JP5713934B2 - 水中航走体 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示された水中航走体は、前部と後部に配置した水平舵を同時に制御して、水中航走体の進行方向と機首方向(ピッチ角度)を独立に制御することが可能である。
一般的に、水平舵の可動範囲には制限があるので、前述した合計制御量は、水平舵の可動範囲に収まるように調整される必要がある。
従って、合計制御量による可動範囲が±20度の範囲に制限されることとなる。
本発明の参考例に係る制御装置は、入力される制御量に応じた動作をする動作手段と、第1制御則に基づいて第1中間制御量を算出する第1算出手段と、前記第1制御則とは異なる第2制御則に基づいて第2中間制御量を算出する第2算出手段と、前記第1算出手段により算出された第1中間制御量および前記第2算出手段により算出された第2中間制御量に基づいて、前記第1制御則に応じた第1最終制御量および前記第2制御則に応じた第2最終制御量を決定し、該第1最終制御量および該第2最終制御量の合計制御量を前記動作手段に入力して前記動作手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、前記第1中間制御量が、前記動作手段が動作可能な最大制御量より少ない第1保証制御量以上である場合は、前記第1保証制御量以上となるように前記第1最終制御量を決定し、前記第2中間制御量が、前記最大制御量より少ない第2保証制御量以上である場合は、前記第2保証制御量以上となるように前記第2最終制御量を決定し、前記合計制御量が前記最大制御量を超えないように前記第1最終制御量および前記第2最終制御量を決定することを特徴とする。
以下、第1実施形態の水中航走体について、図1を用いて説明する。図1は、第1実施形態の水中航走体の構成を示す側面図である。
第1実施形態の水中航走体1は、機体2と、推進器3と、前方水平舵4と、後方水平舵5と、前方垂直舵6と、後方垂直舵7とを備える。
前方水平舵4の位置 後方水平舵5の位置 姿勢 進行方向
b(0°) e(0°) 水平 水平
a(+20°) d(+20°) 水平 上昇
c(−20°) f(−20°) 水平 下降
a(+20°) f(−20°) 機首上げ 水平
c(−20°) d(+20°) 機首下げ 水平
制御部30は、水中航走体1の全体を制御するものであり、例えばCPU等により構成されている。制御部30は、ROM(ReadOnlyMemory)等のプログラム格納部20に格納されたプログラムをRAM(RandomAccessMemory)60に読み出して実行することにより、水中航走体1の各部を制御する。なお、制御部30から各部への制御信号の送信や、各部からの制御部30への信号の送信は、制御バス50を介して行われる。
図4は、深度制御則に基づいて、前方水平舵に対応する第1中間制御量と、後方水平舵に対応する第3中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。図5は、ピッチ制御則に基づいて、前方水平舵に対応する第2中間制御量と、後方水平舵に対応する第4中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。
図6から図8は、第1最終制御量および第2最終制御量を決定して前方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。図9から図11は、第3最終制御量および第4最終制御量を決定して後方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。
図4のステップS401で、制御部30は、水中航走体1の目標深度を設定する。また、ステップS402で、制御部30は、現在の機体深度dを検出する。具体的には、制御部30が、機体深度センサ70に水面から機体2の中心位置Cまでの深度(機体深度)の検出を指示する。機体深度センサ70は、機体深度dを検出して制御部30に通知する。
ここで、深度制御則とは、現在の機体深度dが目標深度から離れている場合に、水中航走体1の深度を目標深度に近づけるようにする制御則をいう。例えば、現在の機体深度dが目標深度より低い場合は、前方水平舵4に対応する第1中間制御量を正の値とし、水中航走体1を上昇させるようにする。
例えば、現在の機体深度dが目標深度より低い場合は、後方水平舵5に対応する第3中間制御量を正の値とし、水中航走体1を上昇させるようにする。
以上の図4の処理により、深度制御則に基づいて、前方水平舵4を駆動する前方水平舵駆動部41に対応する第1中間制御量と、後方水平舵5を駆動する後方水平舵駆動部42に対応する第3中間制御量が算出される。
なお、深度制御則に基づいて算出される第1中間制御量は、前方水平舵4の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。同様に、深度制御則に基づいて算出される第3中間制御量は、後方水平舵5の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。
