DE2162349A1 - RULES TO AVOID THE BUILDING UP OF AIRCRAFT - Google Patents

RULES TO AVOID THE BUILDING UP OF AIRCRAFT

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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64D43/00Arrangements or adaptations of instruments
    • B64D43/02Arrangements or adaptations of instruments for indicating aircraft speed or stalling conditions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

Regelung zum Vermeiden des Aufbüumens von Flugkörpern.Regulation to avoid the raising of missiles.

Die Erfindung betrifft eine Regelung zum Vermeiden des Aufbäumens von aerodynamischen Flugkörpern, insbesondere von Flugzeugen, in welchen eine Einrichtung vorgesehen ist, die bei einer vorgegebenen Kombination des Anstellwinkels und der aerodynamischen Nickwinkelgeschwindigkeit den Aufbäumvorgang stoppt, derart, daß entsprechende GegenJ-cräf tu auf den Steuermechanismus des Flugkörpers bzw. des Flugzeug ausgelöst werden. Bestimmte Flugzeug typen neigen nämlicn ddzj, sich oeim Abfangen im Luftkampf oder beim Angriff in Bodennähe aufzubäumen, d.h. unzulässig hohe Anstellwinkel anzunehmen, waj oft katastrophale Folgen hat. Dies ist vor allem bei üochleiütungsflugzeugen der Fall, deren Höhenleitwerk relativ noch angeordnet ist.The invention relates to a control system for avoiding rearing up of aerodynamic missiles, in particular of aircraft, in which a device is provided, which at a predetermined Combination of the angle of attack and the aerodynamic pitch angle speed the rearing process stops in such a way that corresponding counter-forces act on the control mechanism of the missile or the Plane to be raised. Certain types of aircraft tend to be ddzj, getting caught in a dogfight or attacking in Raising up close to the ground, i.e. assuming impermissibly high angles of attack, waj often has catastrophic consequences. This is especially true when üochleiütungsflugzeugen the case, their tailplane relative is still arranged.

Line einschlägige Einrichtung eines Reglers zum Vermeiden des Aufbäumens von Flugzeugen ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 015 4 50'-beschrieben und dargestellt. Diese bekannte Regelung arbeitet in Abhängigkeit sowohl von der Flugmachzahl wie auch von dem jeweils dabei zulässigen Höhenruderwinkel. Letzteres bedeutet eine indirekte Abhängigkeit von dem stationär zulässigen Anstellwinkel. Line relevant establishment of a regulator to avoid the rearrangement of aircraft is described and illustrated, for example, in US Pat. No. 3,015,450 '. This known scheme works as a function of both the Mach number and the permissible elevator angle. The latter means an indirect dependence on the steady-state permissible angle of attack.

Line weitere einschlägige Einrichtung ist durch die US-Patentschrift 2 953 327[, bekannt geworden. Dieser Regler verhindert ein quasistationäres Überziehen des Flugzeugs durch Begrenzung des Laotvielfachen. Es wird das dem zulässigen C.-Wert bzw. dem zulässigen -wert entsprechende Lastvielfache mittels einer Analog-Line more pertinent establishment is through the US patent 2 953 327 [, became known. This regulator prevents one Quasi-stationary stalling of the aircraft by limiting the Lao multiple. It becomes the permissible C. value or the permissible -value corresponding load factor by means of an analogue

/2/ 2

\309826/0046 \ 309826/0046

BADBATH

schaltung errechnet und mit dem jeweiligen Wert aus einem Beschleunigungsgeber verglichen. Diese Anordnung läuft auf eine indirekte Bestimmung des zulässigen Anstellwinkels durch Messung des Staudrucks und Berechnung des Gewichts hinaus.circuit calculated and with the respective value from an acceleration sensor compared. This arrangement is based on an indirect determination of the permissible angle of attack by measurement the dynamic pressure and calculation of the weight.

