JP2002079985A - 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 - Google Patents
船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船Info
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- JP2002079985A JP2002079985A JP2000274066A JP2000274066A JP2002079985A JP 2002079985 A JP2002079985 A JP 2002079985A JP 2000274066 A JP2000274066 A JP 2000274066A JP 2000274066 A JP2000274066 A JP 2000274066A JP 2002079985 A JP2002079985 A JP 2002079985A
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- Japan
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- hull
- vortex
- frictional resistance
- reducing
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls
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- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 少ないエネルギー消費で摩擦抵抗低減を行
い、航行時のエネルギー消費を効果的に節減することが
できる船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を提
供する。 【解決手段】 船体１０の航行に伴って船体の進行方向
に垂直な流れＦａを誘起し、この誘起された垂直流れＦ
ａにより船体の没水表面１１の近傍における渦構造を変
化させる。
い、航行時のエネルギー消費を効果的に節減することが
できる船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を提
供する。 【解決手段】 船体１０の航行に伴って船体の進行方向
に垂直な流れＦａを誘起し、この誘起された垂直流れＦ
ａにより船体の没水表面１１の近傍における渦構造を変
化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、船体の摩擦抵抗を
低減する摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船に関す
る。
低減する摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、船舶等の航行時のエネルギー
消費を節減することを目的として、船体と水との摩擦抵
抗を低減するための様々な技術が提案されている。例え
ば、特開昭５０−８３９９２号、特開昭５３−１３６２
８９号、特開昭６０−１３９５８６号、特開昭６１−７
１２９０号、実開昭６１−３９６９１号、実開昭６１−
１２８１８５号などの公報にあるように、水中に気体を
放出し、船体外板の表面（没水表面）の近傍に多数の気
泡を介在させ、この気泡により船体の摩擦抵抗を低減す
る技術が本出願人らによって提案されている。
消費を節減することを目的として、船体と水との摩擦抵
抗を低減するための様々な技術が提案されている。例え
ば、特開昭５０−８３９９２号、特開昭５３−１３６２
８９号、特開昭６０−１３９５８６号、特開昭６１−７
１２９０号、実開昭６１−３９６９１号、実開昭６１−
１２８１８５号などの公報にあるように、水中に気体を
放出し、船体外板の表面（没水表面）の近傍に多数の気
泡を介在させ、この気泡により船体の摩擦抵抗を低減す
る技術が本出願人らによって提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した気泡を用いた
摩擦抵抗低減方法では、一般に、船底などの比較的水深
の深いところに気泡を放出するために、静水圧に応じて
高い圧力に気体を加圧する必要があり、多大なエネルギ
ーを消費してしまう。そのため、摩擦抵抗の低減によっ
て減少したエネルギーの節約分が目減りしやすい。
摩擦抵抗低減方法では、一般に、船底などの比較的水深
の深いところに気泡を放出するために、静水圧に応じて
高い圧力に気体を加圧する必要があり、多大なエネルギ
ーを消費してしまう。そのため、摩擦抵抗の低減によっ
て減少したエネルギーの節約分が目減りしやすい。
【０００４】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、少ないエネルギー消費で摩擦抵抗低減を行
い、航行時のエネルギー消費を効果的に節減することが
