FR3095369A1 - Procédé de fabrication d’une structure d’absorption acoustique utilisant au moins une plaque de conformation, structure d’absorption acoustique obtenue à partir dudit procédé et aéronef comprenant ladite structure d’absorption acoustique - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’une structure d’absorption acoustique utilisant au moins une plaque de conformation, structure d’absorption acoustique obtenue à partir dudit procédé et aéronef comprenant ladite structure d’absorption acoustique L'invention a pour objet un procédé de fabrication d’une structure d’absorption acoustique comprenant une couche acoustiquement résistive (60), une structure alvéolaire (62), une couche réflectrice ainsi qu’une pluralité d’éléments acoustiques (66) positionnés dans des empreintes réalisées dans la structure alvéolaire (62). Ce procédé comprend des étapes de : dépose de plis de fibres (92) sur une surface de contact de la structure alvéolaire (62), mise en place d’une enveloppe souple (94) qui recouvre un empilage constitué de la couche acoustiquement résistive (60), la structure alvéolaire (62) et les plis de fibres (92) et qui est reliée de manière étanche avec la surface de dépose tout autour de l’empilage, consolidation des plis de fibres (92) pour former la couche réflectrice et sa fixation sur la structure alvéolaire (62), une plaque de conformation (96) étant intercalée entre les plis de fibres (92) et l’enveloppe souple (94) lors de l’étape de consolidation. L’invention a également pour objet une structure d’absorption acoustique ainsi réalisée ainsi qu’un aéronef comprenant une telle structure d’absorption acoustique. Figure 15
Description
La présente demande se rapporte à un procédé de fabrication d’une structure d’absorption acoustique utilisant au moins une plaque de conformation, à une structure d’absorption acoustique obtenue à partir dudit procédé ainsi qu’à un aéronef comprenant ladite structure d’absorption acoustique.
Selon un mode de réalisation de l’art antérieur, un ensemble propulsif comprend une nacelle ainsi qu’une turbomachine double flux, positionnée à l’intérieur de la nacelle. Certaines surfaces de la nacelle et de la turbomachine comprennent des structures d’absorption acoustique pour atténuer les nuisances sonores. Selon un mode de réalisation, une structure d’absorption acoustique comprend une couche acoustiquement résistive, une couche alvéolaire en nid d’abeilles et une couche réflectrice.
Une turbomachine à haut taux de dilution dit UHBR (pour Ultra High Bypass Ratio en anglais) présente une soufflante tournant à des fréquences plus basses que certaines turbomachines actuellement sur le marché si bien que les structures d’absorption acoustique doivent être configurées pour atténuer des ondes sonores à basses fréquences. Pour atténuer de telles ondes sonores, la couche alvéolaire en nid d’abeilles doit avoir une hauteur importante, ce qui est pénalisant en terme de masse, d’encombrement et de fabrication.
Une structure d’absorption acoustique permettant d’absorber des ondes sonores à basses fréquences est décrite dans le document « aero-acoustic liner applications of the broadband special acoustic absorber concept, American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA 2013-2176, 19th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference May 27-29, 2013, Berlin, Germany ». Selon un mode de réalisation visible sur les figures 1 et 2, une structure d’absorption acoustique 10 comprend une couche acoustiquement résistive 12 en contact avec un milieu dans lequel se propagent des ondes sonores, une structure alvéolaire 14, une couche réflectrice 16 ainsi qu’une pluralité d’éléments acoustiques 18 positionnés dans la structure alvéolaire 14. Chacun d’eux comprend une capsule 20 fermée par la couche acoustiquement résistive 12 de sorte à délimiter une cavité 22 dans laquelle est positionné un cône 24 creux, distant de la capsule 20, qui présente une ouverture 26 débouchant au niveau de la couche acoustiquement résistive 12. Chaque cône 24 comprend au moins un orifice acoustique 28, permettant de faire communiquer l’intérieur du cône 24 avec l’espace entre le cône 24 et la capsule 20, positionné et dimensionné en fonction des caractéristiques acoustiques recherchées.
