CN116039936A - 一种航空发动机节流状态控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种航空发动机节流状态控制方法及装置。该方法包括：步骤S1、确定发动机油门是从慢车状态进入节流状态，还是从起飞状态进入节流状态；步骤S2、当发动机油门从慢车状态进入节流状态时，通过上推条件下节流状态高压转速控制策略进行转速控制，当发动机油门从起飞状态进入节流状态时，通过下拉条件下节流状态高压转速控制策略计划进行转速控制。本申请实现了发动机转速随油门均匀变化，提升了飞行员对发动机工作状态的掌控。

Description

一种航空发动机节流状态控制方法及装置

技术领域

本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种航空发动机节流状态控制方法及装置。

背景技术

飞行员通过调整航空发动机油门杆角度，改变推力，满足不同工况下飞机对发动机的推力需求。一般来说，发动机的工作状态至少包含慢车、节流和起飞状态。慢车状态是发动机能够稳定工作的最小推力状态，起飞状态是最大推力状态，节流状态处于两者之间，推力分布范围广，一般情况下飞机对发动机节流状态的推力要求为随油门角度连续变化。

一种已有的节流状态控制方法如下：

确定慢车状态高压转速控制计划n_2MC，慢车状态油门角度上限α_MC；

确定起飞状态高压转速控制计划n_2ZJ，起飞状态油门角度下限α_ZJ；

根据油门角度α确定节流状态高压转速控制计划，公式如下：

航空发动机装机工作时，飞行高度越高，空气含量越为稀薄，为保证发动机稳定工作，一般需要设置慢车最小燃油流量限制。当维持给定的慢车转速控制计划所需燃油流量低于慢车最小燃油流量限制时，控制系统会限制实际供油量不低于慢车最小燃油流量限制，这就会造成发动机实际转速较慢车转速控制计划偏大，甚至超过了节流状态部分油门范围对应的转速。当油门杆在上述范围内工作时，发动机工作状态不随油门角度变化，出现转速“空行程”现象。飞行高度越高，“空行程”现象越明显。

“空行程”现象对飞行员的操纵产生较大的影响。

发明内容

为了解决上述问题之一，本申请提供了一种航空发动机节流状态控制方法及装置，以最大程度上避免转速“空行程”现象，提升飞行员对发动机工作状态的掌控。

本申请第一方面提供了一种航空发动机节流状态控制方法，主要包括：

步骤S1、确定发动机油门是从慢车状态进入节流状态，还是从起飞状态进入节流状态；

步骤S2、当发动机油门从慢车状态进入节流状态时，通过上推条件下节流状态高压转速控制策略进行转速控制，当发动机油门从起飞状态进入节流状态时，通过下拉条件下节流状态高压转速控制策略计划进行转速控制；

其中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值计算上推条件下节流状态高压转速控制值；所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括基于油门角度与燃油流量分别计算出高压转速，并从中选取较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

优选的是，步骤S1包括：

当发动机油门前一时刻在慢车域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从慢车状态进入节流状态；

当发动机油门前一时刻在起飞域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从起飞状态进入节流状态。

优选的是，步骤S2中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：

步骤S201、在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值作为新的慢车转速；

步骤S202、基于油门角度α及新的慢车转速确定上推条件下节流状态高压转速控制策略：

其中，n_2ST为上推条件下节流状态高压转速控制策略计算的高压转速，n_2MC-Wf为新的慢车转速，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值。

优选的是，步骤S2中，所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括：

步骤T201、根据油门角度α和慢车转速控制计划值，确定第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1：

其中，n_2MC为慢车状态高压转速控制计划值，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值

步骤T202、根据油门角度α和起飞状态燃油流量给定值W_fmdem，确定下拉条件燃油流量控制计划W_f，公式如下：

其中，W_fmin为慢车最小燃油流量限制；

步骤T203、根据所述拉条件燃油流量控制计划W_f确定对应的高压转速值，并将其作为第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2；

步骤T204、选取第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1与第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2中的较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

优选的是，步骤S2之后进一步包括：

当发动机油门重新由节流状态进入慢车状态或飞状态时，重置慢车转速控制计划值以及起飞状态燃油流量给定值。

本申请第二方面提供了一种航空发动机节流状态控制装置，主要包括：

状态识别模块，用于确定发动机油门是从慢车状态进入节流状态，还是从起飞状态进入节流状态；

控制策略选取模块，用于当发动机油门从慢车状态进入节流状态时，通过上推条件下节流状态高压转速控制策略进行转速控制，当发动机油门从起飞状态进入节流状态时，通过下拉条件下节流状态高压转速控制策略计划进行转速控制；