図5のステップS501で、制御部30は、水中航走体1の目標ピッチ角度を設定する。また、ステップS502で、制御部30は、現在の機体2のピッチ角度θを検出する。具体的には、制御部30が、機体姿勢センサ80に機体2のピッチ角度θの検出を指示する。そして、機体姿勢センサ80が、ピッチ角度θを検出して制御部30に通知する。
ここで、ピッチ制御則とは、現在のピッチ角度θが目標ピッチ角度から離れている場合に、水中航走体1の機首方向を目標ピッチ角度に近づけるようにする制御則をいう。例えば、現在のピッチ角度θが目標ピッチ角度より大きい場合は、前方水平舵4に対応する第2中間制御量を負の値とし、水中航走体1の機首を下げるようにする。
例えば、現在のピッチ角度θが目標ピッチ角度より大きい場合は、後方水平舵5に対応する第4中間制御量を正の値とし、水中航走体1の機首を下げるようにする。
以上の図5の処理により、ピッチ制御則に基づいて、前方水平舵4を駆動する前方水平舵駆動部41に対応する第2中間制御量と、後方水平舵5を駆動する後方水平舵駆動部42に対応する第4中間制御量が算出される。
なお、ピッチ制御則に基づいて算出される第2中間制御量は、前方水平舵4の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。同様に、ピッチ制御則に基づいて算出される第4中間制御量は、後方水平舵5の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。
図6のステップS601からステップS603では、第1中間制御量と第2中間制御量が正の値であるかどうかが判定される。
制御部30は、第1中間制御量と第2中間制御量のいずれも正である場合(S601でYESかつS602でYES)、“1”で示される図7のステップS608に処理を進める。
このようにしているのは、第1中間制御量と第2中間制御量のいずか一方が正で、他方が負である場合、第1中間制御量と第2中間制御量を合計した合計制御量が、前方水平舵4の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となるからである。
制御部30は、ステップS605が終了した後に“3”で示される図7のステップS615に処理を進める。
このようにしているのは、ステップS608からステップS614までの処理において、中間制御量の値が負になることによる不具合を解消するためである。ただし、後述するように、ステップS606とステップS607が実行される場合には、図7のステップS616の処理を異ならせるようにする。
深度制御則の優先度とピッチ制御則の優先度は、予め決められたものであっても良いし、水中航走体1の操作者が任意に決定できるものとしても良い。また例えば、水中航走体1の深度が深くなって水底に近づいた場合に深度制御則の優先度をピッチ制御則の優先度より高くし、水中航走体1の深度が浅くなって水底から遠ざかった場合にピッチ制御則の優先度を深度制御則の優先度より高くするようにしても良い。
ここで、第1保証制御量とは、前方水平舵4の最大制御量である20°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。
また、ステップS611で、制御部30は、第2中間制御量を第2最終制御量として決定する。
ステップS610とステップS611のように第2最終制御量を決定することで、ピッチ制御則(第2最終制御量に対応)を優先した場合であっても深度制御則(第1最終制御量に対応)が少なくとも第1保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。
また、ステップS614で、制御部30は、第1中間制御量を第1最終制御量として決定する。
ステップS613とステップS614のように第1最終制御量を決定することで、深度制御則に応じた第1最終制御量とピッチ制御則に応じた第2最終制御量の合計制御量が、前方水平舵4の最大制御量である20°を超えないようにすることができる。
そして、ステップS616で、合計制御量を、前方水平舵4を駆動する前方水平舵駆動部41に入力して前方水平舵4を制御する。
なお、ステップS606およびステップS607を実行せずにステップS616が実行される場合は、ステップS615で算出された合計制御量がそのまま前方水平舵駆動部41に入力される。
一方、ステップS606およびステップS607を実行してステップS616が実行される場合は、ステップS615で算出された合計制御量を負の値に変換して前方水平舵駆動部41に入力される。
従って、第1中間制御量と第2中間制御量の双方が正の値である場合は前方水平舵4が正の角度となるように制御される。一方で、第1中間制御量と第2中間制御量の双方が負の値である場合は前方水平舵4が負の角度となるように制御される。
ステップS617で、制御部30は、深度制御則に対応する制御量である第1中間制御量が、前方水平舵4の最大制御量である20°から第2保証制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部30は、第1中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップS618へ処理を進め、そうでなければステップS619に処理を進める。