Une structure d’absorption acoustique 10 ainsi formée, basée sur le même principe qu’un résonateur de Helmholtz et qu’un résonateur quart d’onde, permet d’atténuer efficacement les sons basses fréquences émis par une turbomachine de type UHBR.
Selon un mode de réalisation, les éléments acoustiques 18 sont réalisés, indépendamment les uns des autres, par moulage ou par injection, en résine chargée de fibres courtes ou sans fibres.
En parallèle, selon une première variante, la structure alvéolaire 14, non encore mise en forme, est usinée de manière à réaliser une empreinte 30 pour chaque élément acoustique 18, comme illustré sur la figure 3. Après la réalisation des empreintes 30, la structure alvéolaire 14 est mise en forme et maintenue dans une position déformée grâce à au moins un pli de maintien 32 collé contre la face de la structure alvéolaire 14 orientée vers la couche réflectrice 16 une fois la structure d’absorption acoustique réalisée, comme illustré sur la figure 4.
Les éléments acoustiques 18 sont encollés et positionnés dans les empreintes 30, comme illustré sur la figure 5. En suivant, la structure alvéolaire 14 comportant les éléments acoustiques 18 est retournée et plaquée contre la couche acoustiquement résistive 12, comme illustré sur la figure 6. Des plis de fibres 34 sont alors déposés sur le pli de maintien 32 pour former la couche réflectrice 16, comme illustré sur la figure 7. Enfin, cet ensemble est soumis à une étape de consolidation (ou de polymérisation) de manière à obtenir une structure d’absorption acoustique 10, comme illustré sur la figure 8. Lors de cette étape, les éléments acoustiques 18 ont tendance à se déplacer vers le bas et à venir en contact avec la couche acoustiquement résistive 12, ce qui engendre un marquage 36 de cette dernière, une déformation de la structure alvéolaire 14 au droit des éléments acoustiques 18 ainsi que des défauts de surface 38 en forme de cuvette au niveau de la couche réflectrice16.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une structure d’absorption acoustique comprenant une couche acoustiquement résistive, une couche réflectrice, une structure alvéolaire présentant des première et deuxième surfaces de contact respectivement en contact avec la couche acoustiquement résistive et la couche réflectrice une fois assemblée, ainsi qu’une pluralité d’éléments acoustiques positionnés dans des empreintes réalisées dans la structure alvéolaire et débouchant au niveau de la première surface de contact. Le procédé comprend des étapes :
- de réalisation des empreintes,
- de mise en place et de fixation des éléments acoustiques dans leurs empreintes,
- de dépose de la couche acoustiquement résistive sur une surface de dépose,
- de dépose de la structure alvéolaire sur la couche acoustiquement résistive,
- de dépose de plis de fibres sur la deuxième surface de contact de la structure alvéolaire,
- de mise en place d’une enveloppe souple qui recouvre un empilage constitué de la couche acoustiquement résistive, de la structure alvéolaire et des plis de fibres et qui est reliée de manière étanche avec la surface de dépose tout autour de l’empilage, et
- de consolidation des plis de fibres pour former la couche réflectrice et la solidariser à la structure alvéolaire.
Selon l’invention, une plaque de conformation est intercalée entre les plis de fibres et l’enveloppe souple lors de l’étape de consolidation.
Lors de la consolidation, la plaque de conformation limite l’enfoncement de la structure alvéolaire au droit des éléments acoustiques si bien que la couche réflectrice présente un état de surface amélioré, sans défaut de surface en forme de cuvette comme dans le cas de l’art antérieur.
De plus, la plaque de conformation permet d’empêcher que l’enveloppe souple ne pousse des parties de la structure alvéolaire en direction des éléments acoustiques, provoquant un déplacement de ces derniers en direction de la couche acoustiquement résistive et son marquage.
Selon une autre caractéristique, un film de démoulage est intercalé entre les plis de fibres et la plaque de conformation.
