CN215633399U - Rbcc发动机及其多目标混合式增压输送与调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种RBCC发动机及其多目标混合式增压输送与调节系统，该系统包括第一增压输送与调节装置、第二增压输送与调节装置、动力控制器、设置在发动机中的第一推力室与第二推力室，第一推力室的推力显著大于第二推力室的推力；第一增压输送与调节装置的增压流量显著高于第二增压输送与调节装置；第二增压输送与调节装置连通并调节第二推力室，第一增压输送与调节装置、第二增压输送与调节装置分别连通并共同调节第一推力室；发动机的进气道连通有空气涡轮以连通第二增压输送与调节装置，空气涡轮用于提供第二增压输送与调节装置中泵的功率输入；动力控制器对增压输送与调节进行实时控制，以使发动机可以按照规定的时序、流量及压力工作。

Description

RBCC发动机及其多目标混合式增压输送与调节系统

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，更具体地说，是涉及一种RBCC发动机及其多目标混合式增压输送与调节系统。

背景技术

火箭基组合循环发动机简称RBCC(Rocket-Based Combined Cycle)发动机，是传统火箭发动机、冲压发动机的有机组合循环形式。RBCC发动机是无人飞行器、高超声速飞行器、天地往返运输系统等多种飞行器的可用动力装置之一。

由于RBCC发动机为火箭发动机、冲压发动机的复杂组合循环形式，因此其推进剂增压输送与调节系统也需要解决复杂的特殊要求，其中冲压发动机工作在吸气式模式下，其工作马赫数、工作高度范围很宽，使得空气流量变化范围很宽，进而使得燃油流量变化范围很宽，这为燃油供应调节带来很大困难。此外，为了满足更高的燃烧效率和发动机综合性能，冲压燃烧室一般需要采用多级燃油喷射，即供油系统需要满足多路燃油供应与调节，这进一步增加了增压输送与调节系统的难度。

另一方面，RBCC发动机为了满足不同的飞行任务需求以及发动机自身的点火、稳焰等多种需求，一般会安装多台甚至多组不同结构形式、不同推力量级的火箭发动机，这些火箭发动机的推进剂流量大小、变化范围等差别大，使得传统意义上运用于定工况发动机的泵压式、挤压式等推进剂供应系统在此不再适用。目前的RBCC发动机复杂循环系统的推进剂供应调节难以适用于推进剂流量大小、变化范围等差别大的状况，其适用范围非常有限。

实用新型内容

本实用新型提供一种RBCC发动机及其多目标混合式增压输送与调节系统，旨在解决现有技术中存在的推进剂供应系统适用范围非常局限的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种RBCC发动机及其多目标混合式增压输送与调节系统，RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统包括：第一增压输送与调节装置、第二增压输送与调节装置、动力控制器、设置在发动机中的第一推力室与第二推力室，所述第一推力室的推力大于所述第二推力室的推力；所述第一增压输送与调节装置的增压流量高于所述第二增压输送与调节装置；所述第二增压输送与调节装置连通并调节所述第二推力室，所述第一增压输送与调节装置、所述第二增压输送与调节装置分别连通并共同调节所述第一推力室；所述发动机的进气道连通有空气涡轮；所述空气涡轮连通所述第二增压输送与调节装置，用于提供第二增压输送与调节装置中泵的能量输入；所述动力控制器通讯连接并实时控制所述第一增压输送与调节装置、第二增压输送与调节装置。基于上述设计，增压流量较小的第二增压输送与调节装置连通并调节推力更小的第二推力室；增压流量较大的第一增压输送与调节装置与增压流量较小的第二增压输送与调节装置，分别连通推力较大的第一推力室，对第一推力室进行推进剂增压输送，并确保混合比，使得该目标混合式增压输送与调节系统的推进剂供应较为灵活，适用范围更广。

