DE3640780A1 - Ideales fluegelprofil fuer die fluegel der stroemungstechnischen anlagen - Google Patents
Ideales fluegelprofil fuer die fluegel der stroemungstechnischen anlagenInfo
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Description
Ideales Flügelprofil für die Flügel der strömungstechnischen
Anlagen, wie Flugzeuge, Luft- und Wasserpropeller,
Kraftanlagen, Pumpen, Kompressoren, Ventilatoren, usw.
Nach dem heutigen Stand der Technik nimmt man an, daß am
Flügel der Flugzeuge sogenannte "Bernoulli-Kräfte" auftreten,
und zwar in Zusammenhang mit dem bekannten physischen
Gesetz Bernoullis, was aussagt, daß der Druck
bei der Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit sich
vergrößert und umgekehrt (strömungstechnischer Ausdruck
des Gesetzes von der Erhaltung der Energie).
Es wurde dazu behauptet, daß wegen der langsamen Umströmunng
des unteren Profilteils der Flugzeuge da Druckkräfte
und wegen der schnellen Umströmung des oberen Profilteils
da Sogkräfte auftreten werden und das Fliegen wird
durch die Resultierende von diesen Kräften bestimmt (Abb.
1.). Die bisher existierenden Flügelprofile waren aufgrund
dieser Vermutung gestaltet. Dabei wollte man den
Strömungswiderstand möglichst kleinhalten, weil sich
die Flügel schnell bewegen und die Kraft des Strömungswiderstandes
ist dem Quadrat von der Strömungsgeschwindigkeit
proportional.
Die Kraft des Strömungswiderstandes in N:
F = C W · A · p · v² (F. 25.)
wo
C W -Strömungswiderstandsbeiwert;
A -Durchschnittsfläche des Körpers in m², senkrecht
zur Strömung;
ρ -Dichte des Mediens in kg/m³;
v -Strömungsgeschwindikgeit in m/s.
Also, bei gleichen Werten "A", "ρ" und "v" gibt den
Ausschlag nur das Maß von "C W ".
Werte von "C W " bei unterschiedlichen Konfigurationen des
Körpers nach dem heutigen Stand der Technik (Seite 347
vom Taschenbuch in ungarischer Sprache: Dr. Bela Szalay -
"Fizika", Technischer Herausgeber Budapest, Ausgabe 1979):
Demzufolge nimmt also der heutige Stand der Technik an,
daß (nicht nur das Flügelprofil, sondern auch) der stromlinienförmige
Körper keine spitze Eintrittskante hat,
weil die aus einer Halbkugel besteht und der Körper hat
dabei eine Verlängerung, wobei die Proportionen dessen
unbekannt sind.
Diese Überlegungen erstrecken sich auf die gesamte Strömungstechnik.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe von der Widerlegung
des heutigen Standes der Technik, d. h. die Erfindung behauptet
zunächst, das am Flügel der Flugzeuge keine "Bernoulli-
Kräfte" auftreten und das Flügelprofil soll spitze
Eintrittskante und Austrittskante (jedoch mit Rücksicht
auf die praktischen Herstellungsmöglichkeiten) besitzen,
wobei der Strömungsweg von der Eintrittskante bis zur
Austrittskante an beiden Seiten des Profils gleich sein
soll und wegen der Kleinhaltung der Strömungswiderstandes
sind die Profilseiten mit Hilfe von größtmöglichsten
Radien (bzw. Kurven und Kurvenkombinationen, wobei die
Gerade einer Kurve von unendlich großem Radius gleicht)
zu gestalten.
Somit löst die Erfindung die Aufgabe der Konstruktion von
den strömungstechnisch "idealen Flügelprofilen", sowie
sie gleichzeitig die richtigen Hinweise für den Bau
des "idealen stromlinienförmigen Körpers" gibt (ein Zusatzpatent
wird dazu gestellt).