Selon une autre caractéristique, le procédé comprend une étape de déformation de la structure alvéolaire consistant à :
- plaquer la première surface de contact de la structure alvéolaire contre une surface de conformation qui présente une géométrie identique à une géométrie souhaitée pour la structure alvéolaire,
- positionner au moins un pli de maintien sur la deuxième surface de contact de la structure alvéolaire,
- mettre en place une enveloppe souple qui recouvre la structure alvéolaire et qui est reliée de manière étanche à la surface de conformation tout autour de la structure alvéolaire,
- consolider et fixer le (ou les) pli(s) de maintien sur la deuxième surface de contact de la structure alvéolaire à l’état déformé, une plaque de conformation étant intercalée entre le (ou les) pli(s) de maintien et l’enveloppe souple lors de la consolidation.
Selon une autre caractéristique, un film de démoulage est intercalé entre le (ou les) pli(s) de maintien et la plaque de conformation.
L’invention a également pour objet une structure d’absorption acoustique obtenue à partir du procédé de fabrication précédemment décrit ainsi qu’un aéronef comprenant au moins une telle structure d’absorption acoustique.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels :
Sur la figure 9, on a représenté un aéronef 40 qui présente un fuselage 42, deux ailes 44, disposées de part et d’autre du fuselage 42, et des ensembles propulsifs 46 fixés sous les ailes 44. Chaque ensemble propulsif 46 comprend une nacelle 48 et une turbomachine 50 positionnée à l’intérieur de la nacelle 48.
Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 10, chaque ensemble propulsif 46 comprend un conduit d’éjection 52 délimité par une paroi extérieure 54, solidaire de la nacelle 48, et par une paroi intérieure 56 solidaire de la turbomachine 50.
Selon une configuration, chaque paroi intérieure ou extérieure 54, 56 comprend au moins une structure d’absorption acoustique 58 qui présente une surface extérieure SE en contact avec un milieu dans lequel se propagent des ondes sonores.
Bien que décrite appliquée à un conduit d’éjection 52, l’invention n’est pas limitée à cette application. Ainsi, la structure d’absorption acoustique 58 peut être positionnée au niveau de toute paroi de l’aéronef qui présente une surface extérieure en contact avec un milieu dans lequel se propagent des ondes sonores.
Selon un mode de réalisation visible sur la figure 16, la structure d’absorption acoustique 58 comprend une couche acoustiquement résistive 60, présentant une face externe 60.1, formant la surface extérieure SE de la structure d’absorption acoustique 58, une face interne 60.2 opposée à la face externe 60.1, une structure alvéolaire 62, une couche réflectrice 64 ainsi qu’une pluralité d’éléments acoustiques 66 positionnés dans la structure alvéolaire 62 contre la face interne 60.2 de la couche acoustiquement résistive 60.
Selon un mode de réalisation, la structure alvéolaire 62 est de type à nid d’abeilles et comporte une pluralité d’alvéoles 68 traversantes, juxtaposées et présentant une section donnée. Selon un mode de réalisation visible sur la figure 16, la couche acoustiquement résistive 60 comprend au moins une plaque qui est poreuse au moins au droit des éléments acoustiques 66. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation. Ainsi, la couche acoustiquement résistive 60 pourrait être poreuse sur toute sa surface.
Selon un mode de réalisation visible sur la figure 13, chaque élément acoustique 66 comprend une enceinte 68, également appelée capsule, qui présente une embouchure 70 délimitée par un bord plaqué contre la face interne 60.2 de la couche acoustiquement résistive 60 de sorte que l’enceinte 68 et la couche acoustiquement résistive 60 délimitent une cavité 72, un orifice acoustique 74 traversant l’enceinte 68 pour faire communiquer la cavité 72 avec au moins une alvéole 68 de la structure alvéolaire 62. Chaque enceinte 68 peut être tronconique, en forme de pyramide tronquée ou avoir toute autre forme.
Selon un autre mode de réalisation, les éléments acoustiques 66 sont identiques à ceux de l’art antérieur visible sur les figures 1 et 2. Ainsi, chaque élément acoustique 66 comprend une capsule fermée par la couche acoustiquement résistive 60 de sorte à délimiter une première cavité dans laquelle est positionné un cône creux, distant de la capsule, qui présente une ouverture débouchant au niveau de la couche acoustiquement résistive 60. Chaque cône comprend au moins un orifice acoustique, permettant de faire communiquer l’intérieur du cône avec l’espace entre le cône et la capsule, positionné et dimensionné en fonction des caractéristiques acoustiques recherchées.