Ergänzend zu dem aufgezeigten Stand der Technik sei noch auf die US-Patentschriften 2 584 298, 2 923 499, 3 172 079^ 3 292 und 3 518 621^verwiesen, in denen im wesentlichen nur der erforderliche Unterdruck an der Saugseite des Flügelprofils oder die zulässige Fluggeschwindigkeit oder der zulässige Anstellwinkel als Kriterium zur Verhinderung und/oder Anzeige des Aufbäumens verwendet wird. Diese Vorveröffentlichungen beinhalten ähnlich wie die Vorerwähnten - nicht das für Hochleistungsflugzeuge erforderliche Vorhaltesignal für die aerodynamische Nickwinkelgeschwindigkeit. In addition to the state of the art shown, please refer to U.S. Patents 2,584,298, 2,923,499, 3,172,079, 3,292 and 3 518 621 ^, in which essentially only the required Negative pressure on the suction side of the wing profile or the permissible airspeed or the permissible angle of attack is used as a criterion for preventing and / or indicating the rearing up. These prior publications contain similar like the aforementioned - not that for high-performance aircraft required lead signal for the aerodynamic pitch angle speed.

Andere bekannte, einschlägige Regler stoppen den Aufbäumvorgang bei zu raschem Steuern primär in Abhängigkeit von der aerodynamischen Nickwinkelgeschwindigkeit. Dieses Verfahren hat - wie die Praxis einschlägiger Hochleistungsflugzeuge jedoch bewiesen hat - den Nachteil, daß der zulässige Höchstwert des Anstellwinkels nur selten ausgeschöpft wird bzw. werden kann.Other known, relevant controllers stop the rearing up process when the control is too rapid, primarily as a function of the aerodynamic pitch angular velocity. However, this procedure has - like the practice of relevant high-performance aircraft has proven - the disadvantage that the maximum permissible value of the angle of attack is or can only rarely be exhausted.

Flugtecnnisch gesehen kann generell festgestellt werden, daß die kritische Anstellwinkelgrenze, bei der die Neigung zum Aufbäumen eintritt, nicht überschritten werden darf. Um ein Abfangen des betreffenden Flugzeuges vor Erreichen dieses Zustandes zu gewährleisten, muß nicht zuletzt wegen der gegebenen dynamischen Verhältnisse, z.B. der Trägheit des Flugzeugs, ein Vorhaitesignal ermitteln, ob und gegebenenfalls wie rasch sich das Flugzeug dem gefährlichen Zustand nähert. Es war daher in gegebenen Fällen naheliegend und bislang zum Teil auch üblich, den Anstellwinkel und seine zeitliche Änderung als Ansprechsignale in den betreffenden Regler einzugeben. In der Praxis wird hierzu z.D. über eine sogenannte Windfahne das Signal des augenblicklichen Anstellwinkels und die mittels elektrischer netzwerke auf die zeitliche Änderung des Anstellwinkels transformierte Zeitfunktion der Nickwinkelgeschwindigkeit in den Rechner des Reglers als Aus-In terms of flight technology, it can generally be stated that the critical angle of attack limit at which the tendency to rear up occurs, must not be exceeded. To ensure that the aircraft in question is intercepted before this state is reached, not least because of the given dynamic conditions, e.g. the inertia of the aircraft, a lead signal determine whether and, if so, how quickly the aircraft is approaching the dangerous state. It was therefore in given cases obvious and so far partly also common, the angle of attack and its change over time as response signals in the relevant Enter controller. In practice this is e.g. the signal of the moment via a so-called wind vane Angle of attack and the means of electrical networks on the Change in the angle of attack over time, transformed time function the pitch angle speed in the controller's computer as an output

309826/0046 /3 309826/0046 / 3

BADBATH

lösesignal eingegeben. Letzteres bedeutet, daß das am Nickkreisel abgenommene Nickgeschwindigkeitssignal aber geeignete Filter so verändert wird, daß nach dem Filtern eine etwa mit der zeitlichen Änderung des Anstellwinkels vergleichbare Funktion der Zeit vorliegt. Zu dieser wird bekanntermaßen ein Signal proportional zum Anstellwinkel addiert und die erhaltene Summe mit einem Referenzwert verglichen. release signal entered. The latter means that the pitching speed signal picked up at the pitching gyro uses suitable filters is changed so that after the filtering there is a function of time that is approximately comparable to the change in the angle of attack over time. As is known, a signal proportional to the angle of attack is added to this and the sum obtained is compared with a reference value.

