DE19546374C2 - Stauflügelfahrzeug - Google Patents
StauflügelfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Stauflügelfahrzeug mit zwei vor der Flügelvorderkante
schwenkbar angeordneten Triebwerken und einem Heckleitwerk.
Ein derartiges Fahrzeug ist aus der GB-PS 2 120 990 in Form eines Bootes
bekannt.
Das bekannte Boot enthält zwei Rümpfe, deren Längsachsen parallel sind. Die
Rümpfe sind mittels eines Zentralflügels mit Leitklappen miteinander
verbunden. Unter dem Zentralflügel und zwischen den Rümpfen besteht ein zur
Seite der Flügelvorderkante offener Raum.
Zur Erhöhung der Aerodynamik des Bootes, nämlich zur Vergrößerung des
Verhältnisses der Auftriebskraft zum Stirnwiderstand des Bootes, sind mit
Klappen versehene Seitenflügel vorgesehen, die jeweils an einem Rumpf näher
zum Heck als der Zentralflügel angebracht sind. Um die Stabilität des Bootes
im Reisebewegungszustand sicherzustellen, ist in seinem Heckteil ein Leitwerk
angeordnet, das aus zwei vertikalen Streben und einem mit diesen
verbundenen horizontalen Stabilisator besteht. Eine Strebe ist jeweils mit einem
Rumpf starr verbunden. Vor der Vorderkante des Zentralflügels befindet sich
ein Balken, der mit den Rümpfen in Verbindung steht und zwei
Zweistromturbinentriebwerke trägt, die um eine zur zentralen Längsebene des
Fahrzeuges senkrechte Achse winkelverstellbar sind, was die Richtung des
Schubvektors der Triebwerke in der mit der zentralen Längsebene des Bootes
zusammenfallenden Vertikalebene zu ändern erlaubt. Der Boden jedes
Rumpfes ist starr und zugespitzt ausgebildet.
Bei geringen Fahrtgeschwindigkeiten des bekannten Fahrzeuges wird der von
den Zweistromturbinentriebwerken erzeugte Gasstrom in den auf der Seite der
Flügelvorderkante offenen Raum geleitet, der nach unten durch die
Wasseroberfläche, nach oben und nach hinten durch den Zentralflügel mit
seinen abgesenkten Klappen und zu den Seiten hin durch die Rümpfe begrenzt
ist. In diesem Raum erfolgt ein Abbremsen des Gasstroms, das von einer
Druckzunahme auf die untere Oberfläche des Zentralflügels begleitet wird,
wodurch der Auftrieb erzeugt wird. Die horizontale Komponente des
Schubvektors gewährleistet die Fortbewegung des Fahrzeuges. Der Auftrieb
vermindert den Tiefgang des Bootes. Dies führt zur Verringerung seines
hydrodynamischen Widerstandes und zum Anwachsen der
Vorwärtsgeschwindigkeit. Bei einem Wert der Vorwärtsgeschwindigkeit, bei
dem die Auftriebskraft dem Gewicht des Fahrzeuges gleich wird, erfolgt das
Abheben von der Wasseroberfläche. Danach werden die Klappen und
Triebwerke in die Ausgangsstellung zurückgeführt, wodurch die horizontale
Richtung des Schubvektors für den Reisebewegungszustand sichergestellt
wird.
Die konstruktive Ausführung des beschriebenen Fahrzeuges führt zur
Erhöhung des relativen Gewichts der Konstruktion und zur Verteuerung des
Schiffes infolge der großen Masse des Balkens mit den daran angeordneten
Triebwerken und damit auch zu einer großen Masse und hohen Leistung des
Antriebs zur Änderung der Schubvektorrichtung.