できる船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を提
供することを目的とする。
ものであり、少ないエネルギー消費で摩擦抵抗低減を行
い、航行時のエネルギー消費を効果的に節減することが
できる船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、船体の摩擦抵抗を低減する
方法であって、船体の航行に伴って船体の進行方向に垂
直な流れを誘起し、該誘起された垂直流れにより船体の
没水表面の近傍における渦構造を変化させることを特徴
としている。また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載の船体の摩擦抵抗低減方法において、船体の没水表
面に設置される物体によって渦を発生させ、該渦により
前記垂直流れを誘起することを特徴としている。また、
請求項３に係る発明は、船体の摩擦抵抗を低減する方法
であって、船体の没水表面に設置される物体によって渦
を発生させ、該渦により摩擦抵抗に関与する渦構造を変
化させることを特徴としている。また、請求項４に係る
発明は、船体の没水表面と水との摩擦抵抗を低減する機
能を有する摩擦抵抗低減船であって、船体の航行に伴っ
て船体の進行方向に垂直な流れを誘起する渦を発生する
渦発生装置を備えることを特徴としている。
め、請求項１に係る発明は、船体の摩擦抵抗を低減する
方法であって、船体の航行に伴って船体の進行方向に垂
直な流れを誘起し、該誘起された垂直流れにより船体の
没水表面の近傍における渦構造を変化させることを特徴
としている。また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載の船体の摩擦抵抗低減方法において、船体の没水表
面に設置される物体によって渦を発生させ、該渦により
前記垂直流れを誘起することを特徴としている。また、
請求項３に係る発明は、船体の摩擦抵抗を低減する方法
であって、船体の没水表面に設置される物体によって渦
を発生させ、該渦により摩擦抵抗に関与する渦構造を変
化させることを特徴としている。また、請求項４に係る
発明は、船体の没水表面と水との摩擦抵抗を低減する機
能を有する摩擦抵抗低減船であって、船体の航行に伴っ
て船体の進行方向に垂直な流れを誘起する渦を発生する
渦発生装置を備えることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る船体の摩擦抵
抗低減方法及び摩擦抵抗低減船の実施例について説明す
る。図１は、船体の没水表面１１（船底）近傍の水の流
れを模式的に示している。本発明の摩擦抵抗低減方法
は、船体１０の航行に伴って船体１０の進行方向Ｄｖに
垂直な流れＦａを誘起し、この誘起された垂直流れＦａ
によって船体の没水表面１１の近傍における渦構造を変
化させるものである。
抗低減方法及び摩擦抵抗低減船の実施例について説明す
る。図１は、船体の没水表面１１（船底）近傍の水の流
れを模式的に示している。本発明の摩擦抵抗低減方法
は、船体１０の航行に伴って船体１０の進行方向Ｄｖに
垂直な流れＦａを誘起し、この誘起された垂直流れＦａ
によって船体の没水表面１１の近傍における渦構造を変
化させるものである。
【０００７】ここで、船体の摩擦抵抗は、船体の没水表
面（壁面）の近傍、特に乱流境界層内の渦構造に大きく
左右される。乱流中の渦の中でも特にヘアピン渦（馬蹄
渦）などの縦渦は、乱流摩擦抵抗に大きく関与している
と考えられている。本発明は、没水表面の近傍の水中
に、上述した垂直流れＦａを誘起することによって、特
に縦渦構造など、摩擦抵抗に関与する壁面近傍の渦構造
を変化させ、摩擦抵抗の低減を図るものである。
面（壁面）の近傍、特に乱流境界層内の渦構造に大きく
左右される。乱流中の渦の中でも特にヘアピン渦（馬蹄
渦）などの縦渦は、乱流摩擦抵抗に大きく関与している
と考えられている。本発明は、没水表面の近傍の水中
に、上述した垂直流れＦａを誘起することによって、特
に縦渦構造など、摩擦抵抗に関与する壁面近傍の渦構造
を変化させ、摩擦抵抗の低減を図るものである。
【０００８】上述した垂直流れＦａは、例えば、船体の
没水表面に物体を設置して水中に新たに渦（随伴渦）Ｓ
Ｃを発生させることにより誘起することができる。図１
に示す渦発生装置２０は、こうした渦を発生させるため
のものであり、発生させる渦の構造としては、例えば、
船首側から船尾側に伸びて形成され、船長方向に軸を有
するものが好ましい。
没水表面に物体を設置して水中に新たに渦（随伴渦）Ｓ
Ｃを発生させることにより誘起することができる。図１
に示す渦発生装置２０は、こうした渦を発生させるため
のものであり、発生させる渦の構造としては、例えば、
船首側から船尾側に伸びて形成され、船長方向に軸を有
するものが好ましい。
【０００９】渦発生装置２０は、所定の形状の複数の物
体の組み合わせにより形成されるものである。また、渦
発生装置２０の形状は、船体の航行に伴う水の流れ対し
て抵抗（抗力）がなるべく小さくかつ、その水の流れに
