DE2846217C2 - Flugkörper - Google Patents

Flugkörper

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DE2846217C2
DE2846217C2 DE2846217A DE2846217A DE2846217C2 DE 2846217 C2 DE2846217 C2 DE 2846217C2 DE 2846217 A DE2846217 A DE 2846217A DE 2846217 A DE2846217 A DE 2846217A DE 2846217 C2 DE2846217 C2 DE 2846217C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen Flugkörper mit Steuerteil und Nutzlastraum und einer gegenüber diesen drehbar gelagerten, aerodynamisch gestalteten, rotationssymmetrischen Ringscheibe mit zentraler kreisförmiger Öffnung mit vertikal ausgerichteter Symmetrieachse und mit einem hierzu koaxial angeordneten, angetriebenen Rotor zum Erzeugen einer Luftströmung durch dicse öffnung, wobei Ringscheibe und Rotor unabhängig voneinander drehbar gelagert und die Ringscheibe durch das vom Rotor erzeugte Gegendrehmomeni in einer zur Eigen-Drehrichtung des Rotors gegensinnigen Drehrichtung umläuft
Bei einem derartigen aus der US-PS 29 52 423 bekannten Flugkörper wird eine Ringscheibe und ein Rotor bzw. Deflektor von einem Motor angetrieben, der im Abstand unterhalb der Ringscheibe angeordnet ist. Die Ringscheibe weist dabei ein Tragflügelprofil auf, dessen Profilvorderkante dem äußeren Rand und dessen Profilhinterkante den inneren Rand der Ringscheibe bildet Die Luftströmung wird jeweils entlang der Ober- und Unterseite der Ringscheibe von oben nach unten geleitet Nachteilig an einem derartigen Flugkörper ist, daß die Luft in .gleicher Richtung über die Ober- bzw. Unterseite der rotierenden Ringscheibe strömt und somit keine wesentliche Ringstrombildung um die rotationssymmetrische Ringscheibe ermöglicht ist. Bei derartigen Strömungsverhältnissen ist ein erheblicher Energieaufwand zum Erreichen der notwendigen Auftriebskraft notwendig.
Bei einem aus der DE-AS 11 35 770 bekannten Flugkörper wird die Luft von einem oberhalb eines Tragkörpers angeordneten Drehflügel auf die Oberseite des Tragkörpers geblasen und strömt auf derselben von innen nach außen ab, wobei ein Teil der Luft durch öffnungen auf die Unterseite des Tragkörpers gelangt und im Parallelstrom zu der Luftströmung auf der Oberseite des Tragkörpers nach unten abströmt. Bei einer derartigen Parallelströmung treten ebenfalls die zuvor aufgeführten Nachteile bezüglich der Auftriebswirkung auf.
Bei einem aus der DE-AS 11 77 010 bekannten Hubschrauber wird von Propellerschaufeln angesaugte Luft über einen glockenförmigen Körper geleitet, der von einem Gehäuse umgeben wird, wodurch ein zylindrischer Ringspalt geschaffen ist, in dem die Strömungsverhältnisse nur eine geringe Auftriebsleistung ergeben. Bei einem aus der DE-PS 9 62 404 bekannten Düsenrotor-Flugzeug ist der Rotor als Hohlscheibe mit sektorartigen, am Innen- und Außenumfang ins Freie mündenden Luftkanäle ausgebildet, in denen bei der Drehung der Scheibe eine von der Mitte radial nach außen gerichtete Luftströmung erzeugt wird. Bei diesen Slrömungsverhältnissen ist ein erheblicher Energieaufwand zum Erreichen der notwendigen Auftriebsleistung notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flugkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einem verminderten Energieaufwand eine gegenüber diesen bekannten Flugkörpern höhere Auftriebskraft und gleichzeitig eine verbesserte Stabilität besitzt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringscheibe halbseitig einen elliptischen Querschnitt mit einem radial äußeren Rand großer Krümmung und einem radial inneren Rand kleinerer Krümmung aufweist und der Querschnitt gegenüber der Symmetrieachse der Ringscheibe geneigt ist, derart, daß der Scheitelpunkt des radial äußeren Randes oberhalb des Scheitelpunktes des radial inneren Randes der Ringscheibe und die Rotorebene zwischen diesen Scheitelpunkten liegen.