Auen diese u.a. bisher gebauten Aufbäumregler stehen in gewisser Hinsicht in ex'heblichen Widerspruch zu ihrer Funktion, die sie eigentlich ausüben sollen. Sie haben nämlich den Nachteil, daß sie durcu ihre primäre Abhängigkeit vom Nicksignal den Aufbäumvorgang ebenfalls oft zu früh stoppen und daher in vielen Fällen eine Bodenberunrung verusachen, die eigentlich hätte vermieden werden können.Auen these rearing controllers, which have been built so far, are in a certain sense Respect in a significant contradiction to their function, which they are actually supposed to exercise. You have the disadvantage that their primary dependence on the nod signal causes them to rearrange also often stop too early and therefore in many cases cause a floor overrun that should have been avoided can be.

Der Erfindung liegt damit die Erkenntnis zugrunde, daß Aufbäumregler von Flugkörpern bzw. Flugzeugen nicht optimal -arbeiten können, wenn sie sich ausschließlich am Anstellwinkel oder ausschließlich an der Hickwinkelgeschwindigkeit orientieren. Auch dann, wenn für beide Regelgrößen zwar Grenzen gesetzt, diese jedoch nicht· sinnvoll aufeinander abgestimmt sind, kann eine optimale Regelung zur Verhinderung des Aufbäumens von Flugkörpern nicht erfolgen.The invention is thus based on the knowledge that rearing controller missiles or aircraft do not work optimally can if they are based exclusively on the angle of attack or exclusively on the hacking angle speed. Even when limits are set for both controlled variables, but these are not sensibly coordinated with one another, an optimal one can be used Regulation to prevent the rearing of missiles did not take place.

Erfindungsgemäß wird daher zur Vermeidung der aufgezeigten Nachteile vorgeschlagen, daß sich die Gegenkräfte zum Stoppen bzw. Vermeiden des Aufbäumvorgangs primär an einer optimal zulässigen Grenze des Anstellwinkels orientieren, und daß für die aerodynamische Nickwinkelgeschwindigkeit bzw. für das Nieksignal ebenfalls eine optimal zulässige Grenze vorgesehen ist,, die mit der optimal zulässigen Grenze für den Anstellwinkel derart korrespondiert, daß nur die Steuervorgänge vorzeitig gestoppt werden, die den zulässigen Anstellwinkel überschreiten würden. Die Erfindung bietet damit den Hauptvorteil, daß - insbesondere im Luftkampf - eine optimale Ausnutzung der Flugleistung des betreffenden Flugzeugs möglich ist; und zwar dadurch, daß beiAccording to the invention is therefore to avoid the disadvantages shown suggested that the opposing forces for stopping or avoiding the Aufbäumvorgangs primarily at an optimally permissible Orientate the limit of the angle of attack, and that for the aerodynamic pitch angle speed and for the nieksignal as well an optimally permissible limit is provided, which corresponds to the optimally permissible limit for the angle of attack in such a way that that only those control processes are stopped prematurely, which would exceed the permissible angle of attack. The invention thus offers the main advantage that - especially in air combat - an optimal use of the flight performance of the relevant Aircraft is possible; by the fact that at

30982.6/004630982.6 / 0046

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

· ι· Ι

2Ί623492,62349

-H--H-

.mittleren and kleinen Ruderlaufgeschwindigkeiten der Regler noch ■ gegenüber vergleichbaren Einrichtungen des bekannten Standes der Technik nicht in Aktion tritt. Jedoch wird bei zu raschen Knüppelbewegungen durch den Piloten das Flugzeug vor dem Aufbäumen bewahrt, indem die erfindungsgemäßen Ansprechgrenzen in sinnvoller »Veise durch optimales, gegenseitiges Aufeinanderabstimmen den unzulässigen Steuervorgang korrigieren. Da sich ein Flugzeug im Rahmen der erfindungsgemäßen Regelung daher nicht aufbäumen kann, hat dar Pilot die Möglichkeit, unbedenklich die im Flugzeug steckende Höchstleistung voll auszuschöpfen..Medium and low rudder speeds of the controls still ■ does not come into action compared to comparable devices of the known state of the art. However, if the stick is moved too quickly by the pilot saved the aircraft from rearranging by making the response limits according to the invention more sensible »Veise through optimal, mutual coordination correct impermissible control process. Since an aircraft therefore does not rear up within the framework of the regulation according to the invention can, the pilot has the opportunity to safely fully exploit the maximum performance inherent in the aircraft.