Übrigens, die Flugzeuge fliegen erfolgreich "mit Kopf
runter" und dieser Umstand hätte seit jeher die Unhaltbarkeit
der "Bernoulli-Theorie des Fliegens" bedeuten müssen.
Die Erfindung behauptet also, daß am Flügel der Flugzeuge
ausschließlich nur die Newtonschen Kräfte wirken, wobei
die Reaktionskraft des Auftriebes in N für eine Platte,
die unter einem Einstellwinkel "ϕ°" zur Strömungsrichtung
gestellt ist (Abb. 8.):
R = F · tg ϕ°; (F. 82)
wo: F - Kraft nach (F. 25) mit C W = 1,0;
Dieselbe Behauptung gilt auch für jeden Strömungskörper,
der bei entsprechenden Einstellung zur Strömung einen
Einstellwinkel in sich aufweist.
Für die strömungstechnische Beweisführung der obigen Behauptungen
sowie die Widerlegung von der "Bernoulli-Theorie
des Fliegens" muß man einen durch gleiche Radien
gestalteten Körperschnitt betrachten, der sich in einem
geschlossenen Strömungsraum befindet, wobei die Strömungsquerschnitte
am Körper um dessen jeden Profilpunkt gleich
sind (Abb 2.).
Bis zur Ebene "E-E" ist alles symmetrisch gestaltet, deswegen
könnte man auf den ersten Blick erwarten, daß der
Trennungspunkt der zweier Zweigströme um den Körper sich
im Punkt "A" befindet, jedoch wegen der gleichen Strömungsquerschnitte
um den Körper wird die Strömungsgeschwindigkeit
laut des bereits erwähnten physischen Gesetzes
Bernoullis in jedem Profilpunkt gleich bleiben und
dementsprechend soll sich der praktische Trennungspunkt
der zweier Zweigströme in den Punkt "P" verschieben lassen,
weil zu gleichen Strömungsgeschwindigkeiten gleiche
Strömungswege gehören.
Die Bestimmung der Position vom Punkt "P" geschieht durch
die Gleichung:
Dabei AB = AD wegen der symmetrischen Gestaltung, also AP
wird gleichen der Hälfte vom Unterschied zwischen BC und
DC:
Die Geraden PC und DC bestimmen dabei den Einstellwinkel
"ϕ°" des Körpers für die Berechnung des Auftriebes laut
(F. 82).
Man muß dabei bemerken, daß es im Bereich von QAP Turbulenzen
gibt, die energieaufzehrend wirken.
Mit Hilfe der obigen Überlegungen ist die Widerlegung
der veralteten und falschen "Bernoulli-Theorie des
Fliegens" (sowie der damit verwandten "Zirkulationstheorie
des Fliegens) perfekt.
Die im Mittelpunkt der Erfindung stehende, eben neugeschriebene
strömungstechnische Theorie hat ihre Gültigkeit
nicht nur in der Fliegerei, sondern auch in anderen
Bereichen der Strömungstechnik, wie bei der Gestaltung
von Flügeln für die Luft- und Wasserpropeller, Wind- und
Wasserkraftanlagen, Dampf- und Gasturbinen, Pumpen, Kompressoren,
Ventilatoren usw.