よって上述した所望の構造の渦が発生するように、数値
流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）に
よる流場解析など、各種解析によって設計される。
体の組み合わせにより形成されるものである。また、渦
発生装置２０の形状は、船体の航行に伴う水の流れ対し
て抵抗（抗力）がなるべく小さくかつ、その水の流れに
よって上述した所望の構造の渦が発生するように、数値
流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）に
よる流場解析など、各種解析によって設計される。
【００１０】例えば、図２に示すように、渦発生装置２
０は、船体の没水表面１１から離間して略平行に配され
る第１部材２１と、この第１部材２１と船体の没水表面
１１との間に配設される第２部材２２とから構成され
る。ここでは、第１部材２１は、円形もしくは楕円形の
輪郭と所定の厚みとを有する板状の部材からなり、第２
部材２２は、略半円状の断面を有する柱状の部材からな
る。さらに、第２部材２２は、その周面２２ａが船首側
（進行方向前方）を向くように配設される。また、これ
ら第１部材２１や第２部材２２の材質としては、耐食処
理された金属、あるいは樹脂など、主として表面が海水
に対して耐食性を有し、さらに海成生物が表面に付着し
にくいものが好ましく用いられる。
０は、船体の没水表面１１から離間して略平行に配され
る第１部材２１と、この第１部材２１と船体の没水表面
１１との間に配設される第２部材２２とから構成され
る。ここでは、第１部材２１は、円形もしくは楕円形の
輪郭と所定の厚みとを有する板状の部材からなり、第２
部材２２は、略半円状の断面を有する柱状の部材からな
る。さらに、第２部材２２は、その周面２２ａが船首側
（進行方向前方）を向くように配設される。また、これ
ら第１部材２１や第２部材２２の材質としては、耐食処
理された金属、あるいは樹脂など、主として表面が海水
に対して耐食性を有し、さらに海成生物が表面に付着し
にくいものが好ましく用いられる。
【００１１】図１に戻り、この渦発生装置２０は、船体
の没水表面１１（壁面）に沿う水の流れＦｗを変化させ
て水中に渦を発生させる。すなわち、水は第２部材２２
の周面２２ａに沿って流れ、その周面２２ａを過ぎると
渦ＳＣを発生する。この渦ＳＣは、船尾側に伸びて形成
されることにより、船長方向とほぼ平行な軸（もしくは
船尾に向かって徐々に壁面から離れる方向の軸でもよ
い）を有する旋回構造に変化する。
の没水表面１１（壁面）に沿う水の流れＦｗを変化させ
て水中に渦を発生させる。すなわち、水は第２部材２２
の周面２２ａに沿って流れ、その周面２２ａを過ぎると
渦ＳＣを発生する。この渦ＳＣは、船尾側に伸びて形成
されることにより、船長方向とほぼ平行な軸（もしくは
船尾に向かって徐々に壁面から離れる方向の軸でもよ
い）を有する旋回構造に変化する。
【００１２】このとき、渦発生装置２０によって発生し
た渦ＳＣは、その軸に垂直な方向の運動によって、船体
１０の進行方向Ｄｖに垂直な流れＦａを誘起する。そし
て、この誘起された垂直流れＦａにより、壁面近傍の境
界層に含まれるヘアピン渦などの縦渦が打ち消された
り、その縦渦の運動量が境界層の外に運び出されたりす
るなど、摩擦抵抗に関与する渦構造が変化する。これに
より、境界層内の水の運動量が拡散され、船体の摩擦抵
抗が低減される。
た渦ＳＣは、その軸に垂直な方向の運動によって、船体
１０の進行方向Ｄｖに垂直な流れＦａを誘起する。そし
て、この誘起された垂直流れＦａにより、壁面近傍の境
界層に含まれるヘアピン渦などの縦渦が打ち消された
り、その縦渦の運動量が境界層の外に運び出されたりす
るなど、摩擦抵抗に関与する渦構造が変化する。これに
より、境界層内の水の運動量が拡散され、船体の摩擦抵
抗が低減される。
【００１３】水の運動だけを用いた摩擦抵抗低減方法で
は、気体を水中に放出する方式と異なり、水深による不
利が生じにくいため、効果的な摩擦低減を実現しやす
い。なお、渦発生装置によって新たに発生させる渦の向
きやその軸は、図１に示すものに限らず、境界層内の摩
擦抵抗に関与する渦構造を効果的に変化させることがで
きる構造であればよい。したがって、船体の形状や標準
航行速度などの各種条件に応じて、渦発生装置の形状や
配置位置、配置する数は適宜定められる。
は、気体を水中に放出する方式と異なり、水深による不
利が生じにくいため、効果的な摩擦低減を実現しやす
い。なお、渦発生装置によって新たに発生させる渦の向
きやその軸は、図１に示すものに限らず、境界層内の摩
擦抵抗に関与する渦構造を効果的に変化させることがで
きる構造であればよい。したがって、船体の形状や標準
航行速度などの各種条件に応じて、渦発生装置の形状や
配置位置、配置する数は適宜定められる。
【００１４】図３は、渦発生装置の他の形態を示してい
る。図３に示す渦発生装置３０では、上述した第１部材
及び第２部材が翼形状に形成されている。すなわち、こ
の渦発生装置３０は、船体の没水表面１１に対して所定