进一步地，所述第一增压输送与调节装置包括氮气气瓶、电爆阀、分别经所述电爆阀连通所述氮气气瓶的第一氧化剂贮箱及第一燃料贮箱；第一氧化剂贮箱依次连通氧化剂孔板、点火器氧化剂控制阀及点火器，所述点火器连通所述第一推力室；所述第二增压输送与调节装置包括第二氧化剂贮箱与第二燃料贮箱，所述第二氧化剂贮箱中依次连通第一氧化剂泵、混合比调节器、第一氧化剂控制阀及所述第一推力室；所述第二燃料贮箱依次连通第一燃料泵、第一燃料控制阀及所述第一推力室，所述混合比调节器还连通所述第一燃料泵的输出端与所述第一燃料控制阀的输入端。基于上述设计，将第一氧化剂泵中的氧化剂与第一燃料泵中的燃料进行混合比控制并供应第一推力室，将第一氧化剂贮箱和第一燃料贮箱出口的氧化剂及燃料在点火器中混合点燃以用于第一推力室点火，对第一推力室进行混合调节，确保了发动机混合比在规定的范围内。

进一步地，所述第二氧化剂贮箱经第二氧化剂泵、第二氧化剂调节器、第二氧化剂控制阀连通所述第二推力室，所述第二燃料贮箱还连通第二燃料泵、第二燃料调节器、第二燃料控制阀及所述第二推力室。经第二氧化剂调节器、第二燃料调节器的调节，使得氧化剂流量和燃料流量满足第二推力室工作要求。

进一步地，所述第二燃料贮箱还连通有第三燃料泵，所述空气涡轮同轴连接所述第三燃料泵，所述第三燃料泵分别向所述发动机的一级冲压燃烧室及二级冲压燃烧室供应所述第二燃料；所述第三燃料泵与所述一级冲压燃烧室连通有第一冲压调节器及第三燃料控制阀；所述第三燃料泵与所述二级冲压燃烧室连通有第二冲压调节器和第四燃料控制阀。将发动机的进气道连通空气涡轮，使得进气道内的部分空气进入空气涡轮并吹动空气涡轮作动，空气涡轮进而驱动第三燃料泵工作，更加有效地利用了进气道内的附面层气流，不必新增额外的燃气涡轮、发生器等装置，节省了能量，降低了成本。

进一步地，所述氮气气瓶连通有单组元推进剂贮箱，所述单组元推进剂贮箱连通单组元推进剂调节器、单组元推进剂控制阀、单组元燃气发生器及燃气涡轮，所述燃气涡轮用于驱动所述第一氧化剂泵。基于上述设计，燃气涡轮被高温燃气做功后以驱动第一氧化剂泵、第一燃料泵，分别对氧化剂及燃料进行增压。

进一步地，所述RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统还包括电机、为所述电机供电的电池组，所述电机用于驱动所述第二燃料泵与所述第二氧化剂泵。利用电机和电池组驱动第二燃料泵及第二氧化剂，结构简单、易于实现。

进一步地，所述电池组的输出端设置有用于驱动所述电机的驱动器。驱动器用于实现电流的变化与控制，进而实现对电机的驱动控制。针对第二推力室的小流量使用场合，电机泵供应调节方式更加方便、可行。

进一步地，所述动力控制器与所述电爆阀、所述点火器氧化剂控制阀、所述点火器燃料控制阀、所述第一冲压调节器、所述第二冲压调节器、所述第三燃料控制阀、所述第四燃料控制阀、所述单组元推进剂调节器、所述单组元推进剂控制阀、所述第一氧化剂控制阀、所述第一燃料控制阀、所述第二氧化剂调节器、所述第二燃料调节器、所述第二氧化剂控制阀、所述第二燃料控制阀、所述电机驱动器通过电缆族连接。基于上述设计，采用动力控制器进行智能化的时序控制、起动控制、关机控制、多路流量调节控制，满足了发动机的多目标调节与控制要求。