Der notwendige Auftrieb für ein Flugzeug ergibt sich also
als Unterschied zwischen dem Gewicht des Flugzeuges
und der Kraft vom Strömungswiderstand beim freien Fall
nach (F. 25) und daher sei die Grundgleichung des Fliegens:
(P schub/v -W) · tg ϕ° F = G-C wh · A h · ρ · v² h ; (F. 133)
wo
P schub/v - die kleinste Schubkraft der Triebwerke bei der Reisegeschwindigkeit in ruhender Luft in N; W- Kraft des Strömungswiderstandes vom Flugzeug bei der Reisegeschwindigkeit "v" in der Vertikalebene nach (F. 25); ϕ° F - der abgeleitete Einstellwinkel für die gesamte Maschine (Falls der Rumpf keinen Auftrieb erzeugt, dann er gleicht dem Einstellwinkel der Flügel); G- das Gesamtgewicht des Flugzeuges in N; C wh - Strömungswiderstandsbeiwert für die gesamte horizontale Fläche des Flugzeuges beim freien Fall; A h - die gesamte horizontale Querschnittsfläche des Flugzeuges in m²; v h - Fallgeschwindigkeit der gesamten horizontalen Querschnittsfläche des Flugzeuges vom Gewicht "G" in m/s;
P schub/v - die kleinste Schubkraft der Triebwerke bei der Reisegeschwindigkeit in ruhender Luft in N; W- Kraft des Strömungswiderstandes vom Flugzeug bei der Reisegeschwindigkeit "v" in der Vertikalebene nach (F. 25); ϕ° F - der abgeleitete Einstellwinkel für die gesamte Maschine (Falls der Rumpf keinen Auftrieb erzeugt, dann er gleicht dem Einstellwinkel der Flügel); G- das Gesamtgewicht des Flugzeuges in N; C wh - Strömungswiderstandsbeiwert für die gesamte horizontale Fläche des Flugzeuges beim freien Fall; A h - die gesamte horizontale Querschnittsfläche des Flugzeuges in m²; v h - Fallgeschwindigkeit der gesamten horizontalen Querschnittsfläche des Flugzeuges vom Gewicht "G" in m/s;
Bemerkung: die obigen Überlegungen haben ihre Gültigkeit
im Segelwesen auch, d. h. ein Segelboot fährt ausschließlich
nur wegen des Zusammenwirkens der am Segel auftretenden
Aktions- und Reaktionskräfte.
Mit Rücksicht auf die Obigen und besonders auf die Gleichung
(F. 107) soll der Bau eines Profils davon ausgehen,
daß:
- - der Strömungsweg des oberen Profilteils gleich mit dem vom Unteren sein soll;
- - die einzelnen Strömungswegteile strömungsgünstig gestaltet werden sollen, d. h. die müssen möglichst aus Kreisbogen von großem Radius bestehen, weil die kleineren Widerstand erzeugen;
- - die einzelnen Profilbogen so zur Strömungsrichtung gerichtet werden sollen, damit kein zusätzlicher Widerstand und keine energieverzehrende Turbulenz entstehen.
Mit Hilfe von diesen Richtlinien kann man eine traditionelle
Flügelprofilvariante wesentlich verbessern (Abb. 3.).
Aufgrund der Gleichung (F. 107) gilt für dieses Profil die
Gleichung:
r · β = R · α+ρ · γ; (F. 172)
wo:
r, R und ρsind die entsprechenden Radien;
α, β und γsind die entsprechenden Winkel.
Die Gleichung (F. 172) war aufgrund derjenigen Gleichung
aufgestellt, daß PBQC = PADEC (und OC = DEC).
Die Nachteile des gegebenen Profils:
- - der Profilteil PB liegt unter der Tangente "g-g" und dadurch wirkt er gegen den Auftrieb, wobei diese Erkennung gleichzeitig die Tatsache bedeutet, daß der eigentliche Eintrittspunkt im Punkt "B" sein sollte, wo die Tangente "g-g" vom Radius "r" senkrecht zur Vertikalebene "e-e" gerichtet sei;
- - der Profilteil PA liegt hinter der Tangente "f-f", deswegen wirkt die horizontale Komponente der Strömung in diesem Bereich gegen die Mediengeschwindigkeit, was eine energieverzehrende Turbulenz am Eintritt bedeutet. Dies heißt also: kein unterer Kurventeil des Profils darf im Trennungspunkt gegenwirkende Komponente erzeugen;
- - der Profilteil PAD kleines Radius "ρ" hat, was unerwünscht sei, da die kleinen Radien größeren Widerstand erzeugen. In manchen praktischen Fällen könnte jedoch dieser Nachteil laut des Patentanspruchs Nr. 5. unvermeidlich sein;
- - der Profilteil EC liegt hinter der Einstellgeraden PC mit dem Einstellwinkel "ϕ", was die Turbulenz hinter dem Punkt "C" zusätzlich vergrößert. Dieser Nachteil ist jedoch in manchen praktischen Fällen umstritten, weil ein vergrößerter Einstellwinkel dabei als Tangente zum Radius "R" im Austrittspunkt "C" entsteht, was den Auftrieb gleichzeitig vergrößert (Patentanspruch Nr. 3.).