其中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值计算上推条件下节流状态高压转速控制值；所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括基于油门角度与燃油流量分别计算出高压转速，并从中选取较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

优选的是，所述状态识别模块包括：

从慢车状态进入节流状态识别单元，用于当发动机油门前一时刻在慢车域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从慢车状态进入节流状态；

从起飞状态进入节流状态识别单元，用于当发动机油门前一时刻在起飞域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从起飞状态进入节流状态。

优选的是，所述控制策略选取模块包括：

慢车转速确定单元，用于在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值作为新的慢车转速；

上推条件下节流状态高压转速控制值计算单元，用于基于油门角度α及新的慢车转速确定上推条件下节流状态高压转速控制策略：

其中，n_2ST为上推条件下节流状态高压转速控制策略计算的高压转速，n_2MC-Wf为新的慢车转速，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值。

优选的是，所述控制策略选取模块包括：

第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于根据油门角度α和慢车转速控制计划值，确定第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1：

其中，n_2MC为慢车状态高压转速控制计划值，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值

燃油流量控制计划值计算单元，用于根据油门角度α和起飞状态燃油流量给定值W_fmdem，确定下拉条件燃油流量控制计划W_f，公式如下：

其中，W_fmin为慢车最小燃油流量限制；

第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于根据所述拉条件燃油流量控制计划W_f确定对应的高压转速值，并将其作为第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2；

下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于选取第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1与第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2中的较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

优选的是，所述航空发动机节流状态控制装置还包括：

重置模块，用于当发动机油门重新由节流状态进入慢车状态或飞状态时，重置慢车转速控制计划值以及起飞状态燃油流量给定值。

本申请通过区分上推过程和下拉过程分别设计节流状态转速控制计划，能够最大程度避免转速“空行程”现象，实现全包线范围内，发动机转速随油门均匀变化，提升飞行员对发动机工作状态的掌控。

附图说明

图1为本申请航空发动机节流状态控制方法的一优选实施例的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请第一方面提供了一种航空发动机节流状态控制方法，如图1所示，主要包括：

步骤S1、确定发动机油门是从慢车状态进入节流状态，还是从起飞状态进入节流状态；

步骤S2、当发动机油门从慢车状态进入节流状态时，通过上推条件下节流状态高压转速控制策略进行转速控制，当发动机油门从起飞状态进入节流状态时，通过下拉条件下节流状态高压转速控制策略计划进行转速控制；

其中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值计算上推条件下节流状态高压转速控制值；所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括基于油门角度与燃油流量分别计算出高压转速，并从中选取较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

在一些可选实施方式中，步骤S1包括：

当发动机油门前一时刻在慢车域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从慢车状态进入节流状态；

当发动机油门前一时刻在起飞域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从起飞状态进入节流状态。

在步骤S2中，首先需要获取多个给定的控制计划参数，包括慢车转速控制计划n_2MC，慢车最小燃油流量限制W_fmin，起飞转速控制计划_n2ZJ，这些值与常规的节流状态控制输入值基本相同，主要考虑以下限制条件。

(1)确定慢车转速控制计划n_2MC，主要要求为：

A、在燃烧室贫富油边界范围内；

B、满足慢车到起飞状态等加速及减速时间要求；

C、在保证加/减速时间、燃烧室及压缩部件裕度条件下，可获得的最小推力状态；

D、超音速飞行的发动机，还需满足跨音速工作时慢车状态进发匹配等相关限制。

一般确定的慢车转速控制计划可以表征为n_2MC＝f(T₁)，T₁为发动机进口总温。

(2)确定慢车最小燃油流量限制W_fmin，主要要求与上述A、B、D项相同。

(3)确定起飞转速控制计划n_2ZJ，主要要求为：

A、在燃烧室贫富油边界范围内；

B、满足慢车到起飞状态等加速及减速时间要求；

C、满足飞机提出的性能指标要求；

D、超音速飞行的发动机，还需满足跨音速工作时起飞状态进发匹配等相关限制。

一般确定的起飞转速控制计划可以表征为n_2ZJ＝f(T₁)。

在一些可选实施方式中，步骤S2中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：

步骤S201、在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值作为新的慢车转速；

步骤S202、基于油门角度α及新的慢车转速确定上推条件下节流状态高压转速控制策略：

其中，n_2ST为上推条件下节流状态高压转速控制策略计算的高压转速，n_2MC-Wf为新的慢车转速，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值。