Die Luft wird durch den Rotor von der Oberseite der Ringscheibe von außen nach innen in Richtung der zen-
tralen kreisförmigen Öffnung gesaugt und entlang der Unterseite der Ringscheibe teilweise von innen nach außen geführt, so daß eine annähernd geschlossene Ringströmung der Luft um die Ringscheibe entsteht Dadurch, daß die Rotorebene zwischen den Scheitelpunkten des radial äußeren bzw. radial inneren Randes der Ringscheibe angeordnet ist, wird die Luft besonders strömungsgünstig von der Oberseite der Ringscheibe abgesaugt und durch die zentrale kreisförmige Öffnung geführt, wodurch neben einer hohen Auftriebsleistung bei geringem Energieaufwand eine verbesserte Stabilität des Flugkörpers erreicht wird. Die Anordnung des Rotors in der zentralen kreisförmigen Öffnung der Ringscheibe ermöglicht außerdem eine kompakte Bauweise, wobei gleichzeitig keine Behinderung der Luft-Strömung im Ringspalt bspw. durch Getriebe etc. erfolgt
Um den Auftrieb des erfindungsgemäßen Flugkörpers weiter zu verbessern, ist es zweckmäßig, daß die Ringscheibe mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln o. dgl. versehen ist
Mit diesen Leitschaufeln o. dgl. wird an der Oberseite der Ringscheibe der Unterdruck und an der Unterseite der Ringscheibe der Überdruck erhöht, so daß insgesamt die Auftriebskraft vergößert wird.
In Ausgestaltung dieser Maßnahme ist vorgesehen, daß die Leitschaufeln o. dgl. an der Ober- und bzw. Unterseite der Ringscheibe, vorzugsweise im Bereich des äußeren Randes derselben, angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine optimale Auftriebskraft erzielt werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Leitschaufeln o. dgl. in Draufsicht auf die Ringscheibe gesehen gekrümmt ausgebildet sind.
Es genügt auch, die Leitschaufeln annähernd gerade auzuführen.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die auf der Oberseite der Ringscheibe angeordneten Leitschaufeln o. dgl. in umgekehrter Richtung wie die auf der Unterseite der Ringscheibe angeordneten Leitschaufeln gekrümmt. Hierbei ist es günstig, wenn die auf der Unterseile der Ringscheibe angeordneten Leitschaufeln im Bereich unterhalb der an der Oberseite der Ringscheibe angeordneten Leitschaufeln angeordnet sind. Es ist auch möglich, daß die auf der Unterseite der Ringscheibe angeordneten Leitschaufeln gegenüber den auf der Oberseite der Ringscheibe angeordneten Leitschaufeln in radialer Richtung versetzt sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die Leitschaufeln o. dgl. im wesentlichen eine gleiche Bauhöhe auf. Es ist auch möglich, Leitschaufeln mit unterschiedlieher Höhe vorzusehen.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Leitschaufeln o. dgl. mit der Ringscheibe einstückig ausgebildet Die Leitschaufeln können auch gesonderte Bauteile sein, die mit der Ringscheibe verbunden sind, wobei die Leitschaufeln auch durch Rippen o. dgl. ausgebildet sein können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert In diesen zeigt
F i g. 1 eine teilweise Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
F i g. 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 1,
F i g. 3 eine teilweise Schnittdarstellung eines weiteron Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flugkörpers,
F i g. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in Fig. 1,
F i g. 5 eine Detaildarstellung der F i g. 4,
F i g. 6 eine schematische Darstellung der Steuerklappenstellung beim Steigflug,
F i g. 7 eine schematische Darstellung der Steuerklappenstellung beim Schwebeflug,
F i g. 8 eine schematische Darstellung der Steuerklappenstellung bei Horizontalsteuerung,
Fig.9 eine schematische Darstellng derSteuerklappenstellung beim Sinkflug,
Fig. 10 eine teilweise Schnittdarstellung entlang der Linie X-X in F i g. 1 i eines anderen Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Flugkörpers, und
F i g. 11 eine Draufsicht auf F i g. 10.
Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Flugkörper umfaßt eine rotationssymmetrische Ringscheibe 1 mit Tragflügelprofil, wobei die Form des Profils die Horizontal- und Vertikalflugeigenschaft sowie den Auftrieb und die Gleitflugeigenschaft im wesentlichen bestimmt, und ein Antriebsaggregat 2 (Propellermotor, Turbine etc.), das in der Drehachse montiert ist und welches zwei Funktionen zu erfüllen hat:
a) die Ringscheibe 1 wird durch das vom Aggregat 2 erzeugte Gegendrehmoment in Drehung versetzt und somit durch den Kreiseleffekt stabilisiert;
b) die Luft wird von der Oberseite der Ringscheibe 1 abgesaugt und nach unten geführt Durch Drehzahlregelung und Schubablenkung mittels Steuerklappen 8, 9, 21, 22, 23 wird die Größe des Auftriebs bestimmt.
Die Drehrichtung des Antriebsaggregates 2 ist in F i g. 2 mit Pfeil 3 und die gegensinnige Drehrichtung der Ringscheibe 1 ist in dieser Figur mit Pfeil 4 bezeichnet. Bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Drehzahl des Antriebsaggregates 2 etwa 10 000 min-1 und diejenige der gegensinnig umlaufenden Ringscheibe 1 etwa 500 min-'.
Unterhalb von Ringscheibe 1 und Antriebsaggregat 2 ist eine Kabine 5 angeordnet, die mit einem Fahrwerk 6 versehen ist. Diese, während des Fluges im Raum stillstehende Einheit ist auf einer Drehachse 10 zum Antriebsaggregat 2 und zur Ringscheibe 1 kugelgelagert und nur über den geringen Lagerwiderstand bestrebt, mit der Ringscheibe 1 mitzudrehen. Um dieser Drehbewegung entgegenwirken zu können und in Umfangsrichtung jede Lage zu erreichen sind im Luftstrom mit der Kabine 5 verbundene Steuerklappen 8 montiert. Um den Flugkörper horizontal zu bewegen, muß er aus seiner stabilen horizontalen Lage gebracht werden. Der ansonsten rotationssymmetrische Auftrieb kann durch zusätzliche Steuerklappen 9, die ebenfalls im Luftstrom oder direkt in der Ringscheibe 1 liegen, angesteuert werden, wobei der Auftriebsschwerpunkt willkürlich verschoben werden kann. Die Kabine 5 ist auch zur Aufnahme von Ballast geeignet.
Ein Kunststofftank 7 ist im drehenden Teil des Flugkörpers angeordnet.
Der in F i g. 3 bis 9 dargestellte Flugkörper umfaßt eine rotationssymmetrische Ringscheibe 11 mit Tragflügelprofil, wobei die Form des Profils die Horizontal- und Vsrtikalflugeigenschaft sowie den Auftrieb und die Gieitflugeigenschaft im wesentlichen bestimmt, und ein Antriebsaggregat 2 (Propellermotor, Turbine etc.), das in der Drehachse montiert ist und welches — wie vorstehend näher beschrieben — die Ringscheibe 11 durch das vom Antriebsaggregat 12 erzeugte Gegendrehmo-
ment in Drehung versetzt und somit durch den Kreiseleffekt stabilisiert, und gleichzeitig die Luft von der Oberseite der Ringscheibe 11 absaugt und nach unten führt.