Die steife Konstruktion des Bodens jedes Rumpfes entzieht dem Fahrzeug
amphibische Eigenschaften, d. h. die Fähigkeit, das Festland anzulaufen und
sich darauf zu bewegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stauflügelfahrzeug der eingangs
angegebenen Art mit verbesserten Starteigenschaften anzugeben.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Stauflügelfahrzeug mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Diese Ausführung des Stauflügelfahrzeuges gewährleistet eine Steigerung
seiner Wirtschaftlichkeit durch Verringerung des aerodynamischen
Widerstandes und durch Erhöhung der Tragfähigkeit des Flügels sowie durch
Verminderung der Masse der Konstruktion infolge der Anordnung des
Triebwerkes im Fahrzeugrumpf und der Aufnahme des mechanischen
Getriebes im Rumpf und im Hohlraum des Balkens.
Vorzugsweise beträgt der Schwenkwinkel der Propeller 0-80°.
Dies gewährleistet das Arbeiten der Propeller auch bei hohem Wellengang, da
durch eine Änderung der Winkellage des Balkens auch die Endabschnitte der
Propeller von den Wellenbergen entfernt werden können. Der Schwenkbereich
und damit die Lageänderung der Propellerdrehebene hängt mit der Änderung
der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges von Null bis zur
Höchstgeschwindigkeit beim Anfahren zusammen.
Bei einer Winkellage des Balkens gleich Null liegt die Drehachse jedes
Propellers in der Horizontalebene, wobei der von den Propellern entwickelte
Schub eine maximale horizontale Komponente und das Fahrzeug eine
maximale Fahrtgeschwindigkeit aufweist.
Es ist vorteilhaft, daß unterhalb des Rumpfes eine sich von dessen Bug bis zu
seiner Mitte erstreckende aufblasbare Vorrichtung angeordnet ist, wobei die
Vorrichtung im aufgeblasenen Zustand unter die durch die unteren Kanten der
Seitenschürze gebildete Ebene ragt und von vorn nach hinten sich
vergrößernde Querschnitte aufweist.
Hierdurch ist möglich, das Fahrzeug auf einem Gewässer auch bei erhöhtem
Seegang einzusetzen. Im aufgeblasenen Zustand schafft die Vorrichtung ein
zusätzliches Auftriebsvolumen, das den Tiefgang verringert und die
Hecklastigkeit des Fahrzeuges zum Entfernen der Endabschnitte der
Propellerblätter von den Wellenbergen vergrößert. Der unaufgeblasene
Zustand der Vorrichtung vermindert den hydrodynamischen
Bewegungswiderstand des Fahrzeuges.
Die Vorrichtung erhöht auch die Manövrierfähigkeit des Fahrzeuges auf dem
Festland, weil sie im aufgeblasenen Zustand einen Abschnitt besitzt, der sich
unterhalb einer die unteren Oberflächen der festen Seitenschürzen
tangierenden Horizontalebene befindet. Die Oberfläche dieses Abschnittes
stellt eine Stütze des Fahrzeuges dar, um die ein Drehen des Fahrzeuges unter
der Wirkung einer Differenz von Momenten erfolgt, die von einer vom
Fahrzeugführer bewirkten ungleichen Schubkraft der Propeller an Steuer- und
Backbord herrührt. Außerdem gewährleistet diese Vorrichtung im entfalteten
aufgeblasenen Zustand ein effektives Bremsen des Fahrzeuges auf dem
Wasser durch Erhöhung des hydrodynamischen Widerstandes und auf dem
Festland durch Vergrößerung der Reibungskraft zwischen Erdoberfläche und
Fahrzeug.
Es ist auch vorteilhaft, daß zwei Balken zum Schutz der Propeller vor
Beschädigung vorgesehen sind, von denen jeder mit dem Bug des Rumpfes
und einer festen Seitenschürze starr verbunden ist.
Hierdurch wird die Betriebszuverlässigkeit erhöht, weil ein Bruch der Propeller
beim Zusammenstoß mit in Fahrtrichtung befindlichen Gegenständen
ausgeschlossen ist.
Vorzugsweise sind unter dem Flügel in unmittelbarer Nähe des Rumpfes
steuer- und backbordseitig einziehbare Fahrwerke mit Rädern hinter dem
Massenmittelpunkt des Fahrzeuges in Richtung seines Hecks angeordnet.