の間隔で略平行に配される第１翼３１と、第１翼３１と
船体の没水表面１１との間に配されて第１翼３１を支持
する第２翼３２，３３とを備えて構成されている。
る。図３に示す渦発生装置３０では、上述した第１部材
及び第２部材が翼形状に形成されている。すなわち、こ
の渦発生装置３０は、船体の没水表面１１に対して所定
の間隔で略平行に配される第１翼３１と、第１翼３１と
船体の没水表面１１との間に配されて第１翼３１を支持
する第２翼３２，３３とを備えて構成されている。
【００１５】翼３１，３２，３３の形状は、ＮＡＣＡ翼
型、オジバル翼型など様々な翼型が適用可能であり、船
体の形状及び船速に応じて定められる。また、各翼３
１，３２，３３は、前縁及び後縁を船体の進行方向Ｄｖ
に向けて配置される。さらに、第１翼３１は、翼面を上
下方向に向けて配される。
型、オジバル翼型など様々な翼型が適用可能であり、船
体の形状及び船速に応じて定められる。また、各翼３
１，３２，３３は、前縁及び後縁を船体の進行方向Ｄｖ
に向けて配置される。さらに、第１翼３１は、翼面を上
下方向に向けて配される。
【００１６】この渦発生装置３０では、図４に示すよう
に、翼３１，３２，３３の周りに生じる循環流れΓによ
って渦（随伴渦）ＳＣを発生させる。例えば、第１翼３
１の周りにおいて、翼３１，３２，３３で囲われた水路
側の翼面に沿って船尾方向に、反対側（外側）の翼面に
沿って船首方向に流れる循環流れΓ（１）が生じる。同
様に、第２翼３２，３３の周りにおいて、上述した水路
側の翼面に沿って船首方向に、反対側（外側）の翼面に
沿って船尾方向に流れる循環流れΓ（２），Γ（３）が
生じる。そして、これらの循環流れΓ（１），（２），
（３）により、水中に多数の渦ＳＣを発生させることが
できる。また、この渦発生装置３０では、翼によって渦
を発生させるので、水の流れに対する抵抗（抗力）が小
さく、効果的な摩擦低減を達成しやすい。
に、翼３１，３２，３３の周りに生じる循環流れΓによ
って渦（随伴渦）ＳＣを発生させる。例えば、第１翼３
１の周りにおいて、翼３１，３２，３３で囲われた水路
側の翼面に沿って船尾方向に、反対側（外側）の翼面に
沿って船首方向に流れる循環流れΓ（１）が生じる。同
様に、第２翼３２，３３の周りにおいて、上述した水路
側の翼面に沿って船首方向に、反対側（外側）の翼面に
沿って船尾方向に流れる循環流れΓ（２），Γ（３）が
生じる。そして、これらの循環流れΓ（１），（２），
（３）により、水中に多数の渦ＳＣを発生させることが
できる。また、この渦発生装置３０では、翼によって渦
を発生させるので、水の流れに対する抵抗（抗力）が小
さく、効果的な摩擦低減を達成しやすい。
【００１７】ここで、上述した渦発生装置は、例えば図
５に示すようなタンカーやコンテナ船等の肥大船、大型
船に適用することができる。この図５において、符号Ｍ
は摩擦抵抗低減船、４０は船体、４２は船体外板（没水
表面）、４３は推進器、４４は舵、４５は水面（喫水
線）を示している。摩擦抵抗低減船Ｍとしての肥大船
は、例えばＶＬＣＣ（Very Large Crude Oil Carrier）
といったものがこれに該当し、他の種類の船舶に比べ
て、船底の面積が船側に対して比較的大きく形成されて
いる。また、上述した渦発生装置３０（あるいは渦発生
装置２０）は、例えば船首側の船底に設置される。
５に示すようなタンカーやコンテナ船等の肥大船、大型
船に適用することができる。この図５において、符号Ｍ
は摩擦抵抗低減船、４０は船体、４２は船体外板（没水
表面）、４３は推進器、４４は舵、４５は水面（喫水
線）を示している。摩擦抵抗低減船Ｍとしての肥大船
は、例えばＶＬＣＣ（Very Large Crude Oil Carrier）
といったものがこれに該当し、他の種類の船舶に比べ
て、船底の面積が船側に対して比較的大きく形成されて
いる。また、上述した渦発生装置３０（あるいは渦発生
装置２０）は、例えば船首側の船底に設置される。
【００１８】図６は、渦発生装置３０（あるいは渦発生
装置２０）が設置された船首側の船底の様子を示してい
る。ここでは、渦発生装置３０は、複数（ここでは２
つ）が船幅方向に並べて設置されており、より広い範囲
に渦を発生させることができる。
装置２０）が設置された船首側の船底の様子を示してい
る。ここでは、渦発生装置３０は、複数（ここでは２
つ）が船幅方向に並べて設置されており、より広い範囲
に渦を発生させることができる。
【００１９】なお、上述した実施形態において示した各
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発
明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づ
き種々変更可能である。また、本発明の摩擦抵抗低減船
は、水深による不利が生じにくいため、上述したような
肥大船への適用に有利である。しかしながら、本発明
は、こうした肥大船に限らず、高速船や漁船など他の船
にも適用可能である。
