境中风速风向数据，所述风速风向仪与风信号处理器连接，所述风信号处理器用于接收所述风速风向仪检测到的数据信息并传输至所述控制台。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，分别设置在所述船体两侧的多个所述翼形抗横倾装置的位置关于所述船体的中纵剖面对称。

本申请一些实施例提供的一种船舶翼形抗横倾装置带来的有益效果为：本申请通过在船舶风帆端部设置翼形抗横倾装置，克服传统风帆助航设备在使用时当船舶受到强劲的横风作用时，风帆上会产生一个较大的横倾力矩，严重时会造成船舶倾覆事故发生的问题，通过在船舶风帆端部设置翼形抗横倾装置，当船舶受到横风时可通过翼形抗横倾装置产生一个向上的升力，该升力可为船舶提供额外的回复力矩，从而降低船舶风帆使用的危险系数，达到抗横倾的效果。进一步地，本申请通过将翼形抗横倾装置设计成可以通过翻转机构进行翻面的形式，使处于迎风一侧的翼形抗横倾装置机翼变升力为向下压力，与背风侧翼形抗横倾装置提供的回复力矩方向相同，进一步提高了回复力矩，以避免船舶横倾。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的船舶翼形抗横倾装置在船艉-艏视向结构示意图；

图2是本申请的船舶翼形抗横倾装置俯视图；

图3是本申请的船舶翼形抗横倾装在船侧视向结构示意图；

图4是本申请的翼形抗横倾装置翻转过程示意图一；

图5是本申请的翼形抗横倾装置翻转过程示意图二；

图6是本申请的翼形抗横倾装置翻转后结构示意图；

图7是本申请的伸缩机构剖面结构示意图；

图8是图7的A-A方向截面图；

图9是本申请的连接轴结构示意图。

附图标记：100-船舶风帆，110-风帆本体，120-桅杆，130-风帆基座，140-连接轴，200-翼形抗横倾装置，210-第一机翼，220-第二机翼，230-空腔，231-滑道，232-空腔支撑杆，233-半球形空腔，300-翻转机构，310-翻转电机，320-伸缩机构，321-第一伸缩轴，322-第二伸缩轴，3211-液压外杆，3212-液压缸体，3213-液压内杆，3214-缸体支撑构件，323-垂直传动齿轮，400-球形铰支座，410-第一旋转电机，420-第二旋转电机，431-第一方向，432-第二方向，440-外部限位装置，450-强构件连接轴，510-角度仪，520-信号处理器，610-风速风向仪，620-风信号处理器，630-支撑架，700-控制台

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

根据一实施例提供的船舶翼形抗横倾装置，如图1-6所示，包括多组船舶风帆100、翼形抗横倾装置200和翻转机构300，所述多组所述船舶风帆100设置于船体两侧，且多组所述船舶风帆100沿所述船体两侧靠近甲板边线排布；所述翼形抗横倾装置200位于所述船舶风帆100的端部，所述翼形抗横倾装置200包括两拼接而成的第一机翼210和第二机翼220；所述翻转机构300与所述第一机翼210和所述第二机翼220连接，所述翻转机构300可带动所述第一机翼210和所述第二机翼220翻转以使所述翼形抗横倾装置200翻面，从而使所述船体两侧分别位于迎风侧和背风侧的所述翼形抗横倾装置200受横风作用时回复力矩方向相同，实现船舶抗横倾。根据上述实施例，本申请通过在船舶风帆100端部设置翼形抗横倾装置200，克服传统风帆助航设备在使用时当船舶受到强劲的横风作用时，风帆上会产生一个较大的横倾力矩，严重时会造成船舶倾覆事故发生的问题，本申请通过在船舶风帆100端部设置翼形抗横倾装置200，当船舶受到横风时可通过翼形抗横倾装置200产生一个向上的升力，该升力可为船舶提供额外的回复力矩，从而降低船舶风帆100使用的危险系数，达到抗横倾的效果。