ここで、第2保証制御量とは、前方水平舵4の最大制御量である20°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。
また、ステップS619で、制御部30は、第1中間制御量を第1最終制御量として決定する。
ステップS618とステップS619のように第1最終制御量を決定することで、深度制御則(第1最終制御量に対応)を優先した場合であってもピッチ制御則(第2最終制御量に対応)が少なくとも第2保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。
また、ステップS622で、制御部30は、第2中間制御量を第2最終制御量として決定する。
ステップS621とステップS622のように第2最終制御量を決定することで、ピッチ制御則に応じた第2最終制御量と深度制御則に応じた第1最終制御量の合計制御量が、前方水平舵4の最大制御量である20°を超えないようにすることができる。
そして、制御部30は、ステップS621またはステップS622を実行した後は、“3”で示される図7のステップS615に処理を進め、前述したステップS615およびステップS616を実行する。
図9のステップS901からステップS903では、第3中間制御量と第4中間制御量が正の値であるかどうかが判定される。
制御部30は、第3中間制御量と第4中間制御量のいずれも正である場合(S901でYESかつS902でYES)、“4”で示されるステップS908に処理を進める。
このようにしているのは、第3中間制御量と第4中間制御量のいずか一方が正で、他方が負である場合、第3中間制御量と第4中間制御量を合計した合計制御量が、後方水平舵5の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となるからである。
制御部30は、ステップS905が終了した後に“6”で示される図10のステップS915に処理を進める。
このようにしているのは、ステップS908からステップS914までの処理において、中間制御量の値が負になることによる不具合を解消するためである。ただし、後述するように、ステップS906とステップS907が実行される場合には、ステップS916の処理を異ならせるようにする。
深度制御則の優先度とピッチ制御則の優先度は、予め決められたものであっても良いし、水中航走体1の操作者が任意に決定できるものとしても良い。また例えば、水中航走体1の深度が深くなって水底に近づいた場合に深度制御則の優先度をピッチ制御則の優先度より高くし、水中航走体1の深度が浅くなって水底から遠ざかった場合にピッチ制御則の優先度を深度制御則の優先度より高くするようにしても良い。
ここで、第3保証制御量とは、後方水平舵5の最大制御量である20°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。
また、ステップS911で、制御部30は、第4中間制御量を第4最終制御量として決定する。
ステップS910とステップS911のように第4最終制御量を決定することで、ピッチ制御則(第4最終制御量に対応)を優先した場合であっても深度制御則(第3最終制御量に対応)が少なくとも第3保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。
また、ステップS914で、制御部30は、第3中間制御量を第3最終制御量として決定する。
ステップS913とステップS914のように第3最終制御量を決定することで、深度制御則に応じた第3最終制御量とピッチ制御則に応じた第4最終制御量の合計制御量が、後方水平舵5の最大制御量である20°を超えないようにすることができる。
そして、ステップS916で、合計制御量を、後方水平舵5を駆動する後方水平舵駆動部42に入力して後方水平舵5を制御する。
なお、ステップS906およびステップS907を実行せずにステップS916が実行される場合は、ステップS915で算出された合計制御量がそのまま後方水平舵駆動部42に入力される。
一方、ステップS906およびステップS907を実行してステップS916が実行される場合は、ステップS915で算出された合計制御量を負の値に変換して後方水平舵駆動部42に入力される。
従って、第3中間制御量と第4中間制御量の双方が正の値である場合は後方水平舵5が正の角度となるように制御される。一方で、第3中間制御量と第4中間制御量の双方が負の値である場合は後方水平舵5が負の角度となるように制御される。
ステップS917で、制御部30は、深度制御則に対応する制御量である第3中間制御量が、後方水平舵5の最大制御量である20°から第4保証制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部30は、第3中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップS918へ処理を進め、そうでなければステップS919に処理を進める。