进一步地，所述电机的输出端设置有用于连接所述第二燃料泵和所述第二氧化剂泵的联轴器。联轴器连接使得电机与第二燃料泵、第二氧化剂泵的连接更加稳定。

本实用新型的另一目的在于提供一种RBCC发动机，包括第一推力室、第二推力室、一级冲压燃烧室、二级冲压燃烧室及进气道，所述第一推力室、所述第二推力室、所述一级冲压燃烧室、所述二级冲压燃烧室及进气道分别连通上述RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统。具有上述RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统的RBCC发动机的工作马赫数、工作高度的范围更宽。

本实用新型提供的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型通过设置两个增压输送调节装置，将其中增压流量较小的第二增压输送与调节装置连通并调节推力更小的第二推力室，将两增压输送与调节装置同时连通推力较大的第一推力室，在发动机的进气道连通空气涡轮，空气涡轮连通第二增压输送与调节系统，用于提供泵增压所需的能量输入，充分利用发动机内的附面层气流。本实用新型的目标混合式增压输送与调节系统适用范围更广，解决了宽域RBCC发动机增压输送与调节问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的RBCC发动机及其多目标混合式增压输送与调节系统的结构示意图。

其中，图中各附图主要标记：

1、第一增压输送与调节装置；101、氮气气瓶；102、电爆阀；103、第一氧化剂贮箱；104、第一燃料贮箱；105、氧化剂孔板；106、点火器氧化剂控制阀；107、点火器；108、燃料孔板；109、点火器燃料控制阀；110、单组元推进剂贮箱；111、单组元推进剂调节器；112、单组元推进剂控制阀；113、单组元燃气发生器；114、燃气涡轮；

2、第二增压输送与调节装置；201、第二氧化剂贮箱；202、第二燃料贮箱；203、第一氧化剂泵；204、混合比调节器；205、第一氧化剂控制阀；206、第一燃料泵；207、第一燃料控制阀；208、第二氧化剂泵；209、第二氧化剂调节器；210、第二氧化剂控制阀；211、第二燃料泵；212、第二燃料调节器；213、第二燃料控制阀；214、第三燃料泵；215、第一冲压调节器；216、第三燃料控制阀；217、第二冲压调节器；218、第四燃料控制阀；

3、RBCC发动机；31、第一推力室；32、第二推力室；33、进气道；34、一级冲压燃烧室；35、二级冲压燃烧室；

4、空气涡轮；5、动力控制器；6、电机；7、电池组；8、电机驱动器；9、电缆族。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，现对本实用新型实施例提供的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统进行说明。所述RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，包括第一增压输送与调节装置1、第二增压输送与调节装置2、动力控制器5、设置在发动机中的第一推力室31与第二推力室32，第一推力室31的推力大于第二推力室32的推力；第一增压输送与调节装置的增压流量高于第二增压输送与调节装置；第二增压输送与调节装置连通并调节第二推力室32，第一增压输送与调节装置、第二增压输送与调节装置2分别连通并共同调节第一推力室31；发动机的进气道33连通有空气涡轮4；空气涡轮4连通第二增压输送与调节装置2，用于提供第二增压输送与调节装置中泵的能量输入；动力控制器5通讯连接并实时控制第一增压输送与调节装置1、第二增压输送与调节装置2以使发动机可以按照规定的时序、流量及压力工作。基于上述设计，增压流量较小的第二增压输送与调节装置2连通并调节推力更小的第二推力室32；增压流量较大的第一增压输送与调节装置1与增压流量较小的第二增压输送与调节装置2，分别连通推力较大的第一推力室31，对第一推力室31进行推进剂增压输送，并确保混合比，使得该目标混合式增压输送与调节系统的推进剂供应较为灵活，适用范围更广。

