FR2681677A1 - Explosive charge with a coating having distributed mechanical properties - Google Patents

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Abstract

Explosive charge whose coating comprises zones (43, 44) having different mechanical characteristics. These zones are hardened or softened respectively in order to increase or reduce the resistance to elastic deformation of the corresponding part (45, 46) of the shaped projectile, or in order to reinforce its resistance to fracture. Application: Hollow, hemispherical or core generating charges.

Description

CHARGE EXPLOSIVE AVEC REVETEMENT
A PROPRIETES MECANIQUES REPARTIES
La présente invention concerne une charge explosive. Elle s'applique notamment aux charges génératrices de noyau, aux charges hémisphériques, aux charges creuses et aux charges à projection radiale de revêtement par exemple. Plus généralement, elle s'applique à tous les types de charges explosives dont l'une des fonctions est de projeter un revêtement constituant après déformation un projectile destiné à impacter ou à pénétrer.
EXPLOSIVE CHARGE WITH COATING
WITH DISTRIBUTED MECHANICAL PROPERTIES
The present invention relates to an explosive charge. It applies in particular to the charges generating the core, to the hemispherical charges, to the hollow charges and to the charges with radial projection of coating for example. More generally, it applies to all types of explosive charges, one of the functions of which is to project a coating constituting after deformation a projectile intended to impact or penetrate.

L'efficacité des projectiles formés par la projection des revêtements est principalement dépendante de leurs longueurs dans l'axe de pénétration, les facteurs secondaires étant notamment la vitesse, la densité et le diamètre du projectile. L'amélioration de cette efficacité peut donc être réalisée d'une part, en augmentant la longueur de ces projectiles et d'autre part en leur assurant une meilleure stabilité en vol. The effectiveness of the projectiles formed by the projection of the coatings is mainly dependent on their lengths in the axis of penetration, the secondary factors being notably the speed, the density and the diameter of the projectile. The improvement of this efficiency can therefore be achieved on the one hand, by increasing the length of these projectiles and on the other hand by ensuring better stability in flight.

En effet, une mauvaise stabilité en vol induit en général un angle d'impact défavorable au niveau de la cible tel qu'il diminue l'efficacité des projectiles.In fact, poor stability in flight generally induces an unfavorable impact angle at the level of the target such that it reduces the effectiveness of the projectiles.

Les revêtements classiques ne permettent pas d'augmenter la longueur des projectiles à cause du phénomène de rupture. Par exemple, dans le cas des charges génératrices de noyau, le projectile possède des zones très sollicitées, par exemple un point de striction, et toute tentative pour allonger le projectile, en jouant notamment sur les gradients de vitesse ou les répartitions de matière entraîne une rupture au niveau de ces zones, or, une telle rupture diminue considérablement l'efficacité de ce type de projectile, en particulier les parties ainsi séparées ne suivent en général pas des trajectoires identiques et n'arrivent donc pas au même point d'impact de la cible ; par ailleurs leurs dimensions étant réduites, leurs profondeurs de pénétration deviennent très faibles.Un autre inconvénient de ces revêtements est qu'ils ne permettent pas toujours d'assurer une bonne stabilité en vol du projectile du fait de la géométrie de la section arrière du projectile, mal maîtrisée et créée de façon relativement aléatoire. Conventional coatings do not make it possible to increase the length of the projectiles because of the phenomenon of rupture. For example, in the case of core-generating charges, the projectile has very stressed areas, for example a point of necking, and any attempt to lengthen the projectile, notably by acting on the speed gradients or the material distributions results in a rupture at these zones, however, such a rupture considerably reduces the effectiveness of this type of projectile, in particular the parts thus separated generally do not follow identical trajectories and therefore do not arrive at the same point of impact of target ; moreover their dimensions being reduced, their penetration depths become very small. Another disadvantage of these coatings is that they do not always make it possible to ensure good stability in flight of the projectile due to the geometry of the rear section of the projectile , poorly mastered and created relatively randomly.

Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.