进一步地，当翼形抗横倾装置200的机翼的尺寸确定之后即确定了机翼的最大升力，为了提高升力带来的回复力矩的有益效果，只能尽可能通过增加船舶风帆100安装位置来增加回复力矩的大小。本申请通过将船舶风帆100安装在甲板上远离船舶中纵剖面处，这样可以增加力臂的长度达到增大力矩的效果，因此，本申请在船舶两侧靠近甲板边线的位置各设一列船舶风帆100。当船舶受到横风时，由于迎风一侧的翼形抗横倾装置200与背风一侧的翼形抗横倾装置200提供的回复力矩方向相反，降低了抗衡倾效果。为解决此问题，本申请将翼形抗横倾装置200设计成可以通过翻转机构300进行翻面的形式，使处于迎风一侧的翼形抗横倾装置200机翼变升力为向下压力，与背风侧翼形抗横倾装置200提供的回复力矩方向相同，进一步提高了回复力矩，以避免船舶横倾。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图4、图7所示，所述翻转机构300包括：翻转电机310和伸缩机构320，所述伸缩机构320包括第一伸缩轴321和第二伸缩轴322，分别位于所述翻转电机310的两侧，所述第一伸缩轴321与所述第一机翼210连接，所述第二伸缩轴322与所述第二机翼220连接；其中，所述第一伸缩轴321和所述第二伸缩轴322可分别向径向相对的两侧移动，以使所述第一机翼210和所述第二机翼220分离，并在所述翻转电机310驱动下带动所述第一机翼210和所述第二机翼220翻面。根据上述实施例，当需要将翼形抗横倾装置200翻面时，首先通过将与第一机翼210和第二机翼220固定连接第一伸缩轴321和第二伸缩轴322向两侧伸出，从而带动第一机翼210和第二机翼220向两侧分离，再通过翻转电机310驱动第一伸缩轴321和第二伸缩轴322转动，带动第一机翼210和第二机翼220旋转，旋转180°后即可实现翼形抗横倾装置200的翻面，翻面完成后，第一伸缩轴321和第二伸缩轴322再相向运动，使得第一机翼210和第二机翼220再拼接成一个完整的面，翻面后，来风攻角与翻转前呈对称分布，翻面后迎风一侧的翼形抗横倾装置200变升力为向下压力，使得与背风侧的翼形抗横倾装置200提供的回复力矩方向相同，从而提高了回复力矩，以避免船舶横倾。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图7-8所示，在所述第一机翼210和所述第二机翼220内部分别设有用于盛装所述第一伸缩轴321和所述第二伸缩轴322的空腔230，在所述空腔230内壁设有滑道231，所述第一伸缩轴321和所述第二伸缩轴322沿所述滑道231滑动，以使所述第一机翼210和所述第二机翼220分离。进一步地，所述空腔230的外壁通过数个间距排布的空腔支撑杆232与所述第一机翼210和所述第二机翼220的边缘固定连接。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图7-8所示，所述第一伸缩轴321和所述第二伸缩轴322为液压轴，包括液压外杆3211、液压缸体3212和套设于所述液压缸体3212内部的液压内杆3213，所述液压外杆3211通过垂直传动齿轮323与所述翻转电机310连接，在所述第一机翼210和所述第二机翼220内的所述空腔230相靠近的端部设有半球形空腔233，所述半球形空腔233用于包裹所述垂直传动齿轮323和所述翻转电机310，以对垂直传动齿轮323和翻转电机310予以包裹防护，避免受风雨侵蚀影响使用寿命，也保证第一机翼210和第二机翼220在拼接处形成一完整的平面。进一步地，液压外杆3211与所述液压缸体3212通过缸体支撑构件3214固定连接。根据上述实施例，在收到调整翼形抗横倾装置200翻转的指令后，液压装置启动，液压内杆3213由液压驱动向外侧伸开，并沿滑道231滑动，第一机翼210和第二机翼220与液压内杆3213连接，也随之向两侧分离，在分离过程中，第一机翼210和第二机翼220内空腔230通过滑道231与液压外杆3211产生相对滑动，实现第一机翼210和第二机翼220从中线分开。再在翻转电机310的作用下，液压缸体3212发生旋转，与液压缸体3212相连的液压外杆3211也发生旋转，在液压外杆3211的作用下，空腔230和与之相连的第一机翼210、第二机翼220机翼也随之旋转，以液压外杆3211为轴线绕轴旋转180°完成翻面。最后，液压内杆3213相向运动，收回，第一机翼210和第二机翼220重新拼接，完成翼形抗横倾装置200的翻转。