Der Einsatz von Fahrwerken mit Rädern erleichtert die Beförderung des
Fahrzeuges auf dem Festland bei stillstehendem Triebwerk.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand von konkreten
Ausführungsbeispielen unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Stauflügelfahrzeug
in Seitenansicht;
Fig. 2 das Stauflügelfahrzeug gemäß Fig. 1 in Draufsicht;
Fig. 3 das Stauflügelfahrzeug gemäß Fig. 1 in Vorderansicht;
Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges in Seitenansicht
und in schematischer Darstellung;
Fig. 5 die Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 in Vorderansicht;
Fig. 6 eine andere Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges in
Draufsicht und in schematischer Darstellung;
Fig. 7 die Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 in Vorderansicht;
Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges in
Draufsicht und in schematischer Darstellung;
Fig. 9 die Ausführungsvariante gemäß Fig. 8 in Vorderansicht.
Das in Fig. 1 dargestellte Stauflügelfahrzeug enthält einen Rumpf 1 (Fig. 1), in
dessen Mitte 1a und Heck 16 (Fig. 2) ein Flügel 2 kleiner Streckung, z. B. 0,8,
mit Klappen 3 zur Auftriebserzeugung angeordnet ist. Im Heck 1b des Rumpfes
1 befindet sich ein Leitwerk 4 zur Gewährleistung der Fahrzeugstabilität. Das
Leitwerk 4 besteht aus einem horizontalen Stabilisator 5 zur Gewährleistung
der Längsstabilität und zwei geneigten Seitenstreben 6 zur Gewährleistung der
Kursstabilität des Fahrzeuges, die mit dem Stabilisator 5 und dem Heck 1b des
Rumpfes 1 starr verbunden sind. Für die Kurssteuerung sind zwei Seitenruder
7 (Fig. 1) vorgesehen, von denen jedes mit einer Seitenstrebe 6 gelenkig
verbunden ist. Zur Begrenzung eines Luftkissens 8 (Fig. 3) sind im Fahrzeug
zwei feste Seitenschürzen 9 vorgesehen, von denen jede im Endabschnitt des
Flügels 2 angeordnet, mit ihm starr verbunden und auf der Seite einer
Auflagefläche 10, beispielsweise der Oberfläche eines Gewässers, mit einem
Druckluftballon 11 versehen ist, der mit einem (nicht gezeichneten) Luftgebläse
in Verbindung steht und auf der Außenfläche Gleitstufen 12 (Fig. 1) aufweist,
die die Entstehung eines Unterdrucks an der Oberfläche der Druckluftballons
11 beim Gleiten des Fahrzeuges verhindern. Die Druckluftballons 11 sind aus
einem elastischen Material hergestellt und dienen zur Bewegung des
Fahrzeuges auf dem Festland. Als Mittel zur Schuberzeugung sind zwei
Propeller 13 verwendet, die symmetrisch zur Mittschiffsebene des Fahrzeuges
vor der Vorderkante 2a (Fig. 2) des Flügels 2 angeordnet sind.
Die (nicht dargestellten) Lager der Wellen zum Drehen der Propeller 13 sind an
einem Balken 14 starr befestigt, der hohl ausgebildet und mit dem Rumpf 1 im
Bereich seines Bugs 1c gelenkig verbunden ist. Der Balken 14 ist mit einem
(nicht dargestellten) Mittel zur Änderung seiner Winkellage in bezug auf seine
zur Mittschiffsebene des Fahrzeuges senkrechte Längsachse 15 versehen. Die
Winkellage der Drehebene 13b (Fig. 1) der Propeller 13 bildet mit der
Drehebene 13a der Luftschraube 13 in ihrer Ausgangsstellung, die der
Anordnung der Drehachse 01-01 (Fig. 2) der Propeller 13 in
der Horizontalebene entspricht, einen Winkel α (Fig. 1). Der Winkel α liegt in
der Vertikalebene und verändert sich im Bereich von etwa 80 bis 0° in Richtung
entgegen dem Uhrzeigersinn, gesehen von der Backbordseite des Fahrzeuges
aus. Der genannte Änderungsbereich der Winkellage der Drehebene der
Propeller 13 hängt mit der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des
Fahrzeuges von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit beim Anfahren zusammen.