Die Drehrichtung des Antriebsaggregats (Propeller, Turbine etc.) 12 ist in F i g. 4 mit Pfeil 13 und die gegensinnige Drehrichtung der Ringscheibe 11 ist in dieser Figur mit Pfeil 14 bezeichnet.
Unterhalb von Ringscheibe 11 und Antriebsaggregat 12 ist ein Steuerteil 15 angeordnet, der mit einem Fahrwerk 16 versehen ist. Diese, beim Flug im Raum stillstehende Einheit ist auf einer Drehachse 20 zum Antriebsaggregat 12 und zur Ringscheibe 11 kugelgelagert und nur über den geringen Lagerwiderstand bestrebt, mit der Ringscheibe 11 mitzudrehen. Anstelle des Steuerteiles 15 oder zusätzlich zu diesem kann auch eine Kabine oder eine andere Einrichtung zur Aufnahme von Lasten vorgesehen sein. Für den Kraftstoff ist ein ringförmiger Kraftstoffbehälter 17 vorhanden, der an dem Antriebsaggregat 12 angeordnet ist.
Zur Steuerung des Flugkörpers sind drei in bezug auf die gemeinsame Drehachse von Ringscheibe 11 und Antriebsaggregat 12 symmetrisch angeordnete Steuerklappen 21, 22, 23 und eine Stabilisierungsklappe 24 vorhanden. Die Steuerklappen 21,22,23 sind im wesentlichen in einer gemeinsamen, zumindest annähernd horizontalen Ebene unterhalb des zwischen der Ringscheibe 11 und dem Antriebsaggregat 12 gebildeten Ringspaltes und die Stabilisierungsklappe 24 ist unterhalb des Steuerteils des Flugkörpers angeordnet.
Die Steuerklappen 21, 22, 23 können wahlweise entweder gemeinsam oder einzeln voneinander unabhängig in den zwischen der Ringscheibe 11 und dem Antriebsaggregat 12 nach unten strömenden Luftstrom eingeführt werden. Zu diesem Zweck sind die etwa segmentförmig ausgebildeten Steuerklappen 21,22,23 mittels im wesentlichen lotrechter Schwenkachsen 26, 27, 28 auf einer gemeinsamen kreisförmigen Grundplatte 25 schwenkbar gelagert, wobei an jede Steuerklappe 21, 22, 23 im Abstand von ihrer jeweiligen Schwenkachse 26,27,28 jeweils eine Schubstange 29,30,31 angelenkt ist Jede Schubstange 29, 30, 31 wird jeweils von einem Stellmotor 32, 33, 34 betätigt, wobei die Stellmotoren 32,33,34 an einem gemeinsamen, in bezug auf die Ringscheibe 1 i koaxialen Versteiiring 35 gelagert sind. Dieser Verstellring 35 ist mittels Rollen 36, 37, 38 drehbar gelagert. Infolge dieser Anordnung können durch entsprechende Verstellung der Schubstangen 29,30,31 die Steuerklappen 21,22,23 mehr oder weniger weit in den zwischen Ringscheibe 11 und Antriebsaggregat 12 nach unten strömenden Luftstrom eingeführt werden. In eingeschwenktem Zustand können die Steuerklappen 21, 22, 23 — wie in F i g. 4 mit strichlierten Linien dargestellt ist — vollständig innerhalb der Projektionsfläche der Grundplatte 25 untergebracht werden.
Die Stabilisierungsklappe 24 ist um eine im wesentlichen horizontale Achse 39 schwenkbar gelagert und kann gleichfalls durch einen nicht näher dargestellten Stellmotor betätigt werden.
In F i g. 6 ist die Stellung der Steuerklappen 21,22,23. und der Stabilisierungsklappe 24 beim Steigflug dargestellt.
Die Steuerklappen 21, 22, 23 sind hierbei innerhalb die Projektionsfläche der Grundplatte 25 eingeschwenkt und die Stabilisierungsklappe 24 ist zum Geradeausflug in eine vertikale Lage verschwenkt.