当油门角度进入起飞域或重新进入慢车域，重置上推条件下节流状态高压转速控制计划。具体重置方法为，油门重新进入慢车域，发动机进入慢车状态工作，按照新的慢车转速重置n_2MC-Wf；油门进入起飞域，发动机进入起飞状态工作，从起飞状态进入节流状态按下拉条件下节流状态高压转速控制策略执行。

在一些可选实施方式中，步骤S2中，所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括：

步骤T201、根据油门角度α和慢车转速控制计划值，确定第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1：

其中，n_2MC为慢车状态高压转速控制计划值，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值

步骤T202、根据油门角度α和起飞状态燃油流量给定值W_fmdem，确定下拉条件燃油流量控制计划W_f，公式如下：

其中，W_fmin为慢车最小燃油流量限制；

步骤T203、根据所述拉条件燃油流量控制计划W_f确定对应的高压转速值，并将其作为第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2；

步骤T204、选取第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1与第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2中的较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值，公式如下：

n_2XL＝max(n_2XL-1,n_2XL-2)。

当油门角度进入慢车域或重新进入起飞域，重置下拉条件下节流状态高压转速控制计划。具体重置方法为，油门重新进入起飞域，发动机进入起飞状态工作，按照新的起飞状态燃油流量给定值重置W_fmdem；油门进入慢车域，发动机进入慢车状态工作，从慢车状态进入节流状态按上推条件下节流状态高压转速控制策略执行。

本申请通过区分上推过程和下拉过程分别设计节流状态转速控制计划，能够最大程度避免转速“空行程”现象，实现全包线范围内，发动机转速随油门均匀变化，提升飞行员对发动机工作状态的掌控。

本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的航空发动机节流状态控制装置，主要包括：

状态识别模块，用于确定发动机油门是从慢车状态进入节流状态，还是从起飞状态进入节流状态；

控制策略选取模块，用于当发动机油门从慢车状态进入节流状态时，通过上推条件下节流状态高压转速控制策略进行转速控制，当发动机油门从起飞状态进入节流状态时，通过下拉条件下节流状态高压转速控制策略计划进行转速控制；

其中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值计算上推条件下节流状态高压转速控制值；所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括基于油门角度与燃油流量分别计算出高压转速，并从中选取较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

在一些可选实施方式中，所述状态识别模块包括：

从慢车状态进入节流状态识别单元，用于当发动机油门前一时刻在慢车域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从慢车状态进入节流状态；

从起飞状态进入节流状态识别单元，用于当发动机油门前一时刻在起飞域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从起飞状态进入节流状态。

在一些可选实施方式中，所述控制策略选取模块包括：

慢车转速确定单元，用于在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值作为新的慢车转速；

上推条件下节流状态高压转速控制值计算单元，用于基于油门角度α及新的慢车转速确定上推条件下节流状态高压转速控制策略：

其中，n_2ST为上推条件下节流状态高压转速控制策略计算的高压转速，n_2MC-Wf为新的慢车转速，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值。

在一些可选实施方式中，所述控制策略选取模块包括：

第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于根据油门角度α和慢车转速控制计划值，确定第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1：

其中，n_2MC为慢车状态高压转速控制计划值，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值

燃油流量控制计划值计算单元，用于根据油门角度α和起飞状态燃油流量给定值W_fmdem，确定下拉条件燃油流量控制计划W_f，公式如下：

其中，W_fmin为慢车最小燃油流量限制；

第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于根据所述拉条件燃油流量控制计划W_f确定对应的高压转速值，并将其作为第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2；

下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于选取第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1与第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2中的较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

在一些可选实施方式中，所述航空发动机节流状态控制装置还包括：

重置模块，用于当发动机油门重新由节流状态进入慢车状态或飞状态时，重置慢车转速控制计划值以及起飞状态燃油流量给定值。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种航空发动机节流状态控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1、确定发动机油门是从慢车状态进入节流状态，还是从起飞状态进入节流状态；

步骤S2、当发动机油门从慢车状态进入节流状态时，通过上推条件下节流状态高压转速控制策略进行转速控制，当发动机油门从起飞状态进入节流状态时，通过下拉条件下节流状态高压转速控制策略计划进行转速控制；

其中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值计算上推条件下节流状态高压转速控制值；所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括基于油门角度与燃油流量分别计算出高压转速，并从中选取较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