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图1、图3-4所示，所述船舶风帆100包括风帆本体110、桅杆120和风帆基座130，所述桅杆120穿设于所述风帆本体110，并位于所述风帆本体110的纵向中轴线上，所述风帆本体110通过所述风帆基座130设置在船体上；其中，在所述桅杆120端部设有沿所述纵向中轴线延伸的连接轴140，所述连接轴140的端部与所述翻转电机310连接，以使所述第一伸缩轴321和所述第二伸缩轴322、与所述第一伸缩轴321和所述第二伸缩轴322分别连接的所述第一机翼210和所述第二机翼220关于所述纵向中轴线对称分布。根据上述实施例，通过将翼形抗横倾装置200设置为由两机翼拼接而成的形式，第一伸缩轴321和第二伸缩轴322向两侧伸出将第一机翼210和第二机翼220分离，从而使得在翻转电机310在驱动第一伸缩轴321和第二伸缩轴322旋转时，可使第一机翼210和第二机翼220分离绕开所述连接轴140，以完成翻面动作。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图9所示，在所述连接轴140与所述桅杆120的连接处设有球形铰支座400，所述球形铰支座400为空心结构，在所述球形铰支座400内设有第一旋转电机410，所述第一旋转电机410可驱动所述连接轴140沿第一方向431偏转；在所述球形铰支座400与所述桅杆120连接处设有第二旋转电机420，所述第二旋转电机420可驱动所述连接轴140沿与所述第一方向431垂直的第二方向432偏转，以调节所述翼形抗横倾装置200的倾斜角度，并使所述翼形抗横倾装置200始终迎风。其中，第一方向431为水平方向，第二方向432为与所述桅杆120的轴线方向，即竖直方向。根据上述实施例，翼形抗横倾装置200通过连接轴140与桅杆120顶部连接，且连接处为通过一个球形铰支座400连接，在球形铰支座400底部设有第二旋转电机420，可由机械控制连接轴140沿竖直方向旋转，在球形铰支座400内部设有第一旋转电机410，可由机械控制连接轴140沿水平方向旋转，从而保证翼形抗横倾装置200可以任意调整方向使得机翼始终迎风，升力或压力始终提供回复力矩，达到船舶抗衡倾的效果。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图9所示，在所述球形铰支座400外表面设有外部限位装置440，以控制所述连接轴140在所述第一方向431和所述第二方向上432的偏转角度。根据上述实施例，通过设置外部限位装置440防止连接轴140角度调整过大，具体地，第一旋转电机410通过齿轮齿条结构与连接轴140相连，通过驱动第一旋转电机410，可偏转连接轴140角度，使连接轴140顶端的翼形抗横倾装置200可实现一定范围内角度的偏转，其偏转角由外部限位装置440确定，通常限定为左右45°范围内。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图9所示，在所述第一机翼210表面、所述第二机翼220表面和所述球形铰支座400内与所述连接轴140连接处设有角度仪510，在所述球形铰支座400内还设有强构件连接轴450，在所述强构件连接轴450上设有信号处理器520，用于接收各所述角度仪510的数据信息并传输到控制台700，并将所述控制台700的指令发送至所述第一旋转电机410和所述第二旋转电机420，以实现远程调节所述翼形抗横倾装置200和所述连接轴140的倾斜角度。根据上述实施例，通过在球形铰支座400内设置强构件连接轴450，可保证球形铰支座400的结构强度，加强支撑力度。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，如图9所示，在所述连接轴140上设有风速风向仪610，用于收集外部环境中风速风向数据，所述风速风向仪610通过支撑架630固设在连接轴140上，所述风速风向仪610与风信号处理器620连接，所述风信号处理器620用于接收所述风速风向仪610检测到的数据信息并传输至所述控制台700。根据上述实施例，通过在第一机翼210表面、所述第二机翼220表面和球形铰支座400内部安装角度仪510，强构件连接轴450上的集成信号处理器520可以收集各角度仪510的数据，并传到控制台700，并负责将控制,700的指令发送到各电机，实现翼形抗横倾装置200的远程控制或自动控制。风速风向仪610负责收集环境中的风速风向数据，并通过风信号处理器620传到控制台700。在实际操作中，控制台程序会根据船舶的倾斜角度和风速风向信息，计算桅杆120顶端的翼形抗横倾装置200的最佳攻角和朝向，通过信号处理器520控制第一旋转电机410和第二旋转电机420工作，使翼形抗横倾装置200实现最佳攻角和朝向的调整。