In F i g. 7 ist die Stellung der Steuerklappen 21,22,23 und der Stabilisierungsklappe 24 beim Schwebeflug dargestellt. Die Steuerklappen 21, 22, 23 sind hierbei teilweise in den zwischen Ringscheibe 11 und Antriebsaggregat 12 gebildeten Ringspalt strömenden Luftstrom eingeführt, u. z. in symmetrischer Anordnung, während die Stabilisierungsklappe 24 wieder zum Geradeausflug in vertikaler Stellung dargestellt ist.
In Fig.8 ist die horizontale Lagesteuerung dargestellt, wobei die Steuerklappe 21 unabhängig von den Steuerklappen 22, 23 in den nach unten gerichteten Luftstrom eingeführt wird, und die Flugkörper aus sei: ner horizontalen Lage auslenkt.
In F i g. 9 ist der Sinkflug dargestellt, wobei alle drei Steuerklappen 21,22,23 symmetrisch voll ausgefahren, in den nach unten gerichteten Luftstrom hineinragen. Die Steuerklappen 8, 9, 21, 22, 23 und die Stabilisierungsklappe 24 sind im allgemeinen eben ausgebildet. Sie können jedoch auch gekrümmt und/oder mit Vorsprüngen, Vertiefungen bzw. Perforationen versehen sein. Sie können auch schräg in bezug auf die Rotationsachse der Ringscheibe 1,11 bzw. Antriebsaggregates 2, 12 angeordnet werden. Die Schwenkachsen für die Steuerklappen 8, 9, 21, 22, 23 müssen auch nicht unbedingt lotrecht angeordnet sein, sondern können auch in bezug auf die Horizontale geneigt sein. In Draufsicht auf den Flugkörper können die Steuerklappen jede beliebige Form, z. B. dreieckförmig, trapezförmig oder dergleichen, aufweisen.
Der in F ί g. 10 und 11 dargestellte Flugkörper umfaßt eine rotationssymmetrische Ringscheibe 41 mit Tragflügelprofil, wobei die Form des Profils die Horizontal- und Vertikalflugeigenschaft sowie den Auftrieb und die Gleitflugeigenschaft im wesentlichen bestimmt, und ein Antriebsaggregat 42, das in der Drehachse montiert ist, und welches — wie vorstehend näher beschrieben — die Ringscheibe 41 durch das Gegendrehmoment in Drehung versetzt und somit durch den Kreiseleffekt stabilisiert, und gleichzeitig die Luft von der Oberseite der Ringscheibe 41 abgesaugt und nach unten führt.
Die Drehrichtung des Antriebsaggregates 42 (Propellers, Turbine, sonstige Antriebe, etc.) ist in F i g. 11 mit Pfeil 43 und die gegensinnige Drehrichtung der Ringscheibe 41 ist in dieser Figur mit Pfeil 44 bezeichnet.
Unterhalb von Ringscheibe 41 und Antriebsaggregat 42 ist eine nicht näher dargestellte Kabine angeordnet, die mit einem Fahrwerk versehen ist Diese, beim Flug im Raum stillstehende Einheit ist — wie vorstehend beschrieben auf einer Drehachse zum Antriebsaggregat und zur Ringscheibe kugelgelagert und nur über den geringen Lagerwiderstand bestrebt, mit der Ringschcibe 41 mitzudrehen.
Die Ringscheibe 41 ist mit einer Mehrzahl von Leiischaufeln 50,51 versehen, u. z. sind die Leitschaufeln 50 an der Oberseite, und die Leitschaufeln 51 an der Unterseite der Ringscheibe 41, jeweils im Bereich des äußeren Randes desselben, angeordnet Die Leitschaufeln 50,51 sind gekrümmt ausgebildet, wobei in Draufsicht auf die Ringscheibe 41 die Leitschaufeln 50 in umgekehrter Richtung gekrümmt wie die Leitschaufeln 51 sind. Die gegenseitige Lage der Leitschaufeln ist so gewählt, daß die an der Unterseite der Ringscheibe 41 vorgesehenen Leitschaufeln 51 im Bereich der an der Oberseite der Ringscheibe 41 angeordneten Leitschaufeln 50 vorgesehen sind.