ここで、第4保証制御量とは、後方水平舵5の最大制御量である20°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。
また、ステップS919で、制御部30は、第3中間制御量を第3最終制御量として決定する。
ステップS918とステップS919のように第3最終制御量を決定することで、深度制御則(第3最終制御量に対応)を優先した場合であってもピッチ制御則(第4最終制御量に対応)が少なくとも第4保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。
また、ステップS922で、制御部30は、第4中間制御量を第4最終制御量として決定する。
ステップS921とステップS922のように第4最終制御量を決定することで、ピッチ制御則に応じた第4最終制御量と深度制御則に応じた第3最終制御量の合計制御量が、後方水平舵5の最大制御量である20°を超えないようにすることができる。
そして、制御部30は、ステップS921またはステップS922を実行した後は、“6”で示される図10のステップS915に処理を進め、前述したステップS915およびステップS916を実行する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
第1実施形態は、水中航走体1の前方水平舵4および後方水平舵5を、深度制御則およびピッチ制御則に基づいて制御するものであった。
それに対して、第2実施形態は、水中航走体1の前方垂直舵6および後方垂直舵7を、方位制御則およびヨー制御則に基づいて制御するものである。
なお、以下では第1実施形態と同一符号のものは構成が同一であるものとし、説明を省略する。また、以下で特に説明する部分を除き、第1実施形態と同様であるものとする。
前方垂直舵6の位置 後方垂直舵7の位置 姿勢 進行方向
h(0°) k(0°) 水平 水平
g(+20°) j(+20°) 水平 左方向
i(−20°) l(−20°) 水平 右方向
g(+20°) l(−20°) 左向き 水平
i(−20°) j(+20°) 右向き 水平
図13は、方位制御則に基づいて、前方垂直舵に対応する第1中間制御量と、後方垂直舵に対応する第3中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。図14は、ヨー制御則に基づいて、前方垂直舵6に対応する第2中間制御量と、後方垂直舵7に対応する第4中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。
図13のステップS1301で、制御部30は、水中航走体1の目標方位を設定する。また、ステップS1302で、制御部30は、現在の機体方位を検出する。具体的には、制御部30が、機体方位センサ(不図示)に機体2の中心位置Cの方位(緯度および経度)の検出を指示する。機体方位センサは、機体方位を検出して制御部30に通知する。
ここで、方位制御則とは、現在の機体方位が目標方位から離れている場合に、水中航走体1の方位を目標方位に近づけるようにする制御則をいう。例えば、目標方位が現在の機体方位より機体軸の左側にある場合は、前方垂直舵6に対応する第1中間制御量を正の値とし、水中航走体1を左方向に移動させるようにする。
例えば、目標方位が現在の機体方位より機体軸の左側にある場合は、後方垂直舵7に対応する第3中間制御量を正の値とし、水中航走体1を左方向に移動させるようにする。
以上の図13の処理により、方位制御則に基づいて、前方垂直舵6を駆動する前方垂直舵駆動部43に対応する第1中間制御量と、後方垂直舵7を駆動する後方垂直舵駆動部44に対応する第3中間制御量が算出される。
なお、方位制御則に基づいて算出される第1中間制御量は、前方垂直舵6の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。同様に、方位制御則に基づいて算出される第3中間制御量は、後方垂直舵7の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。
図14のステップS1401で、制御部30は、水中航走体1の目標ヨー角度を設定する。また、ステップS1402で、制御部30は、現在の機体2のヨー角度を検出する。具体的には、制御部30が、機体姿勢センサ80に機体2のヨー角度の検出を指示する。そして、機体姿勢センサ80が、ヨー角度を検出して制御部30に通知する。
ここで、ヨー制御則とは、現在のヨー角度が目標ヨー角度から離れている場合に、水中航走体1の機首方向を目標ヨー角度に近づけるようにする制御則をいう。例えば、現在のヨー角度が目標ヨー角度より大きい場合は、前方垂直舵6に対応する第2中間制御量を負の値とし、水中航走体1の機首を右方向に向けるようにする。
例えば、現在のヨー角度が目標ヨー角度より大きい場合は、後方垂直舵7に対応する第4中間制御量を正の値とし、水中航走体1の機首を右方向に向けるようにする。
以上の図14の処理により、ヨー制御則に基づいて、前方垂直舵6を駆動する前方垂直舵駆動部43に対応する第2中間制御量と、後方垂直舵7を駆動する後方垂直舵駆動部44に対応する第4中間制御量が算出される。