A cet effet, I'invention a pour effet une charge explosive constituée au moins d'une enveloppe de confinement , d'un chargement explosif, d'un dispositif de mise à feu et d'un revêtement , caractérisée en ce que le revêtement comprend des zones de caractéristiques mécaniques différentes.To this end, the invention has the effect of an explosive charge consisting at least of a containment envelope, an explosive charge, a firing device and a coating, characterized in that the coating comprises zones with different mechanical characteristics.

L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet d'augmenter l'allongement de certaines zones du projectile dont le niveau de déformation plastique était éloigné du niveau de rupture dans le cas d'un revêtement classique, de diminuer l'allongement ou de renforcer la résistance à la rupture des zones très sollicitées qui sont les plus exposées à la rupture afin de reporter et d'augmenter l'allongement dans des zones voisines offrant moins de risques de rupture ou afin de permettre d'augmenter les sollicitations mécaniques initiales auxquelles le projectile est soumis pour augmenter sa vitesse ou son allongement final. The main advantages of the invention are that it makes it possible to increase the elongation of certain zones of the projectile whose level of plastic deformation was far from the level of rupture in the case of a conventional coating, to reduce the elongation or reinforce the breaking strength of the highly stressed areas which are the most exposed to breakage in order to postpone and increase the elongation in neighboring areas offering less risk of breakage or in order to increase the initial mechanical stresses to which the projectile is subjected to increase its speed or its final elongation.

Enfin l'invention permet de diminuer ou d'augmenter sélectivement la déformation de zones du projectile pour régulariser et guider sa mise en forme, afin de mieux contrôler sa stabilité en vol. Cette stabilisation de trajectoire pourra notamment être réalisée en conformant des ailettes, ou en conformant des parties du projectile permettant de lui communiquer une vitesse de rotation contrôlée.Finally, the invention makes it possible to selectively reduce or increase the deformation of areas of the projectile in order to regularize and guide its shaping, in order to better control its stability in flight. This trajectory stabilization can in particular be achieved by shaping fins, or by shaping parts of the projectile allowing it to communicate a controlled speed of rotation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent
- la figure 1, le schéma de principe d'une charge à noyau
- les figures 2a, 2b, 3a et 3b, des vues de faces et des vues en coupe d'exemples de revêtements selon l'invention ;
- les figures 4a, 4b et 4c, des formes de projectiles obtenus grâce à des revêtements réalisés selon l'invention, et dont les générations sont simulées à l'aide d'un code de calcul hydrodynamique utilisant la méthode des éléments finis en formulation lagrangienne et procédant de façon explicite.
Other characteristics and advantages of the invention will become apparent with the aid of the description which follows, given with reference to the appended drawings which represent
- Figure 1, the block diagram of a core charge
- Figures 2a, 2b, 3a and 3b, front views and sectional views of examples of coatings according to the invention;
- Figures 4a, 4b and 4c, projectile shapes obtained with coatings made according to the invention, and whose generations are simulated using a hydrodynamic code using the finite element method in Lagrangian formulation and proceeding explicitly.