Bei der Winkellage des Balkens 14 (Fig. 2) gleich Null liegt die Drehachse 01-
01 der Propeller in der Horizontalebene. Dabei hat der von den Schrauben 13
entwickelte Schub eine maximale horizontale Komponente und das Fahrzeug
weist eine maximale Fahrtgeschwindigkeit auf. Das Drehwerk 16 der Wellen
der Propeller 13 besteht aus einem Antrieb 17 und einem mechanischen
Getriebe 18. Der Antrieb 17 ist im Rumpf 1 vor dem Massenmittelpunkt 19 in
Richtung zum Bug 1c des Rumpfes 1 untergebracht. Das mechanische
Getriebe 18 ist im Bug 1c des Rumpfes 1 und im Hohlraum des Balkens 14
angeordnet.
Das Stauflügelfahrzeug gemäß der Erfindung arbeitet folgendermaßen.
Vor dem Beginn der Bewegung des Fahrzeuges auf dem Wasser entfernt man
die Endabschnitte der Blätter jedes Propellers 13 (Fig. 1) maximal von der
Wasseroberfläche, wozu man die Winkellage des Balkens 14 (Fig. 2) verändert.
Dies führt zur Änderung der Lage 13b der Drehebene jedes Propellers 13 (Fig.
1) in bezug auf die Ausgangsstellung 13a der Drehebene, bei der die
Drehachse 01-01 (Fig. 2) der Propeller 13 in der Horizontalebene liegt, um
einen in der Vertikalebene liegenden Winkel α (Fig. 1), der ungefähr 80° gleich
ist und im Uhrzeigersinn - gesehen von der Backbordseite des Fahrzeuges -
gemessen wird. Bei der Lage 13b der Drehebene jedes Propellers 13 sind
seine Blätter maximal von der Wasseroberfläche entfernt. Man läßt den Antrieb
17 (Fig. 2) an und versetzt die Propeller 13 mittels des mechanischen
Getriebes 18 in Umdrehungen. Des weiteren senkt man die Klappen 3 des
Flügels 2 ab und ändert die Winkellage des Balkens 14 so, daß sich der Winkel
α auf einen Wert verringert, bei welchem der von den Propellern erzeugte
Luftstrom unter den Flügel 2 in ein durch den Flügel 2 selbst, die abgesenkten
Klappen 3 und die festen Seitenschürzen 9 gebildetes kuppelförmiges Gewölbe
geleitet wird.
In dem Gewölbe wird der Luftstrom abgebremst, wodurch eine Auftriebskraft
erzeugt wird, die den Tiefgang des Fahrzeuges verringert. Das Fahrzeug setzt
sich unter der Wirkung der horizontalen Schubkomponente in Bewegung. Die
Fortbewegung des Fahrzeuges erfolgt unter der Wirkung der horizontalen
Schubkomponente der Propeller. Wenn das Fahrzeug einen
Geschwindigkeitswert erreicht, bei dem die aerodynamische Kraft am Flügel
dem Fahrzeuggewicht gleich wird, hebt es von der Wasseroberfläche ab. Zur
Erhöhung seiner Geschwindigkeit auf die Reisegeschwindigkeit ändert man
wieder die Winkellage des Balkens 14 so, daß die Drehebene der Schrauben
13 die Ausgangsstellung 13a einnimmt, bei der die Drehachse 01-01 (Fig. 2)
jedes Propellers in der Horizontalebene liegt, was α = 0 entspricht, und der von
den Schrauben 13 entwickelte Schub eine maximale horizontale Komponente
aufweist.