Die Erfindung sient weiterhin vor, daß die Ruderlaufgeschwindig- W keit des betreffenden Flugkörpers automatisch oder manuell auf optimal zulässige 'Werte einstellbar ist. Jurch diese Maßnahme wird insbesondere die Sicherheit eines Flugzeugs im L'rdkampf erhöht, da die Ruderl.aufgeschwindigkeit optimal gerade auf den Wert begrenzt werden kann, der noch Flugreaktionen innerhalb der zulässigen Grenzen für die Hickwinkelgeschwindigkeit und den Anstellwinkel ergibt, iiierdurch ist bei allen Steuervorgängen gewährleistet, daß der Regler nicht in Aktion treten muß. Jede Aktion des Reglers und die damit verbundene Korrektur des Steuervorganges bedeutet nämlich einen Verlust an Flughöhe. Dies wiederum kann vorallem im Jjrdkampf durch Bodenberührung katastrophale Folgen für Mensch und Maschine haben. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme . kann das betreffende Flugzeug jedoch optimal in Relation zu seinen Flugleistungen abgefangen werden.The invention further SIENT before that the Ruderlaufgeschwindig- W automatically or manually ness of the respective missile towards optimal allowable 'values is adjustable. This measure increases the safety of an aircraft in ground combat in particular, since the rudder running speed can be optimally limited to the value that still results in flight reactions within the permissible limits for the pitch angle speed and the angle of attack, which ensures that all control processes are carried out that the controller does not have to take action. Every action of the controller and the associated correction of the control process means a loss of flight altitude. This, in turn, can have catastrophic consequences for man and machine, especially in the Jjrdkampf through contact with the ground. By the measure according to the invention. However, the aircraft in question can be intercepted optimally in relation to its flight performance.

Schließlich ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß die Ansprechgrenzen des Reglers sowohl für den Anstellwinkel wie auch für die aerodynamische Nickwinkelgeschwindigkeit individuell variierbar sind, um die für die jeweilige Mission erforderlichen optimalen, miteinander korrespondierenden Verhältnisse einstellen zu können.Finally, it is provided within the scope of the invention that the response limits of the controller for both the angle of attack and the aerodynamic pitch angle speed individually can be varied in order to set the optimal, mutually corresponding conditions required for the respective mission to be able to.

In den Abbildungen ist die Erfindung zeichnerisch erläutert. Ls zeigen:The invention is illustrated graphically in the figures. Ls show:

Fig. 1 ein Diagramm mit herkömmlichen, bekannten Grenzen für denFig. 1 is a diagram with conventional, known limits for the

309826/Q0A6 ^ 309826 / Q0A6 ^

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Anstellwinkel und die aerodynamische Nickwinkelgeschwindigkeit; Angle of attack and the aerodynamic pitch angular velocity;

Fig. 2 ein Diagramm gemäß Fig. 1 mit den erfindungsgemäßen Grenzen für die genannten Werte;FIG. 2 shows a diagram according to FIG. 1 with the limits according to the invention for the stated values;

Fig. 3 ein Diagramm entsprechend den Fig. 1 und 2 mit besonderer . Grenzwerteinstellung.Fig. 3 is a diagram corresponding to FIGS. 1 and 2 with particular. Limit setting.