Selon un agencement, les éléments acoustiques 66 sont agencés selon plusieurs lignes et plusieurs colonnes. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cet agencement pour les éléments acoustiques 66 et/ou à ces modes de réalisation.
La structure alvéolaire 62, les éléments acoustiques 66, la couche acoustiquement résistive 60, la couche réflectrice 64 peuvent être métalliques ou en matériau composite.
La structure alvéolaire 62 présente des première et deuxième surfaces de contact 62.1, 62.2, contre lesquelles sont rapportées respectivement la couche acoustiquement résistive 60 et la couche réflectrice 66, qui sont initialement parallèles et planes.
Selon un premier mode de réalisation, le procédé de réalisation de la structure d’absorption acoustique comprend une première étape de réalisation d’empreintes 76 dans la structure alvéolaire 62 à partir de la première surface de contact 62.1, comme illustré sur la figure 11. Selon un premier mode opératoire, les empreintes 76 sont réalisées par usinage de la structure alvéolaire 62. Chaque empreinte 76 est configurée pour recevoir sans jeu un élément acoustique 66 de sorte que ce dernier affleure à la première surface de contact 62.1. Cette étape de réalisation des empreintes 76 n’est pas plus détaillée car elle peut être identique à celle de l’art antérieur.
Le procédé de réalisation de la structure d’absorption acoustique comprend une deuxième étape de déformation de la structure alvéolaire 62 selon une géométrie souhaitée et de maintien de la structure alvéolaire 62 selon cette géométrie souhaitée, comme illustré sur la figure 12. A cet effet, la première surface de contact 62.1 de la structure alvéolaire 62 est plaquée contre une surface de conformation SC d’un moule 78 qui présente une géométrie identique à la géométrie souhaitée pour la structure alvéolaire 62. Dans un but de simplification, la surface de conformation SC est représentée plane. En réalité, cette surface de conformation SC est généralement courbe. Au moins un pli de maintien 80 est déposé et fixé sur la deuxième surface 62.2 de la structure alvéolaire à l’état déformé. Selon une configuration, un film de colle 82 est intercalé entre le pli de maintien 80 et la deuxième surface de contact 62.2 de la structure alvéolaire. Selon un mode de réalisation, le pli de maintien 80 est un pli de fibres pré-imprégnées ou non.
Selon un mode opératoire, la structure alvéolaire 62 est plaquée contre la surface de conformation SC. Le film de colle 82 puis le pli de maintien 80 sont positionnés sur la deuxième surface de contact 62.2 de la structure alvéolaire 62. En suivant, une enveloppe souple 84 (généralement appelée vessie) est positionnée de manière à recouvrir la structure alvéolaire 62 et à être reliée, de manière étanche, avec la surface de conformation SC tout autour de la structure alvéolaire 62. En suivant, l’ensemble formé par la structure alvéolaire 62, le film de colle 82 et le pli de maintien 80 est soumis à une élévation de température et de pression de manière à obtenir une consolidation du (ou des) pli(s) de maintien 80 et une fixation du (ou des) pli(s) de maintien 80 sur la deuxième surface de contact 62.2 de la structure alvéolaire 62 à l’état déformé.
Par consolidation, on entend aussi bien une consolidation qu’une polymérisation.
Selon une caractéristique de l’invention, une plaque de conformation 86 (également appelée caul-plate en anglais) est intercalée entre le (ou les) pli(s) de maintien 80 et l’enveloppe souple 84 lors de la consolidation afin de répartir les efforts de pression uniformément sur toute la superficie de la deuxième surface de contact 62.2 de la structure alvéolaire 62 et de limiter les risques de déformation de la structure alvéolaire 62 au droit des empreintes 76.
Pour faciliter le retrait de la plaque de conformation 86 après la fixation du (ou des) pli(s) de maintien 80 sur la deuxième surface de contact 62.2, un film de démoulage est intercalé entre le (ou les) pli(s) de maintien 80 et la plaque de conformation 86.