Zur Überführung des Fahrzeuges in den Zustand des Bremsens und zur
Wasserung vermindert man den von den Propellern 13 entwickelten Schub
durch Verringerung ihrer Drehzahl und senkt die Klappen 3 ab. Um die
Endabschnitte der Propellerblätter vom Wasser zu entfernen, ändert man die
Winkellage des Balkens 14 wie vorstehend beschrieben, und die Drehebene
jedes Propellers 13 nimmt eine Lage ein, die der Lage 13b der Drehebene
entspricht. Es erfolgt eine Verminderung der Fahrtgeschwindigkeit des
Fahrzeuges durch die Wirkung des aerodynamischen Widerstands, der die
Schubkraft übersteigt. Das Fahrzeug berührt das Wasser und wird durch die
Kraftwirkung des hydrodynamischen Widerstandes gebremst. Für die weitere
Bewegung des Fahrzeuges auf seichtem Wasser und für dessen Anlaufen des
Festlandes vergrößert man den von den Propellern entwickelten Schub und
ändert die Lage der Schraubendrehebenen, um den Luftstrom, welcher ein
Luftkissen erzeugt, unter den Flügel zu leiten, wie dies vorstehend beschrieben
wurde. Ein durch den Luftstrom erzeugter Auftrieb hebt das Fahrzeug an und
vermindert dabei die Kraft der Reibung der Druckluftballons der festen
Seitenschürzen am Boden. Die Bewegung des Fahrzeuges im Gelände erfolgt
unter der Wirkung der horizontalen Schubkomponente. Das erfindungsgemäße
Fahrzeug kann auf einem Gewässer auch bei erhöhtem Seegang betrieben
werden.
Dazu ist in der Fahrzeugkonstruktion eine selbstentfaltende aufblasbare
Vorrichtung 20 (Fig. 4, 5) vorgesehen, die am Rumpf 1 auf der zur
Auflagefläche 10 gekehrten Seite angebracht ist, vom Bug 1c des Rumpfes 1
etwa bis zu dessen Mitte 1a sich erstreckt und im entfalteten Zustand in
Vertikalrichtung stetig vergrößernde Querschnitte aufweist, welche einen
Abschnitt bilden, dessen Oberfläche 21 unterhalb einer die unteren
Oberflächen der Druckluftballons 11 der festen Seitenschürzen tangierenden
Horizontalebene 22 gelegen ist.
Die Vorrichtung 20 stellt eine aufblasbare Kammer aus elastischem Material
dar, die mit einem (nicht dargestelltem) Luftgebläse verbunden ist. Die
genannte Vorrichtung ist im zusammengelegten Ruhezustand an den Rumpf 1
angepreßt.
Das Fahrzeug arbeitet ähnlich wie oben angeführt. Der Unterschied besteht
darin, daß zum Entfernen der Endabschnitte der Blätter der Propeller 13 von
den Wellenbergen in die Kammer der Vorrichtung 20 vom Gebläse Luft
zugeführt wird. Diese Vorrichtung schafft ein zusätzliches Volumen, das den
Tiefgang verringert und die Hecklastigkeit des Fahrzeuges vergrößert. Erreicht
das Fahrzeug eine Geschwindigkeit, bei der die Größe des hydrodynamischen
Widerstandes der Größe des von den Propellern 13 entwickelten Schubs gleich
ist und die Auftriebsbeschleunigung gleich O ist, wird die Vorrichtung 20
zusammengelegt. Im zusammengelegten Zustand ist die Vorrichtung an den
Rumpf 1 angepreßt, wodurch der hydrodynamische Widerstand abnimmt, das
Fahrzeug sich beschleunigt weiterbewegt und eine Geschwindigkeit erreicht,
bei der die aerodynamische Kraft am Flügel dem Fahrzeuggewicht gleich wird
und das Abheben von der Wasseroberfläche erfolgt.
Überdies erhöht die Vorrichtung 20 die Manövrierfähigkeit des Fahrzeuges auf
festem Land. Unter der Wirkung einer Differenz von Momenten, die von einer
vom Fahrzeugführer bewirkten ungleichen Schubkraft der Propeller an Steuer-
und Backbord herrührt, wird das Fahrzeug in bezug auf eine durch die
Oberfläche 21 gebildete Stütze gedreht.