2.如权利要求1所述的航空发动机节流状态控制方法，其特征在于，步骤S1包括：

当发动机油门前一时刻在慢车域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从慢车状态进入节流状态；

当发动机油门前一时刻在起飞域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从起飞状态进入节流状态。

3.如权利要求1所述的航空发动机节流状态控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：

步骤S201、在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值作为新的慢车转速；

步骤S202、基于油门角度α及新的慢车转速确定上推条件下节流状态高压转速控制策略：

其中，n_2ST为上推条件下节流状态高压转速控制策略计算的高压转速，n_2MC-Wf为新的慢车转速，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值。

4.如权利要求3所述的航空发动机节流状态控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括：

步骤T201、根据油门角度α和慢车转速控制计划值，确定第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1：

其中，n_2MC为慢车状态高压转速控制计划值，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值

步骤T202、根据油门角度α和起飞状态燃油流量给定值W_fmdem，确定下拉条件燃油流量控制计划W_f，公式如下：

其中，W_fmin为慢车最小燃油流量限制；

步骤T203、根据所述拉条件燃油流量控制计划W_f确定对应的高压转速值，并将其作为第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2；

步骤T204、选取第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1与第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2中的较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

5.如权利要求4所述的航空发动机节流状态控制方法，其特征在于，步骤S2之后进一步包括：

当发动机油门重新由节流状态进入慢车状态或飞状态时，重置慢车转速控制计划值以及起飞状态燃油流量给定值。

6.一种航空发动机节流状态控制装置，其特征在于，包括：

状态识别模块，用于确定发动机油门是从慢车状态进入节流状态，还是从起飞状态进入节流状态；

控制策略选取模块，用于当发动机油门从慢车状态进入节流状态时，通过上推条件下节流状态高压转速控制策略进行转速控制，当发动机油门从起飞状态进入节流状态时，通过下拉条件下节流状态高压转速控制策略计划进行转速控制；

其中，所述上推条件下节流状态高压转速控制策略包括：在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值计算上推条件下节流状态高压转速控制值；所述下拉条件下节流状态高压转速控制策略包括基于油门角度与燃油流量分别计算出高压转速，并从中选取较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

7.如权利要求6所述的航空发动机节流状态控制装置，其特征在于，所述状态识别模块包括：

从慢车状态进入节流状态识别单元，用于当发动机油门前一时刻在慢车域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从慢车状态进入节流状态；

从起飞状态进入节流状态识别单元，用于当发动机油门前一时刻在起飞域，下一时刻在节流域，则判定所述发动机油门是从起飞状态进入节流状态。

8.如权利要求6所述的航空发动机节流状态控制装置，其特征在于，所述控制策略选取模块包括：

慢车转速确定单元，用于在最小燃油流量限制值和慢车转速控制计划值中，选取其中的较高值作为新的慢车转速；

上推条件下节流状态高压转速控制值计算单元，用于基于油门角度α及新的慢车转速确定上推条件下节流状态高压转速控制策略：

其中，n_2ST为上推条件下节流状态高压转速控制策略计算的高压转速，n_2MC-Wf为新的慢车转速，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值。

9.如权利要求8所述的航空发动机节流状态控制装置，其特征在于，所述控制策略选取模块包括：

第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于根据油门角度α和慢车转速控制计划值，确定第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1：

其中，n_2MC为慢车状态高压转速控制计划值，α为油门角度，α_MC为慢车状态油门角度上限，α_ZJ为起飞状态油门角度下限，n_2ZJ为起飞状态高压转速控制计划给定的高压转速值

燃油流量控制计划值计算单元，用于根据油门角度α和起飞状态燃油流量给定值W_fmdem，确定下拉条件燃油流量控制计划W_f，公式如下：

其中，W_fmin为慢车最小燃油流量限制；

第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于根据所述拉条件燃油流量控制计划W_f确定对应的高压转速值，并将其作为第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2；

下拉条件节流状态高压转速控制计划值计算单元，用于选取第一下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-1与第二下拉条件节流状态高压转速控制计划值n_2XL-2中的较大值作为下拉条件下节流状态高压转速控制值。

10.如权利要求9所述的航空发动机节流状态控制装置，其特征在于，所述航空发动机节流状态控制装置还包括：

重置模块，用于当发动机油门重新由节流状态进入慢车状态或飞状态时，重置慢车转速控制计划值以及起飞状态燃油流量给定值。

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