In allen Diagrammen ist auf der Abszisse der Anstellwinkel CX und auf der Ordinate die aerodynamische Nickwinkelgeschwindigkeit AJy aufgetragen.In all diagrams, the angle of attack CX and is on the abscissa on the ordinate the aerodynamic pitch angular velocity AJy applied.

wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, stellt die bisherige Ansprechgrenze für den Regler eine Gerade 1 dar, die in dem angegebenen Koordinatensystem durch einen bestimmten Wert Wy0 sowie durch einen bestimmten Wert Oi - in diesem Falle durch 0{ zul. - definiert ist. Die Ansprechgrenze läßt es darstellungsgemäß gerade noch zu, in dem unteren tfinkeländerungsbereich den Anstellwinkel A auf den Wert H dynamisch (7?-^) einzustellen. Wie die Fig. 1 weiterhin erkennen lciiir, iyt der nächste Schritt der Anstellwinkeländerung von B nach C bereits nicht mehr durchführbar, da die Nickwinkelgeschwindigkeitsgrenze bei Ü überschritten wird, obwohl bei dem eingeleiteten Manöver die Grenze (X zul. des optimal zulässigen Anstellwinkels bei weitem noch nicht erreicht würde. Das bedeutet, daß bei dieser bekannten Regeleinrichtung der Regler zu früh in Aktion tritt.As can be seen from FIG. 1, the previous response limit for the controller represents a straight line 1 which is defined in the specified coordinate system by a specific value Wy 0 and a specific value Oi - in this case 0 { perm . The response limit just allows, as shown, to set the angle of attack A to the value H dynamically (7? - ^) in the lower angle change range. As in FIG. 1, Iciiir, iyt the next step of changing the angle of attack from B to C can no longer be carried out, since the pitch angle speed limit is exceeded at U, although the limit (X perm. Of the optimally permissible angle of attack by far This means that in this known regulating device the regulator takes action too early.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß entsprechend der Fig. 2 vorgeschlagen, die zulässige Nickwinkelgeschwindigkeitsgrenze 2 derart mit der Grenze für (X zul. abzustimmen, daß die automatische Aufbäumregelung erst einsetzt, wenn bei einer übermäßigen Anstellwinkeländerung die Gefahr besteht, daß beide Grenzen überschritten werden.In order to avoid this disadvantage, according to the invention, according to FIG. 2, it is proposed that the permissible pitch angle speed limit 2 be coordinated with the limit for (X perm.) In such a way that the automatic rearing control only starts when there is a risk that both limits will be exceeded in the event of an excessive change in the angle of attack will.

Die erfindungsgemäße Grenzlinie, bei deren Überschreiten der Regler zur Vermeidung des Aufbäumvorganges in Aktion tritt, setzt sich da-· mit gemäß Fig. 2 zusammen aus der Geraden 2 und aus einer weiteren ■ Geraden 3, die sich im Punkt Iu schneiden. Die Gerade 2 ist die Grenzlinie der Nickwinkelgeschwindigkeit, die Gerade 3 die Grenz-The boundary line according to the invention, which when exceeded the controller goes into action to avoid the rearrangement process, is thus made up of straight line 2 and a further straight line 3, which intersect at point Iu , as shown in FIG. The straight line 2 is the limit line of the pitch angle speed, the straight line 3 the limit

309826/0046 /6 309826/0046 / 6

BAUBUILDING

linie des optimalen Anstellwinkels CK. . Diese beiden Grenzlinien müssen nicht unbedingt gerade verlaufen. Aus den Änderungen der Anstellwinkel von A nach B, B nach C und insbesondere von C nach C1 ist deutlich zu erkennen, daß sich die Änderungskurve 4 allenfalls an die beiden Grenzlinien 2 un.d 3 anschmiegt. Das bedeutet, daß sich das betreffende Flugzeug optimal auf den neuen Anstellwinkel C. ein-pendeln kann.line of the optimal angle of attack CK. . These two boundary lines do not necessarily have to be straight. From the changes in the angles of attack from A to B, B to C and in particular from C to C 1 , it can be clearly seen that the change curve 4 at most conforms to the two boundary lines 2 and 3. This means that the aircraft in question can optimally settle to the new angle of attack C.

Die gestrichelte Gerade 5 in Fig. 2 deutet an, daß die Ansprechgrenze 2 der aerodynamischen Nickwinkelgeschwindigkeit im Rahmen der Erfindung je nach Mission des betreffenden Flugzeugs individuell im Regler verstellbar ist.The dashed line 5 in Fig. 2 indicates that the response limit 2 of the aerodynamic pitch angle speed within the scope of the invention, depending on the mission of the aircraft in question is adjustable in the controller.