进一步地，在本实施例中，第一增压输送与调节装置1包括氮气气瓶101、电爆阀102、第一氧化剂贮箱103及第一燃料贮箱104，第一氧化剂贮箱103及第一燃料贮箱104分别经电爆阀102连通氮气气瓶101的；第一氧化剂贮箱103中的氧化剂增压后成为高压氧化剂，经氧化剂孔板105、点火器107氧化剂控制阀106流入点火器107。第一燃料贮箱104中的燃料增压后成为高压燃料，经燃料孔板108进入点火器107、点火器107燃料控制阀与第一氧化剂贮箱103中的氧化剂混合点燃后进入第一推力室31；第二增压输送与调节装置2包括第二氧化剂贮箱201与第二燃料贮箱202，第二氧化剂贮箱201中的氧化剂增压后，经第一氧化剂泵203、混合比调节器204、第一氧化剂控制阀205连通第一推力室31；第二燃料贮箱202中的燃料增压后，经第一燃料泵206、第一燃料控制阀207连通第一推力室31，混合比调节器204还连通第一燃料泵206的输出端与第一燃料控制阀207的输入端。基于上述设计，将第一氧化剂泵203中的氧化剂与第一燃料泵206中的燃料进行混合比控制并供应第一推力室31，将第一氧化剂贮箱103和第一燃料贮箱104出口的氧化剂及燃料在点火器107中混合点燃以用于第一推力室31点火，对第一推力室31进行混合调节，确保了发动机混合比在规定的范围内。

本实施方式中的氮气气瓶101是高压氮气气瓶101，第一氧化剂贮箱103为高压氧化剂贮箱，第一燃料贮箱104为高压燃料贮箱。氮气气瓶101内的氮气，经电爆阀102后分别进入第一氧化剂贮箱103、第一燃料贮箱104及单组元推进剂贮箱110。经增压后的高压氧化剂经氧化剂孔板105、点火器107氧化剂控制阀106进入第一推力室31的点火器107；经增压后的高压燃料经燃料孔板108、点火器107燃料控制阀进入第一力推力室的点火器107。本实施方式中的点火器107选用的是火炬点火器107。第二氧化剂贮箱201为低压贮箱，第二燃料贮箱202为低压燃料贮箱。第二氧化剂贮箱201内的氧化剂经第一氧化剂泵203增压后，经混合比调节器204、第一氧化剂控制阀205，进入第一推力室31；第二燃料贮箱202内的燃料经第一燃料泵206增压后，经第一燃料控制阀207，进入第一推力室31；在进入第一燃料控制阀207之前，其中部分或全部燃料进入混合比调节器204，以便与氧化剂进行匹配，确保了发动机混合比在规定的范围内。

进一步地，在本实施例中，第二氧化剂贮箱201经第二氧化剂泵208、第二氧化剂调节器209、第二氧化剂控制阀210连通第二推力室32，第二燃料贮箱202中的燃料还经第二燃料泵211、第二燃料调节器212、第二燃料控制阀213与第二氧化剂在第二推力室32混合。经第二氧化剂泵208增压后的高压氧化剂经第二氧化剂调节器209、第二氧化剂控制阀210后进入第二推力室；经第二燃料泵211增压后的高压燃料经第二燃料调节器212、第二燃料控制阀213后进入第二推力室32。经第二氧化剂调节器209、第二燃料调节器212的调节，使得氧化剂和燃料在第二推力室32的流量满足第二推力室工作要求。

进一步地，在本实施例中，第二燃料贮箱202还连通有第三燃料泵214，空气涡轮4同轴连接第三燃料泵214，第三燃料泵214分别向发动机的一级冲压燃烧室34及二级冲压燃烧室35供应第二燃料；第三燃料泵214与一级冲压燃烧室34连通有第一冲压调节器215及第三燃料控制阀216；第三燃料泵214与二级冲压燃烧室35连通有第二冲压调节器217和第四燃料控制阀218。进气道33内的部分气体进入空气涡轮4，吹动空气涡轮4作动以驱动第三燃料泵214工作，对第二燃料贮箱202内的燃料进行增压；经增压后的高压燃料分为两路，第一路经第一冲压调节器215、第三燃料控制阀216进入一级冲压燃烧室34；第二路经第二冲压调节器217、第四燃料控制阀218进入二级冲压燃烧室35。将发动机的进气道33连通空气涡轮4，使得进气道33内的部分空气进入空气涡轮4并吹动空气涡轮4作动，空气涡轮4进而驱动第三燃料泵214工作，更加有效地利用了进气道33内的附面层气流，不必新增额外的燃气涡轮114、单组元燃气发生器114等装置，节省了能量，降低了成本。