Eine Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges ist in den Fig. 6 und
7 dargestellt.
Die konstruktive Ausführung des Fahrzeuges ist ähnlich wie oben angeführt.
Der Unterschied besteht in der Verwendung eines Mittels zum Schutz der
Propeller 13 gegen Beschädigung beim Zusammenstoß mit in Fahrtrichtung
befindlichen Gegenständen. Das Schutzmittel stellt zwei Balken 23 dar, von
denen jeder mit dem Bug 1c des Rumpfes 1 und dem Vorderende der festen
Seitenschürze 9 starr verbunden ist.
Das Fahrzeug arbeitet ähnlich wie oben angeführt.
Zur leichteren Beförderung des Fahrzeuges auf dem festen Land bei
stillstehendem Triebwerk ist eine Ausführungsvariante in den Fig. 8 und 9
dargestellt.
Die konstruktive Ausführung dieses Fahrzeuges ist ähnlich wie oben angeführt.
Der Unterschied besteht darin, daß am Flügel 2 (Fig. 8) auf der Seite, die der
Auflagefläche 10, beispielsweise dem festen Land, zugekehrt ist, in
unmittelbarer Nähe des Rumpfes 1 symmetrisch steuer- und backbordseitig
Fahrwerke 24 mit Rädern hinter dem Massenmittelpunkt 19 des Fahrzeuges in
Richtung seines Hecks 1b angeordnet sind. Die Fahrwerke 24 mit Räder
stehen mit einer (nicht dargestellten) Vorrichtung zu ihrem Ausfahren und
Einziehen ins Innere des Flügels 2 in kinematischer Verbindung. Das
vorstehend beschriebene Fahrzeug arbeitet ähnlich wie oben angeführt.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug befördert bei einer Triebwerkleistung von 230
PS fünf Passagiere über eine Entfernung bis zu 600 km bei einer
Geschwindigkeit von 150 km/h.
Das Fahrzeug ist bei 0,8 m Wellenhöhe und beim Anlaufen eines Ufers mit bis
zu 7° Neigung zuverlässig im Betrieb.
Claims (6)
1. Stauflügelfahrzeug mit zwei vor der Flügelvorderkante (2a) schwenkbar
angeordneten Triebwerken und einem Heckleitwerk (4), dadurch
gekennzeichnet, daß es einen mittig angeordneten Rumpf (1) und zwei feste
Seitenschürzen (9) aufweist, wobei die Propeller (13) der Triebwerke fest an
einem schwenkbaren hohlen Balken (14) und der Antrieb (17) der Triebwerke
im Rumpf (1) hinter den Propellern (13) und vor dem Massenmittelpunkt (19)
des Fahrzeuges angeordnet sind.
2. Stauflügelfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwenkwinkel (α) der Propeller (13) 0-80° beträgt.
3. Stauflügelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß unterhalb des Rumpfes (1) eine sich von dessen Bug (1c) bis zu seiner
Mitte (1a) erstreckende aufblasbare Vorrichtung (20) angeordnet ist, wobei die
Vorrichtung (20) im aufgeblasenen Zustand unter die durch die unteren Kanten
der Seitenschürze (9) gebildete Ebene (22) ragt und von vorn nach hinten sich
vergrößernde Querschnitte aufweist.
4. Stauflügelfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Balken (23) zum Schutz der Propeller (13) vor
Beschädigung vorgesehen sind, von denen jeder mit dem Bug des Rumpfes (1)
und einer festen Seitenschürze (9) starr verbunden ist.
5. Stauflügelfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß unter dem Flügel (2) in unmittelbarer Nähe des Rumpfes
(1) steuer- und backbordseitig einziehbare Fahrwerke (24) mit Rädern hinter
dem Massenmittelpunkt (19) des Fahrzeuges in Richtung seines Hecks (1b)
angeordnet sind.
6. Stauflügelfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Seitenschürze (9) im Endabschnitt des Flügels (2)
zur Seite der Auflagefläche (10) mit einem aus einem elastischen Material
hergestellten Druckluftballon (11) versehen ist.
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