La description de l'invention est illustrée par son application à une charge génératrice de noyau dont le schéma de principe est présenté par la figure 1. Cette charge est constituée d'un dispositif de mise à feu 1, d'un chargement explosif 2, éventuellement d'un conformateur d'onde 3, d'une enveloppe de confinement 4 dont une partie est vue en coupe, et enfin d'un revêtement 5. Le projectile 6 appelé encore noyau, formé par le revêtement 5, est représenté autour de l'axe 7 de symétrie de révolution de la charge génératrice de noyau. II apparaît généralement sur ce projectile 6 une zone de striction 8 susceptible de provoquer une rupture à ce niveau en cas d'allongement de cette zone. En revanche, la zone 9, moins sollicitée, offre moins de risques de rupture.En jouant sur les caractéristiques mécaniques du revêtement 5, il est possible d'allonger la zone 9 du projectile 6 sans risque de rupture. Néanmoins, si ce revêtement est homogène, la zone 8 du projectile 6 sera aussi allongée dans les mêmes proportions et inéluctablement une rupture s'ensuivra. A ce risque de rupture de la zone 8, s'ajoute une géométrie irrégulière ou des petits arrachements de matière irréguliers de l'arrière 10 du projectile 6. Ces irrégularités peuvent provoquer une instabilité en vol du projectile. Les exemples de revêtements selon l'invention proposés par les figures 2a, 2b, 3a et 3b répondent aux problèmes précédemment évoqués.La charge génératrice de noyau décrite au moyen de la figure 1 est simple; néanmoins, I'invention peut s'appliquer à des charges plus complexes, notamment à des charges génératrices de noyau équipées de plusieurs revêtements ou ne présentant pas de symétrie de révolution. The description of the invention is illustrated by its application to a charge generating a nucleus, the schematic diagram of which is presented in FIG. 1. This charge consists of a firing device 1, an explosive charge 2, optionally a wave shaper 3, a confinement envelope 4, part of which is seen in section, and finally a coating 5. The projectile 6 also called core, formed by the coating 5, is shown around axis 7 of symmetry of revolution of the nucleus-generating charge. It generally appears on this projectile 6 a necking zone 8 capable of causing a rupture at this level in the event of elongation of this zone. On the other hand, the zone 9, which is less stressed, offers less risk of rupture. By playing on the mechanical characteristics of the coating 5, it is possible to extend the zone 9 of the projectile 6 without risk of rupture. However, if this coating is homogeneous, the zone 8 of the projectile 6 will also be elongated in the same proportions and inevitably a rupture will ensue. In addition to this risk of rupture of the zone 8, there is an irregular geometry or small irregular tearing of material from the rear 10 of the projectile 6. These irregularities can cause instability in flight of the projectile. The examples of coatings according to the invention proposed by FIGS. 2a, 2b, 3a and 3b respond to the problems mentioned above. The charge generating the core described by means of FIG. 1 is simple; nevertheless, the invention can be applied to more complex loads, in particular to core-generating loads equipped with several coatings or having no symmetry of revolution.

La figure 2a présente une vue de face d'un exemple de revêtement 21, 22, selon l'invention. Figure 2a shows a front view of an example of coating 21, 22, according to the invention.

Pour augmenter l'efficacité en pénétration du projectile formé 6, il est possible, selon l'invention, de modifier localement les propriétés mécaniques du revêtement. Par exemple la zone centrale 22 du revêtement peut être durcie ou adoucie par rapport au revêtement de référence de la bande axisymétrique 21 ou éventuellement, ce peut être le contraire, la zone 21 étant adoucie ou durcie. Le durcissement du revêtement d'une zone augmente la résistance à la déformation plastique de la partie correspondante du projectile formé, donc diminue l'allongement de cette zone, alors que l'adoucissement du revêtement d'une zone diminue la résistance à la déformation plastique de la partie correspondante du projectile formé, donc permet un allongement plus important de cette dernière.De plus, ces modifications des caractéristiques mécaniques peuvent s'accompagner d'une augmentation de la résistance à la rupture, et donc autoriser des allongements plus importants. Ces adoucissements, durcissements et modifications des résistances à la rupture peuvent être appliqués conjointement dans des différentes zones d'un même revêtement, afin d'augmenter la longueur globale du projectile. To increase the penetration efficiency of the formed projectile 6, it is possible, according to the invention, to locally modify the mechanical properties of the coating. For example, the central zone 22 of the coating can be hardened or softened with respect to the reference coating of the axisymmetric strip 21 or possibly, it can be the opposite, the zone 21 being softened or hardened. The hardening of the coating of an area increases the resistance to plastic deformation of the corresponding part of the projectile formed, therefore decreases the elongation of this area, while the softening of the coating of an area decreases the resistance to plastic deformation of the corresponding part of the projectile formed, therefore allows a greater elongation of the latter.Moreover, these modifications of the mechanical characteristics can be accompanied by an increase in the resistance to rupture, and therefore allow greater elongations. These softenings, hardenings and modifications of the breaking strengths can be applied jointly in different zones of the same coating, in order to increase the overall length of the projectile.