- Die weiteren Ergebnisse der obigen Analyse für die Gestaltung des idealen Flügelprofils lauten:
- - das Profil soll spitze Eintritts- und Austrittskante haben (jedoch mit Rücksicht auf die praktischen Herstellungsmöglichkeiten), weil der obere und der untere Profilteil von größtmöglichsten Radien sich in spitzen Kanten treffen.
Es ist ja offensichtlich, daß die obigen neuen Erkenntnisse
unter Frage die bisherige Gestaltung des "stromlinienförmigen
Körpers" stellen. Daher wird es behauptet,
daß er ein symmetrischer Strömungskörper (Drehkörper)
ist, dessen Profil aus Kreisbogen von gleichen Radien
besteht (Abb. 4.). Die Radien sind jedoch durch die Profilstärke
und die Länge des Körpers bestimmt und die natürliche
Frage lautet: welche Länge gehört in idealem
Falle zu einer bestimmten Profilstärke?
Die Berechnung der optimalen Länge ergibt nämlich den
"idealen stromlinienförmigen Körper", der den kleinsten
"C W -Wert" aufweist. Die einschlägige Berechnung geschieht
aufgrund zweier Faktoren:
- - die Radien müssen möglichst groß sein wegen der dazu gehörenden kleinen Widerstände;
- - die Strömungsverluste müssen die kleinsten sein, was ihrerseits zum Optimieren der Größe von den Radien führt.
Diese Berechnungen sind von ökonomischer Bedeutung, weil
es in der Praxis viele Fälle gibt, wann man wegen Energieersparnisses
den Bau von solchen Körpern anstrebt, wie
im Schiffbau (U-boote und Schiffrumpfe), Flugzeugbau
(Rumpf) und überhaupt da, wo ähnliche strömungstechnischen
Aufgaben auftreten.
Der Patentanspruch 1. ergibt sich also aus der Kritik des
heutigen Standes der Technik und davon ausgehend entstehen:
- - der Patentanspruch 2. "Symmetrisches ideales Flügelprofil" (Abb. 4.);
- - der Patentanspruch 3. "Oberes ideales Flügelprofil" (Abb. 5.). Bemerkenswert ist dabei, daß dieses Profil sogar dann Auftrieb erzeugen kann, wenn die Gerade PC parallel zur Strömungsrichtung liegt, weil es im Austrittspunkt "C" einen Einstellwinkel von "ϕ α -ϕ" aufweist, der als Tangente zu unterem hinteren Profilbogen in diesem Punkt erscheint;
- - der Patentanspruch 4. "Unteres ideales Flügelprofil" (Abb. 6.). Damit hier der Auftrieb nicht vermindert wird, soll der "tg-Wert" der Tangente zu oberem hinteren Profilbogen im Austrittspunkt "C" entweder 0, oder einer negativen Zahl gleichen;
- - der Patentanspruch 5. "Verstärktes ideales Flügelprofil" (Abb. 7), weil man in manchen praktischen Fällen das Profil zu verstärken braucht;
- - der Patentanspruch 6. "Leichtes ideales Flügelprofil" Abb. 8.), weil man in manchen praktischen Fällen das Profil leichter zu gestalten braucht.
Die gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung erstreckt
sich auf die gesamte Strömungstechnik.
- Energieersparnis durch die strömungsgünstige ideale
Profilgestaltung;
- Geräuschverminderung bei der Umströmung des Profils;
- Ersparnis von Unkosten in der Herstellung von den strömungstechnischen Anlagen, weil die durch die Erfindung genau berechenbar sind;
- Vergrößerung der Flug- und Schwimmsicherheit.