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発
明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づ
き種々変更可能である。また、本発明の摩擦抵抗低減船
は、水深による不利が生じにくいため、上述したような
肥大船への適用に有利である。しかしながら、本発明
は、こうした肥大船に限らず、高速船や漁船など他の船
にも適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
船体の航行に伴って船体の進行方向に垂直な流れを誘起
し、この誘起された垂直流れにより船体の没水表面の近
傍において摩擦抵抗に関与する渦構造を変化させる。こ
れにより、少ないエネルギー消費で摩擦抵抗低減を行っ
て、航行時のエネルギー消費を効果的に節減することが
できる。
船体の航行に伴って船体の進行方向に垂直な流れを誘起
し、この誘起された垂直流れにより船体の没水表面の近
傍において摩擦抵抗に関与する渦構造を変化させる。こ
れにより、少ないエネルギー消費で摩擦抵抗低減を行っ
て、航行時のエネルギー消費を効果的に節減することが
できる。
【図１】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法及び摩
擦抵抗低減船の一実施例を示す図である。
擦抵抗低減船の一実施例を示す図である。
【図２】 渦発生装置の一実施形態を示し、（ａ）は側
面図、及び（ｂ）は平面図である。
面図、及び（ｂ）は平面図である。
【図３】 渦発生装置の他の実施形態を示し、（ａ）は
側面図、及び（ｂ）は平面図である。
側面図、及び（ｂ）は平面図である。
【図４】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法及び摩
擦抵抗低減船の他の実施例を示す図である。
擦抵抗低減船の他の実施例を示す図である。
【図５】 本発明が適用された肥大船を示す図である。
【図６】 図５に示すＡ矢視図である。
【符号の説明】 Ｆａ 垂直流れ ＳＣ 渦 ２０，３０ 渦発生装置 １０，４０ 船体 １１，４２ 没水表面（船底）
Claims (4)
- 【請求項１】 船体の航行に伴って船体の進行方向に垂
直な流れを誘起し、該誘起された垂直流れにより船体の
没水表面の近傍における渦構造を変化させることを特徴
とする船体の摩擦抵抗低減方法。 - 【請求項２】 船体の没水表面に設置される物体によっ
て渦を発生させ、該渦により前記垂直流れを誘起するこ
とを特徴とする請求項１に記載の船体の摩擦抵抗低減方
法。 - 【請求項３】 船体の没水表面に設置される物体によっ
て渦を発生させ、該渦により摩擦抵抗に関与する渦構造
を変化させることを特徴とする船体の摩擦抵抗低減方
法。 - 【請求項４】 船体の没水表面と水との摩擦抵抗を低減
する機能を有する摩擦抵抗低減船であって、 船体の航行に伴って船体の進行方向に垂直な流れを誘起
する渦を発生する渦発生装置を備えることを特徴とする
摩擦抵抗低減船。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000274066A JP2002079985A (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 |
| KR1020010030474A KR20020020624A (ko) | 2000-09-08 | 2001-05-31 | 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선 |
| US09/903,931 US20020029731A1 (en) | 2000-09-08 | 2001-07-12 | Method of reducing frictional resistance of a hull, and frictional resistance reducing vessel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000274066A JP2002079985A (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002079985A true JP2002079985A (ja) | 2002-03-19 |
Family
ID=18759896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000274066A Pending JP2002079985A (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002079985A (ja) |
-
2000
- 2000-09-08 JP JP2000274066A patent/JP2002079985A/ja active Pending
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