进一步地，在本实施例中，氮气气瓶101连通有单组元推进剂贮箱110，单组元推进剂贮箱110连通单组元推进剂调节器111、单组元推进剂控制阀112、单组元燃气发生器113及燃气涡轮114，燃气涡轮114用于驱动第一氧化剂泵203。基于上述设计，燃气涡轮114被高温燃气做功后以驱动第一氧化剂泵203、第一燃料泵206，分别对氧化剂及燃料进行增压。经增压后的高压单组元推进剂经单组元推进剂调节器111、单组元推进剂控制阀112后进入发生器，并在发生器内经催化分解后产生高温燃气，高温燃气驱动燃气涡轮114做功，从而驱动第一氧化剂泵203、第一燃料泵206起旋，分别对从第二氧化剂贮箱201流出的氧化剂及从第二燃料贮箱202流出燃料进行增压。

进一步地，在本实施例中，RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统还包括电机6、为电机6供电的电池组7，电机6用于驱动第二燃料泵211与第二氧化剂泵208。电池组7的输出端设置有用于驱动电机6的驱动器。所述电机的输出端设置有用于连接所述第二燃料泵和所述第二氧化剂泵的联轴器。所述电机6的输出端设置有用于连接所述第二燃料泵211和所述第二氧化剂泵208的电机驱动器8。电机驱动器8连接使得电机6与第二燃料泵211、第二氧化剂泵208的连接更加稳定。利用电机6和电池组7驱动第二燃料泵211及第二氧化剂，结构简单、易于实现。电机驱动器8用于实现电流的变化与控制，进而实现对电机6的驱动控制。针对第二推力室32的小流量使用场合，电机泵供应调节方式更加方便、可行。优选地，动力控制器5与电爆阀102、点火器107氧化剂控制阀106、点火器107燃料控制阀、第一冲压调节器215、第二冲压调节器217、第三燃料控制阀216、第四燃料控制阀218、单组元推进剂调节器111、单组元推进剂控制阀112、第一氧化剂控制阀205、第一燃料控制阀207、混合比调节器204、第二氧化剂调节器209、第二燃料调节器212、第二氧化剂控制阀210、第二燃料控制阀213、电机6、驱动器通过电缆族9连接。基于上述设计，采用动力控制器5进行智能化的时序控制、起动控制、关机控制、多路流量调节控制，满足了发动机的多目标调节与控制要求。

本实用新型还提供一种RBCC发动机3，RBCC发动机3包括第一推力室31、第二推力室32、一级冲压燃烧室34、二级冲压燃烧室35及进气道33，第一推力室31、第二推力室32、一级冲压燃烧室34、二级冲压燃烧室35及进气道33分别连通上述RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统。具有上述RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统的RBCC发动机3的工作马赫数、工作高度的范围更宽。

与现有技术相比，本实用新型通过设置两个增压输送调节装置，将其中增压流量明显较小的第二增压输送与调节装置连通并调节推力更小的第二推力室，将两增压输送与调节装置同时连通推力较大的第一推力室，在发动机的进气道连通空气涡轮，空气涡轮连通第二增压输送与调节系统，用于提供泵增压所需的能量输入，充分利用发动机内的附面层气流。本实用新型的目标混合式增压输送与调节系统适用范围更广，解决了宽域RBCC发动机增压输送与调节问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于，包括：