Selon un deuxième mode de réalisation, les première et deuxième étapes sont inversées. Ainsi, la structure alvéolaire 62 est d’abord déformée et maintenue dans la position déformée par au moins un pli de maintien 80 puis les empreintes 76 sont réalisées dans la structure alvéolaire 62 déjà déformée. Selon ce deuxième mode de réalisation, l’utilisation d’une plaque de conformation 86 n’est pas nécessaire.
Le procédé de réalisation de la structure d’absorption acoustique comprend une étape de mise en place et de fixation des éléments acoustiques 66 dans leurs empreintes 76, comme illustré sur la figure 13. Selon une configuration, les éléments acoustiques 66 sont encollés puis insérés dans les empreintes 66. Cette étape de mise en place et de fixation des éléments acoustiques 66 n’est pas plus détaillée car elle peut être identique à celle de l’art antérieur.
Le procédé de réalisation de la structure d’absorption acoustique comprend une étape de dépose de la structure alvéolaire 62 comportant des éléments acoustiques 66 sur la couche acoustiquement résistive 60, comme illustré sur la figure 14. A cet effet, la couche acoustiquement résistive 60 est positionnée sur une surface de dépose SD d’un moule 88 conformée comme la structure alvéolaire 62, puis la première surface de contact 62.1 de la structure alvéolaire 62 est positionnée contre la couche acoustiquement résistive 60 afin de les solidariser.
Dans un but de simplification, la surface de dépose SD est représentée plane. En réalité, cette surface de dépose SD est généralement courbe.
Selon un mode opératoire, un film de colle 90 est intercalé entre la couche acoustiquement résistive 60 et la structure alvéolaire 62. Ce film de colle 90 peut être activé à l’issue de cette étape de dépose de la structure alvéolaire 62 équipée des éléments acoustiques 66 sur la couche acoustiquement résistive 60 ou au même moment que la consolidation de la couche réflectrice 64, comme indiqué ultérieurement.
Cette étape de dépose de la structure alvéolaire 62 équipée des éléments acoustiques 66 sur la couche acoustiquement résistive 60 n’est pas plus décrite car elle peut être identique à celle de l’art antérieur.
Le procédé de réalisation de la structure d’absorption acoustique comprend une étape de dépose de plis de fibres 92 sur la deuxième surface de contact 62.2 de la structure alvéolaire 62 (plus particulièrement sur le (ou les) pli(s) de maintien 80) et de consolidation desdits plis de fibres 92 pour former la couche réflectrice 64 et sa solidarisation. Au moins un film de colle peut être déposé sous et/ou entre les plis de fibres 92.
En suivant, une enveloppe souple 94 (généralement appelée vessie) est positionnée de manière à recouvrir un empilage constitué de la couche acoustiquement résistive 60, la structure alvéolaire 62 et les plis de fibres 92 puis à être reliée de manière étanche avec la surface de dépose SD tout autour de l’empilage. En suivant, l’ensemble formé par la structure alvéolaire 62, les plis de fibres 92 et les éventuels films de colle est soumis à une élévation de température et de pression de manière à obtenir la consolidation de la couche réflectrice 64 et sa fixation sur la deuxième surface de contact 62.2 de la structure alvéolaire 62. Selon un mode opératoire, la solidarisation de la couche acoustiquement résistive 60 et de la couche réflectrice 64 sur la structure alvéolaire 62 peut être réalisée lors d’une même étape de consolidation.
Selon une caractéristique de l’invention, une plaque de conformation 96 (également appelée caul-plate en anglais) est intercalée entre les plis de fibres 92 et l’enveloppe souple 94, lors de l’étape de consolidation afin de répartir les efforts de pression uniformément sur toute la superficie de la deuxième surface de contact 62.2 de la structure alvéolaire 62 et limiter les risques de déformation de la structure alvéolaire 62 au droit des empreintes 76.
Pour faciliter le retrait de la plaque de conformation 96 après la consolidation de la couche réflectrice 64, un film de démoulage est intercalé entre les plis de fibres 92 et la plaque de conformation 96.
Contrairement à l’art antérieur, la plaque de conformation 96 permet d’empêcher que l’enveloppe souple 94 ne pousse des parties de la structure alvéolaires 62 en direction des éléments acoustiques 66 provoquant un déplacement de ces derniers en direction de la couche acoustiquement résistive 60 et son marquage.