- Geräuschverminderung bei der Umströmung des Profils;
- Ersparnis von Unkosten in der Herstellung von den strömungstechnischen Anlagen, weil die durch die Erfindung genau berechenbar sind;
- Vergrößerung der Flug- und Schwimmsicherheit.
Sie ist im Obigen deutlich dargestellt.
Claims (6)
1. Hauptanspruch
Oberbegriff: ideales Flügelprofil für die Flügel der strömungstechnischen Anlagen, wie Flugzeuge, Luft- und Wasserpropeller, Kraftanlagen, Pumpen, Kompressoren, Ventilatoren, usw.
Kennzeichnender Teil: dadurch gekennzeichnet, daß es spitze Eintritts- und Austrittskante hat (jedoch mit Rücksicht auf die praktischen Herstellungsmöglichkeiten), wobei der Strömungsweg von der Eintrittskante bis zur Austrittskante an beiden Seiten des Profils gleich ist und die Profilseiten sind mit Hilfe von größtmöglichsten Radien (bzw. Kurven und Kurvenkombinationen) gestaltet.
Oberbegriff: ideales Flügelprofil für die Flügel der strömungstechnischen Anlagen, wie Flugzeuge, Luft- und Wasserpropeller, Kraftanlagen, Pumpen, Kompressoren, Ventilatoren, usw.
Kennzeichnender Teil: dadurch gekennzeichnet, daß es spitze Eintritts- und Austrittskante hat (jedoch mit Rücksicht auf die praktischen Herstellungsmöglichkeiten), wobei der Strömungsweg von der Eintrittskante bis zur Austrittskante an beiden Seiten des Profils gleich ist und die Profilseiten sind mit Hilfe von größtmöglichsten Radien (bzw. Kurven und Kurvenkombinationen) gestaltet.
2. Nebenanspruch
Oberbegriff: Symmetrisches ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch die beiden Profilseiten bestehen aus Kreisbogen von gleichen Radien, deren Mittelpunkte an einer Gerade liegen, die als senkrechte Halbierende zum Abschnitt Eintrittspunkt- Austrittspunkt erscheint (Abb. 4.).
Bemerkung: Diese Gestalt ergibt den idealen stromlinienförmigen Körper im Schnitt, wenn man zu einer bestimmten Profilstärke "D" die Radien "R" nur so groß wählt, damit die Strömungsverluste um den Körper zum kleinsten Strömungswiderstandsbeiwert (C w ) führen.
Oberbegriff: Symmetrisches ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch die beiden Profilseiten bestehen aus Kreisbogen von gleichen Radien, deren Mittelpunkte an einer Gerade liegen, die als senkrechte Halbierende zum Abschnitt Eintrittspunkt- Austrittspunkt erscheint (Abb. 4.).
Bemerkung: Diese Gestalt ergibt den idealen stromlinienförmigen Körper im Schnitt, wenn man zu einer bestimmten Profilstärke "D" die Radien "R" nur so groß wählt, damit die Strömungsverluste um den Körper zum kleinsten Strömungswiderstandsbeiwert (C w ) führen.
3. Nebenanspruch
Oberbegriff: oberes ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch der obere Profilteil besteht aus einem Kreisbogen von Radius "R" und der untere Profilteil besteht aus zwei Kreisbogen von Radius "R/2", wobei die Mittelpunkte von diesen Radien an Parallelen von gleichem Abstand ab den Eintrittspunkt liegen, die senkrecht zur durch die Eintrittspunkt- Austrittspunkt verlaufenden Gerade gerichtet sind und der untere Profilteil beginnt im Eintrittspunkt "konkav" und er endet im Austrittspunkt "konvex", d. h., der untere Profilteil hat einen mathematischen Wendepunkt an der Halbierenden des Abschnittes "Eintrittspunkt-Austrittspunkt" (Abb. 5.).