例如，在一个实施例提供的船舶翼形抗横倾装置中，分别设置在所述船体两侧的多个所述翼形抗横倾装置200的位置关于所述船体的中纵剖面对称。

尽管已经出于说明性目的对本申请的实施例进行了公开，但是本领域技术人员将认识的是：在不偏离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。

Claims (9)

1.一种船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，包括：

多组船舶风帆，多组所述船舶风帆设置于船体两侧，且多组所述船舶风帆沿所述船体两侧靠近甲板边线排布；

翼形抗横倾装置，位于所述船舶风帆的端部，所述翼形抗横倾装置包括两拼接而成的第一机翼和第二机翼；及

翻转机构，包括翻转电机、第一伸缩轴和第二伸缩轴，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴分别位于所述翻转电机的两侧，所述第一伸缩轴与所述第一机翼连接，所述第二伸缩轴与所述第二机翼连接，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴可分别向径向相对的两侧移动，以使所述第一机翼和所述第二机翼分离，并在所述翻转电机驱动下带动所述第一机翼和所述第二机翼翻面，从而使所述船体两侧分别位于迎风侧和背风侧的所述翼形抗横倾装置受横风作用时回复力矩方向相同，实现船舶抗横倾。

2.根据权利要求1所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，在所述第一机翼和所述第二机翼内部分别设有用于盛装所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴的空腔，在所述空腔内壁设有滑道，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴沿所述滑道滑动，以使所述第一机翼和所述第二机翼分离。

3.根据权利要求2所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴为液压轴，包括液压外杆、液压缸体和套设于所述液压缸体内部的液压内杆，所述液压外杆通过垂直传动齿轮与所述翻转电机连接，在所述第一机翼和所述第二机翼内的所述空腔相靠近的端部设有半球形空腔，用于包裹所述垂直传动齿轮和所述翻转电机。

4.根据权利要求1所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，所述船舶风帆包括：

风帆本体；

桅杆，穿设于所述风帆本体，并位于所述风帆本体的中轴线上；

其中，在所述桅杆端部设有沿所述中轴线延伸的连接轴，所述连接轴的端部与所述翻转电机连接，以使所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴、与所述第一伸缩轴和所述第二伸缩轴分别连接的所述第一机翼和所述第二机翼关于所述中轴线对称。

5.根据权利要求4所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，在所述连接轴与所述桅杆的连接处设有球形铰支座，在所述球形铰支座内设有第一旋转电机，所述第一旋转电机可驱动所述连接轴沿第一方向偏转；在所述球形铰支座与所述桅杆连接处设有第二旋转电机，所述第二旋转电机可驱动所述连接轴沿与所述第一方向垂直的第二方向偏转，以调节所述翼形抗横倾装置的倾斜角度，并使所述翼形抗横倾装置始终迎风。

6.根据权利要求5所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，在所述球形铰支座外表面设有外部限位装置，以控制所述连接轴在所述第一方向和所述第二方向上的偏转角度。

7.根据权利要求6所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，在所述第一机翼表面、所述第二机翼表面和所述球形铰支座内与所述连接轴连接处设有角度仪，在所述球形铰支座内还设有强构件连接轴，在所述强构件连接轴上设有信号处理器，用于接收各所述角度仪的数据信息并传输到控制台，并将所述控制台的指令发送至所述第一旋转电机和所述第二旋转电机，以实现远程调节所述翼形抗横倾装置和所述连接轴的倾斜角度。

8.根据权利要求7所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，在所述连接轴上设有风速风向仪，用于收集外部环境中风速风向数据，所述风速风向仪与风信号处理器连接，所述风信号处理器用于接收所述风速风向仪检测到的数据信息并传输至所述控制台。

9.根据权利要求1所述船舶翼形抗横倾装置，其特征在于，分别设置在所述船体两侧的多个所述翼形抗横倾装置的位置关于所述船体的中纵剖面对称。

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