De plus, la plaque de conformation 96 limitant l’enfoncement de la structure alvéolaire 62 au droit des éléments acoustiques 66, la couche réflectrice 66 présente un état de surface amélioré, sans défaut de surface en forme de cuvette comme dans le cas de l’art antérieur.
Selon un mode de réalisation, chaque plaque de conformation 86, 96 est métallique, comme par exemple en acier inoxydable, en titane ou en alliage d’aluminium.
Selon un autre mode de réalisation, chaque plaque de conformation 86, 96 est en matériau composite et comprend des fibres noyées dans une matrice de résine thermodurcissable ou thermoplastique.
Le matériau et l’épaisseur de chaque plaque de conformation 86, 96 sont déterminés de manière à ce que ladite plaque de conformation 86, 96 ne puisse pas se déformer à la manière d’une enveloppe souple. Cependant, la plaque de conformation 86, 96 peut être suffisamment flexible pour suivre la courbure de la structure alvéolaire 62.
Chaque plaque de conformation 86, 96 est dimensionnée de manière à recouvrir toute la superficie de la structure alvéolaire 62. Chaque plaque de conformation 86, 96 peut être réalisée d’un seul tenant ou en plusieurs parties juxtaposées.
Claims (6)
- Procédé de fabrication d’une structure d’absorption acoustique comprenant une couche acoustiquement résistive (60), une couche réflectrice (64), une structure alvéolaire (62) présentant des première et deuxième surfaces de contact (62.1, 62.2) respectivement en contact avec la couche acoustiquement résistive (60) et la couche réflectrice (64) une fois assemblée, ainsi qu’une pluralité d’éléments acoustiques (66) positionnés dans des empreintes (76) réalisées dans la structure alvéolaire (62) et débouchant au niveau de la première surface de contact (62.1), ledit procédé comprenant des étapes
- de réalisation des empreintes (76),
- de mise en place et de fixation des éléments acoustiques (66) dans leurs empreintes (76),
- de dépose de la couche acoustiquement résistive (60) sur une surface de dépose (SD),
- de dépose de la structure alvéolaire (62) sur la couche acoustiquement résistive (60),
- de dépose de plis de fibres (92) sur la deuxième surface de contact (62.2) de la structure alvéolaire (62),
- de mise en place d’une enveloppe souple (94) qui recouvre un empilage constitué de la couche acoustiquement résistive (60), la structure alvéolaire (62) et les plis de fibres (92) et qui est reliée de manière étanche avec la surface de dépose (SD) tout autour de l’empilage, et
- de consolidation des plis de fibres (92) pour former la couche réflectrice (64) et la solidariser à la structure alvéolaire (62),
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un film de démoulage est intercalé entre les plis de fibres (92) et la plaque de conformation (96).
- Procédé de fabrication d’une structure d’absorption acoustique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de déformation de la structure alvéolaire (62) consistant à :
- plaquer la première surface de contact (62.1) de la structure alvéolaire (62) contre une surface de conformation (SC) qui présente une géométrie identique à une géométrie souhaitée pour la structure alvéolaire (62),
- positionner au moins un pli de maintien (80) sur la deuxième surface de contact (62.2) de la structure alvéolaire (62),
- mettre en place une enveloppe souple (84) qui recouvre la structure alvéolaire (62) et qui est reliée de manière étanche avec la surface de conformation (SC) tout autour de la structure alvéolaire (62), et
- consolider et fixer le (ou les) pli(s) de maintien (80) sur la deuxième surface de contact (62.2) de la structure alvéolaire (62) à l’état déformé, une plaque de conformation (86) étant intercalée entre le (ou les) pli(s) de maintien (80) et l’enveloppe souple (84) lors de la consolidation.
- Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’un film de démoulage est intercalé entre le (ou les) pli(s) de maintien (80) et la plaque de conformation (86).
- Structure d’absorption acoustique obtenue à partir d’un procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes.
- Aéronef comprenant au moins une structure d’absorption acoustique selon la revendication précédente.
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