Oberbegriff: oberes ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch der obere Profilteil besteht aus einem Kreisbogen von Radius "R" und der untere Profilteil besteht aus zwei Kreisbogen von Radius "R/2", wobei die Mittelpunkte von diesen Radien an Parallelen von gleichem Abstand ab den Eintrittspunkt liegen, die senkrecht zur durch die Eintrittspunkt- Austrittspunkt verlaufenden Gerade gerichtet sind und der untere Profilteil beginnt im Eintrittspunkt "konkav" und er endet im Austrittspunkt "konvex", d. h., der untere Profilteil hat einen mathematischen Wendepunkt an der Halbierenden des Abschnittes "Eintrittspunkt-Austrittspunkt" (Abb. 5.).
4. Nebenanspruch
Oberbegriff: Unteres ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch der untere Profilteil besteht aus einem Kreisbogen von Radius "R" und der obere Profilteil besteht aus zwei Kreisbogen von Radius "R/2", wobei die Mittelpunkte von diesen Radien an Parallelen von gleichem Abstand ab den Eintrittspunkt liegen, die senkrecht zur durch die Eintrittspunkt- Austrittspunkt verlaufenden Gerade gerichtet sind und der obere Profilteil beginnt im Eintrittspunkt "konvex" und er endet im Austrittspunkt "konkav", d. h. der obere Profilteil hat einen mathematischen Wendepunkt an der Halbierenden des Abschnittes "Eintrittspunkt-Austrittspunkt" (Abb. 6.).
Oberbegriff: Unteres ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch der untere Profilteil besteht aus einem Kreisbogen von Radius "R" und der obere Profilteil besteht aus zwei Kreisbogen von Radius "R/2", wobei die Mittelpunkte von diesen Radien an Parallelen von gleichem Abstand ab den Eintrittspunkt liegen, die senkrecht zur durch die Eintrittspunkt- Austrittspunkt verlaufenden Gerade gerichtet sind und der obere Profilteil beginnt im Eintrittspunkt "konvex" und er endet im Austrittspunkt "konkav", d. h. der obere Profilteil hat einen mathematischen Wendepunkt an der Halbierenden des Abschnittes "Eintrittspunkt-Austrittspunkt" (Abb. 6.).
5. Nebenanspruch
Oberbegriff: Verstärktes ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch es besitzt eine vergrößerte Profilstärke, die aufgrund der physischen Anforderungen notwendig sein kann (Abb. 7.).
Oberbegriff: Verstärktes ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch es besitzt eine vergrößerte Profilstärke, die aufgrund der physischen Anforderungen notwendig sein kann (Abb. 7.).
6. Nebenanspruch
Oberbegriff: Leichtes ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch es besitzt eine eventuell bis zur Gerade verkleinerte Profilstärke, die aufgrund der physischen Anforderungen und Möglichkeiten notwendig sein kann (Abb. 8.).
Oberbegriff: Leichtes ideales Flügelprofil nach 1.
Kennzeichnender Teil: gekennzeichnet nach 1., jedoch es besitzt eine eventuell bis zur Gerade verkleinerte Profilstärke, die aufgrund der physischen Anforderungen und Möglichkeiten notwendig sein kann (Abb. 8.).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863640780 DE3640780A1 (de) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Ideales fluegelprofil fuer die fluegel der stroemungstechnischen anlagen |
DE19873722839 DE3722839A1 (de) | 1986-11-28 | 1987-07-10 | Idealer stromlinienfoermiger koerper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863640780 DE3640780A1 (de) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Ideales fluegelprofil fuer die fluegel der stroemungstechnischen anlagen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3640780A1 true DE3640780A1 (de) | 1988-10-20 |
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ID=6315059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863640780 Ceased DE3640780A1 (de) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Ideales fluegelprofil fuer die fluegel der stroemungstechnischen anlagen |
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Country | Link |
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DE (1) | DE3640780A1 (de) |
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