Ainsi, dans le cas du projectile 6 de la figure 1, la zone de revêtement correspondant à la partie 8 du projectile peut être par exemple durcie pour augmenter sa résistance à la déformation ou à la rupture, alors que la zone de revêtement correspondant à la partie 9 du projectile peut être par exemple adoucie afin d'augmenter la déformation locale de cette partie dans le sens de l'allongement. Cette solution réalisée selon l'invention permet d'augmenter l'allongement global du projectile sans provoquer sa rupture. Thus, in the case of the projectile 6 of FIG. 1, the coating zone corresponding to the part 8 of the projectile can for example be hardened to increase its resistance to deformation or to rupture, while the coating zone corresponding to the part 9 of the projectile can for example be softened in order to increase the local deformation of this part in the direction of elongation. This solution produced according to the invention makes it possible to increase the overall elongation of the projectile without causing it to break.

Pour mettre en oeuvre ces modifications locales, de nombreux moyens industriels connus de l'homme de l'art peuvent être appliqués, notamment des moyens mécaniques ou thermomécaniques tels que des compressions, des matriçages, des grenaillages ou des chocs par impacts ou par explosifs par exemple, des moyens de chauffage ou de refroidissement thermique, des moyens électromagnétiques tels que des lasers par exemple ou des moyens de bombardement particulaire, à électrons ou à neutrons par exemple. Les parties 23 et 24 de la figure 2a correspondent respectivement aux vues en coupe des zones de revêtement 21 et 22. To implement these local modifications, numerous industrial means known to those skilled in the art can be applied, in particular mechanical or thermomechanical means such as compressions, stampings, shot blasting or impact or explosive shocks by example, means of heating or thermal cooling, electromagnetic means such as lasers for example or means of particle bombardment, with electrons or with neutrons for example. The parts 23 and 24 of FIG. 2a correspond respectively to the sectional views of the coating zones 21 and 22.

La figure 2b illustre un autre exemple de revêtement possible selon l'invention. Dans ce cas les deux zones axisymétriques 25 et 27 peuvent avoir un revêtement adouci ou durci par rapport à la zone 26 ayant un revêtement de référence. Les parties 28, 29 et 30 représentent respectivement les vues en coupe des zones 25, 26 et 27. FIG. 2b illustrates another example of a possible coating according to the invention. In this case the two axisymmetric zones 25 and 27 may have a softened or hardened coating with respect to the zone 26 having a reference coating. Parts 28, 29 and 30 respectively represent the sectional views of zones 25, 26 and 27.

La figure 3a illustre un exemple de revêtement selon l'invention où les zones à caractéristiques mécaniques différentes ne sont plus partagées selon des bandes axisymétriques mais dans l'épaisseur du revêtement 31 comme le montre la vue en coupe avec les deux zones de revêtement 32 et 33. FIG. 3a illustrates an example of coating according to the invention where the zones with different mechanical characteristics are no longer shared in axisymmetric bands but in the thickness of the coating 31 as shown in the sectional view with the two coating zones 32 and 33.

Par exemple, la zone 33 correspondant à la partie centrale du projectile formé peut être adoucie dans le but d'allonger la longueur de ce projectile alors que la partie 32 correspondant à la partie périphérique du projectile peut être durcie dans le but d'augmenter la résistance à la rupture. For example, the zone 33 corresponding to the central part of the projectile formed can be softened in order to lengthen the length of this projectile while the part 32 corresponding to the peripheral part of the projectile can be hardened in order to increase the Tear resistant.

La figure 3b présente un exemple de revêtement 34 selon l'invention dont le but n'est plus d'allonger le projectile mais de lui conformer des ailettes régulières et profondes à son arrière afin de communiquer une stabilisation aérodynamique de sa trajectoire. Pour cela plusieurs bandes radiales 35 sont disposées symétriquement et ont un revêtement adouci ou durci par rapport au revêtement de référence 34. FIG. 3b presents an example of coating 34 according to the invention, the aim of which is no longer to lengthen the projectile but to conform regular and deep fins to its rear in order to communicate an aerodynamic stabilization of its trajectory. For this, several radial bands 35 are arranged symmetrically and have a softened or hardened coating with respect to the reference coating 34.