设置在发动机中的第一推力室与第二推力室，所述第一推力室的推力大于所述第二推力室的推力；

第一增压输送与调节装置、第二增压输送与调节装置，所述第二增压输送与调节装置连通并调节所述第二推力室，所述第一增压输送与调节装置、所述第二增压输送与调节装置分别连通并共同调节所述第一推力室，其中，所述第一增压输送与调节装置的增压流量高于所述第二增压输送与调节装置；

空气涡轮，与所述发动机的进气道连通，且还连通所述第二增压输送与调节装置，用于提供第二增压输送与调节装置中泵的能量输入；

动力控制器，通讯连接并实时控制所述第一增压输送与调节装置、第二增压输送与调节装置。

2.如权利要求1所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：所述第一增压输送与调节装置包括氮气气瓶、电爆阀、分别经所述电爆阀连通所述氮气气瓶的第一氧化剂贮箱及第一燃料贮箱；第一氧化剂贮箱依次连通氧化剂孔板、点火器氧化剂控制阀及点火器，所述点火器连通所述第一推力室；所述第二增压输送与调节装置包括第二氧化剂贮箱与第二燃料贮箱，所述第二氧化剂贮箱中依次连通第一氧化剂泵、混合比调节器、第一氧化剂控制阀及所述第一推力室；所述第二燃料贮箱依次连通第一燃料泵、第一燃料控制阀及所述第一推力室，所述混合比调节器还连通所述第一燃料泵的输出端与所述第一燃料控制阀的输入端。

3.如权利要求2所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：所述第二氧化剂贮箱经第二氧化剂泵、第二氧化剂调节器、第二氧化剂控制阀连通所述第二推力室，所述第二燃料贮箱还连通第二燃料泵、第二燃料调节器、第二燃料控制阀及所述第二推力室。

4.如权利要求3所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：所述第二燃料贮箱还连通有第三燃料泵，所述空气涡轮连通所述第三燃料泵，所述第二燃料贮箱分别向所述发动机的一级冲压燃烧室及二级冲压燃烧室供应第二燃料；所述第三燃料泵与所述一级冲压燃烧室连通有第一冲压调节器及第三燃料控制阀；所述第三燃料泵与所述二级冲压燃烧室连通有第二冲压调节器和第四燃料控制阀。

5.如权利要求4所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：所述氮气气瓶连通有单组元推进剂贮箱，所述单组元推进剂贮箱经单组元推进剂调节器、单组元推进剂控制阀、单组元燃气发生器连通燃气涡轮，所述燃气涡轮用于驱动所述第一氧化剂泵。

6.如权利要求3所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：还包括电机、为所述电机供电的电池组，所述电机用于驱动所述第二燃料泵与所述第二氧化剂泵。

7.如权利要求6所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：所述电池组的输出端设置有用于驱动所述电机的驱动器。

8.如权利要求7所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：所述动力控制器与所述电爆阀、所述点火器氧化剂控制阀、所述点火器燃料控制阀、所述第一冲压调节器、所述第二冲压调节器、所述第三燃料控制阀、所述第四燃料控制阀、所述单组元推进剂调节器、所述单组元推进剂控制阀、所述第一氧化剂控制阀、所述第一燃料控制阀、所述混合比调节器、所述第二氧化剂调节器、所述第二燃料调节器、所述第二氧化剂控制阀、所述第二燃料控制阀、所述电机驱动器通过电缆族连接。

9.如权利要求6所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统，其特征在于：所述电机的输出端设置有用于连接所述第二燃料泵和所述第二氧化剂泵的联轴器。

10.一种RBCC发动机，包括第一推力室、第二推力室、一级冲压燃烧室、二级冲压燃烧室及进气道，其特征在于：所述第一推力室、所述第二推力室、所述一级冲压燃烧室、所述二级冲压燃烧室及进气道分别连通权利要求1-9中任一项所述的RBCC发动机多目标混合式增压输送与调节系统。

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