Die Leitschaufeln 50, 51 weisen jeweils gleiche Bauhöhe auf und sind mit der Ringscheibe 41 einstückig ausgebildet
Durch die Leitschaufeln wird beim Flug der Unterdruck auf der Oberseite der Ringscheibe und der Über-
druck an der Unterseite derselben jeweils erhöht, so daß der Auftrieb verbessert wird.
Die dargestellten Flugkörper in unterschiedlicher Größe bis zu 2 m Durchmesser und verschiedenen Aniriebsaggrcgaten sind in der Lage, im Raum jede gewünschte Flugrichtung einzunehmen und je nach Ausführung, derzeit bis zum dreifachen Eigengewicht auch Ballast aufzunehmen. Bei entsprechender Größe der Ringscheibe 1,11,41 in Abstimmung mit dem Antriebsaggregat 2, 12,42 wird ein Personen- und Lastentransport möglich.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
IS
20
25
30
50
55
60
65

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Flugkörper mit Steuerteil und Nutzlastraum und einer gegenüber diesen drehbar gelagerten, aerodynamisch gestalteten, rotationssymmetrischen Ringscheibe mit zentraler kreisförmiger Öffnung mit vertikal ausgerichteter Symmetrieachse und mit einem hierzu koaxial angeordneten, angetriebenen Rotor zum Erzeugen einer Luftströmung durch diese Öffnung, wobei Ringscheibe und Rotor unabhängig voneinander drehbar gelagert und die Ringscheibe durch das vom Rotor erzeugte Gegendrehmoment in einer zur Eigen-Drehrichtung des Rotors gegensinnigen Drehrichtung umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (1, 11, 41) halbseitig einen elliptischen Querschnitt mit einem radial äußeren Rand großer Krümmung und einen radial inneren Rand kleinerer Krümmung aufweist und der Querschnitt gegenüber der Symmetrieachse der Ringscheibe (1,11,41) geneigt ist, derart daß der Scheitelpunkt des radial äußeren Randes oberhalb des Scheitelpunktes des radial inneren Randes der Ringscheibe und die Rotorebene zwischen diesen Scheitelpunkten liegen.
2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (41) mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln o. dgl. (50,51) versehen ist.
3. Flugkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln o. dgl. (50,51) an der Ober- und bzw. oder Unterseite der Ringscheibe (41), vorzugsweise im Bereich des äußeren Randes derselben, angeordnet sind.
4. Flugkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln o. dgl. (50,51) in Draufsicht auf die Ringscheibe (41) gesehen gekrümmt ausgebildet sind.
5. Flugkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberseite der Ringscheibe (41) angeordneten Leitschaufeln o. dgl. (50) in umgekehrter Richtung wie die auf der Unterseite der Ringscheibe (41) angeordneten Leitschaufeln o. dgl. (51) gekrümmt sind.
6. Flugkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Unterseite der Ringscheibe (41) angeordneten Leitschaufeln o. dgl. (51) im Bereich unterhalb der an der Oberseite der Ringscheibe (41) angeordneten Leitschaufeln o. dgl. (50) angeordnet sind.
7. Flugkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Unterseite der Ringscheibe (41) angeordneten Leitschaufeln o. dgl. (51) gegenüber den auf der Oberseite der Ringscheibe (41) angeordneten Leitschaufeln o. dgl. (50) in radialer Richtung versetzt sind.
8. Flugkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln o. dgl. (50, 51) im wesentlichen gleiche Bauhöhe aufweisen.
9. Flugkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufel ο. dgl. (50, 51) mit der Ringscheibe (41) einstückig ausgebildet sind.
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