Les bandes 35 peuvent être déterminées de manière à ce que les ailettes du projectile puissent être conformées pour provoquer la rotation contrôlée du projectile autour de sa trajectoire, ce qui augmente sa stabilisation. Les parties 36 et 37 de la figure 3b représentent une vue en coupe respectivement des zones 34 et 35.The bands 35 can be determined so that the fins of the projectile can be shaped to cause the controlled rotation of the projectile around its trajectory, which increases its stabilization. The parts 36 and 37 of FIG. 3b represent a sectional view of the zones 34 and 35 respectively.

Toutes les zones de revêtement présentées par les figures 2a, 2b, 3a et 3b peuvent être prédéterminées selon la forme et la longueur souhaitées du projectile dans les limites de rupture admissibles. Par ailleurs, de nombreuses autres combinaisons sont réalisables ; en particulier il est possible de combiner des zones de revêtement à caractéristiques mécaniques différentes de manière à augmenter à la fois la longueur du projectile et sa stabilité en vol. All the coating zones presented in FIGS. 2a, 2b, 3a and 3b can be predetermined according to the desired shape and length of the projectile within the admissible rupture limits. In addition, many other combinations are possible; in particular it is possible to combine coating zones with different mechanical characteristics so as to increase both the length of the projectile and its stability in flight.

Les différentes zones du revêtement peuvent être prédéterminées par exemple en repérant expérimentalement ou par simulation leurs positions dans le projectile formé. The different areas of the coating can be predetermined, for example by identifying experimentally or by simulation their positions in the formed projectile.

Les figures 4a, 4b et 4c présentent des profils de projectiles obtenus à partir de divers revêtements réalisés selon l'invention. Ces profils sont obtenus par simulation numérique du fonctionnement complet des charges explosives. Figures 4a, 4b and 4c show profiles of projectiles obtained from various coatings produced according to the invention. These profiles are obtained by numerical simulation of the complete operation of the explosive charges.

La figure 4a présente un revêtement homogène et de référence 41 vu en coupe, ayant un axe de symétrie Al et permettant la formation du projectile 42, suivant la trajectoire Al. Cet axe, à la fois trajectoire est le même pour les figures 4b et 4c. FIG. 4a presents a homogeneous coating and of reference 41 seen in section, having an axis of symmetry A1 and allowing the formation of the projectile 42, along the trajectory Al. This axis, both trajectory is the same for FIGS. 4b and 4c .

La figure 4b présente un revêtement 43, 44 vu en coupe dont la zone 43 a le revêtement de référence 41 et la zone 44 un revêtement adouci par rapport à ce dernier. La partie 45 du projectile formé correspond à la zone de revêtement 43 et la partie 46 à la zone de revêtement 44. Cette partie 46 a pu s'allonger sans risque de rupture alors que la partie 45 susceptible de rompre correspond à la zone 43 non adoucie. En cas de nécessité, cette zone aurait au contraire pu être modifiée afin d'augmenter la résistance à la rupture de la partie 45, même au profit d'une limitation de son allongement par durcissement. FIG. 4b presents a coating 43, 44 seen in section, the zone 43 of which has the reference coating 41 and the zone 44 a coating softened with respect to the latter. Part 45 of the formed projectile corresponds to the coating zone 43 and part 46 to the coating zone 44. This part 46 was able to elongate without risk of rupture while the part 45 liable to rupture corresponds to zone 43 not softened. On the contrary, if necessary, this zone could have been modified in order to increase the breaking strength of the part 45, even in favor of limiting its elongation by hardening.

La figure 4c présente un cas où le revêtement est formé d'une zone adoucie 48 par rapport au revêtement de référence 41 et d'une zone 47 ayant le revêtement de référence 41. La vue en coupe montre que la répartition des caractéristiques mécaniques des revêtements est effectuée ici selon l'épaisseur. La partie 49 du projectile formé correspond à la zone 47 du revêtement; elle assure la non-rupture tandis que la partie 50 du projectile correspondant à la zone 48 du revêtement peut s'allonger. Les simulations réalisées montrent que dans le cas des figures 4b et 4c, pour un adoucissement correspondant à une diminution de 10% de la limite élastique dynamique par rapport à celle du revêtement de référence 41, les longueurs des projectiles s'allongent d'environ 10% par rapport au projectile 42. Il est évidemment possible d'augmenter les taux d'adoucissement et de durcissement pour obtenir des allongements supérieurs. FIG. 4c presents a case where the coating is formed by a softened zone 48 relative to the reference coating 41 and by a zone 47 having the reference coating 41. The sectional view shows that the distribution of the mechanical characteristics of the coatings is performed here depending on the thickness. Part 49 of the projectile formed corresponds to zone 47 of the coating; it ensures non-rupture while the part 50 of the projectile corresponding to the area 48 of the coating can lengthen. The simulations carried out show that in the case of FIGS. 4b and 4c, for a softening corresponding to a reduction of 10% in the dynamic elastic limit compared to that of the reference coating 41, the lengths of the projectiles lengthen by approximately 10 % relative to the projectile 42. It is obviously possible to increase the softening and hardening rates to obtain higher elongations.