Die Fig. 3 zeigt schließlich einen praktischen Anwendungsfall far das Schutzbegehren gem䣷 Anspruch 2, wonach die Ruderlaufge-The Fig. 3 finally shows a practical application of the protection sought far ACCORDING £ · Claim 2, according to which the Ruderlaufge-

ψ. ψ.

schwindigkeit T) auf optimal zulässige tferte für uoj/ und ©C begrenzt ist. In diesem Falle wird bei besonderen Steuervorgängen, insbesondere im Lrdkampf, jegliche Aktion des Reglers vermieden.speed T) is limited to the optimum permissible values for uoj / and © C is. In this case, in the case of special tax transactions, Avoid any action by the controller, especially in combat.

309826/ΟΘ46309826 / ΟΘ46

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Claims (3)

MESSERSCHHITf-BÖLKOW-BLOHM - 7 - Ottobrunn, 14.Dezember 1971MESSERSCHHITf-BÖLKOW-BLOHM - 7 - Ottobrunn, December 14, 1971 Gesellschaft Frc/SchöSociety Frc / Schö mit beschränkter Haftung
München
with limited liability
Munich
PatentansprücheClaims iegler zur Vermeidung des Aufbäumens von aerodynamischen Flugkörpern, insbesondere von Flugzeugen } in welchen eine Einrichtung vorgesehen ist, die bei einer vorgegebenen Korn- , bination des Anstellwinkels und der aerodynamischen Nickwinkelgeschwindigkeit den Aufbäumvorgang stoppt, derart, daß entsprechende Gegenkräfte auf den Steuermechanismus des Flugkörpers bzw. des Flugzeuges ausgelöst werden, dadurch g β kennzei chnet, daß sich die Gegenkräfte primär an einer optimal zulässigen Grenze des Anstellwinkels ((X ) orientieren, und daß für die aerodynamische Nickwinkelgeschwindigkeit ( ä)y ) ebenfalls eine optimal zulässige Grenze vorgesenen ist, die mit der optimal zulässigen Grenze (^ zul.) fUr den Anstellwinkel ( Oi ) derart korrespondiert, daß alle Steuervorgänge vorzeitig gestoppt werden, die ^ zul. überschreiten würden.A regulator to avoid the rearing up of aerodynamic missiles, in particular aircraft } in which a device is provided which stops the rearing process at a predetermined combination of the angle of attack and the aerodynamic pitch angle speed, in such a way that corresponding counterforces on the control mechanism of the missile or of the aircraft are triggered, thereby g β characterizes that the opposing forces are primarily based on an optimally permissible limit of the angle of attack ((X), and that an optimally permissible limit is also provided for the aerodynamic pitch angular velocity (ä) y), which is with corresponds to the optimally permissible limit (^ perm.) for the angle of attack (Oi) in such a way that all control processes are stopped prematurely which would exceed ^ perm.
2. Regler nach Anspruch 1 zur Vermeidung des Aubäumens von2. Regulator according to claim 1 to avoid the Aubäumens of aerodynamischen Flugkörpern, dadurch gekennzeich-aerodynamic missiles, characterized by net, daß die Ruderlaufgeschwindigkeit (^) automatisch oder manuell auf optimal zulässige Werte einstellbar ist.net that the rudder speed (^) is automatic or can be set manually to optimally permissible values. 3. Regler nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch g e -3. Regulator according to claims 1 and / or 2, thereby g e - nc kennzeichnet, daß die Ansprechgrenzen (C/. <<JJ) nc indicates that the response limits (C /. << J J ) ·. für den Regler variierbar sind, um die für die jeweilige Mission erforderlichen optimalen, miteinander korrespondierenden Verhältnisse einstellen bzw. wählen zu können.·. for the controller can be varied to match those for the respective Mission necessary optimal, mutually corresponding relationships to be able to set or choose. 3G9826/0Q4S3G9826 / 0Q4S LeerseiteBlank page
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