L'invention peut être appliquée à tous les types de matériaux, notamment les métaux, les céramiques, les matériaux composites ou les plastiques, potentiellement utilisables pour réaliser les revêtements des charges formées. Par ailleurs, les modifications locales des caractéristiques mécaniques peuvent être effectuées pour toutes les formes de revêtement. Les modifications de ces caractéristiques peuvent être liées par exemple à des changements de texture, de granulométrie, de structure chimique ou cristalline ou à des instaurations de précontraintes et de prédéformations, du type écrouissage local.  The invention can be applied to all types of materials, in particular metals, ceramics, composite materials or plastics, which can potentially be used to coat the charges formed. In addition, local modifications to the mechanical characteristics can be made for all forms of coating. The modifications of these characteristics can be linked for example to changes in texture, particle size, chemical or crystalline structure or to the introduction of prestresses and pre-strains, of the local strain hardening type.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Charge explosive avec revêtement à propriétés mécaniques réparties constituée au moins d'une enveloppe de confinement (4), d'un chargement explosif (2), d'un dispositif de mise à feu (1) et d'un revêtement (5) , caractérisée en ce que le revêtement (5) comprend des zones (21, 22) des caractéristiques mécaniques différentes. 1. Explosive charge with coating with distributed mechanical properties consisting of at least a containment envelope (4), an explosive charge (2), a firing device (1) and a coating (5 ), characterized in that the covering (5) comprises zones (21, 22) with different mechanical characteristics. 2. Charge explosive selon la revendication 1, caractérisée en ce que des zones (43, 47) du revêtement (5) sont durcies pour augmenter la résistance à la déformation plastique de la partie correspondante (45, 49) du projectile formé. 2. Explosive charge according to claim 1, characterized in that zones (43, 47) of the coating (5) are hardened to increase the resistance to plastic deformation of the corresponding part (45, 49) of the projectile formed. 3. Charge explosive selon la revendication 1, caractérisée en ce que des zones (44, 48) du revêtement (5) sont adoucies pour diminuer la résistance à la déformation plastique de la partie correspondante (46, 50) du projectile formé. 3. Explosive charge according to claim 1, characterized in that zones (44, 48) of the coating (5) are softened to reduce the resistance to plastic deformation of the corresponding part (46, 50) of the projectile formed. 4. Charge explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement (5) comprend des zones (21, 22, 25, 26, 27) de caractéristiques mécaniques différentes réparties suivant des bandes axisymétriques. 4. Explosive charge according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating (5) comprises zones (21, 22, 25, 26, 27) of different mechanical characteristics distributed along axisymmetric bands. 5. Charge explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement (5) comprend des zones (32, 33) de caractéristiques mécaniques différentes réparties suivant son épaisseur. 5. Explosive charge according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating (5) comprises zones (32, 33) of different mechanical characteristics distributed according to its thickness. 6. Charge explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement (5) comprend des zones (34, 35) de caractéristiques mécaniques différentes réparties suivant des bandes radiales. 6. Explosive charge according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating (5) comprises zones (34, 35) of different mechanical characteristics distributed along radial bands. 7. Charge explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les zones de caractéristiques mécaniques différentes (21, 22) sont composées des mêmes matériaux.  7. Explosive charge according to any one of the preceding claims, characterized in that the zones of different mechanical characteristics (21, 22) are composed of the same materials.
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