なお、ヨー制御則に基づいて算出される第2中間制御量は、前方垂直舵6の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。同様に、ヨー制御則に基づいて算出される第4中間制御量は、後方垂直舵7の回動範囲である+20°から−20°までの範囲の値となる。
そして、第1実施形態の図6から図8の処理を実行することにより、第1中間制御量と第2中間制御量に基づいて、第1最終制御量と第2最終制御量を決定するとともに、それらの合計制御量を算出する。
図6から図8の処理の詳細については、第1実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。ただし、第1実施形態の図7のステップS616では前方水平舵4を制御したが、第2実施形態では前方垂直舵6を制御する。
図9から図11の処理の詳細については、第1実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。ただし、第1実施形態の図10のステップS916では後方水平舵5を制御したが、第2実施形態では後方垂直舵7を制御する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
第1実施形態および第2実施形態では、水中航走体1が、前方水平舵4、後方水平舵5、前方垂直舵6、および後方垂直舵7の回動状態を制御するものであったが、他の態様であってもよい。
例えば、4輪を備える車両が、各車輪に設けられたサスペンションの変位を制御するものであっても良い。ここで、各車輪に設けられたサスペンションとは、例えば、油圧により伸縮可能なピストンロッドを備えるものである。ピストンロッドの一端が車体に回動可能に固定されるとともに、ピストンロッドの他の一端が車輪に回動可能に固定される。
2 機体
3 推進器
4 前方水平舵
5 後方水平舵
6 前方垂直舵
7 後方垂直舵
30 制御部
41 前方水平舵駆動部
42 後方水平舵駆動部
43 前方垂直舵駆動部
44 後方垂直舵駆動部
Claims (2)
- 水中航走体の前方に設けられた前方水平舵と、
前記前方水平舵を回動させる第1駆動手段と、
前記水中航走体の後方に設けられた後方水平舵と、
前記後方水平舵を回動させる第2駆動手段と、
前記水中航走体の深度を制御する深度制御則に基づいて、前記第1駆動手段に対応する第1中間制御量と、前記第2駆動手段に対応する第3中間制御量とを算出する第1算出手段と、
前記水中航走体の機首方向を制御するピッチ制御則に基づいて、前記第1駆動手段に対応する第2中間制御量と、前記第2駆動手段に対応する第4中間制御量とを算出する第2算出手段と、
前記第1算出手段により算出された前記第1中間制御量および前記第2算出手段により算出された前記第2中間制御量に基づいて、前記深度制御則に応じた第1最終制御量および前記ピッチ制御則に応じた第2最終制御量を決定し、前記第1最終制御量および前記第2最終制御量の合計制御量を前記第1駆動手段に入力して前記前方水平舵を制御する第1制御手段と、
前記第1算出手段により算出された前記第3中間制御量および前記第2算出手段により算出された前記第4中間制御量に基づいて、前記深度制御則に応じた第3最終制御量および前記ピッチ制御則に応じた第4最終制御量を決定し、前記第3最終制御量および前記第4最終制御量の合計制御量を前記第2駆動手段に入力して前記後方水平舵を制御する第2制御手段と、を備え、
前記第1制御手段は、
前記第1中間制御量が、前記前方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第1最大制御量より少ない第1保証制御量以上である場合は、前記第1保証制御量以上となるように前記第1最終制御量を決定し、
前記第2中間制御量が、前記第1最大制御量より少ない第2保証制御量以上である場合は、前記第2保証制御量以上となるように前記第2最終制御量を決定し、
前記第1最終制御量と前記第2最終制御量の合計制御量が前記第1最大制御量を超えないように前記第1最終制御量および前記第2最終制御量を決定し、
前記第2制御手段は、
前記第3中間制御量が、前記後方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第2最大制御量より少ない第3保証制御量以上である場合は、前記第3保証制御量以上となるように前記第3最終制御量を決定し、
前記第4中間制御量が、前記第2最大制御量より少ない第4保証制御量以上である場合は、前記第4保証制御量以上となるように前記第4最終制御量を決定し、
前記第3最終制御量と前記第4最終制御量の合計制御量が前記第2最大制御量を超えないように前記第3最終制御量および前記第4最終制御量を決定することを特徴とする水中航走体。 - 水中航走体の前方に設けられた前方垂直舵と、
前記前方垂直舵を回動させる第1駆動手段と、
前記水中航走体の後方に設けられた後方垂直舵と、
前記後方垂直舵を回動させる第2駆動手段と、
前記水中航走体の方位を制御する方位制御則に基づいて、前記第1駆動手段に対応する第1中間制御量と、前記第2駆動手段に対応する第3中間制御量とを算出する第1算出手段と、
前記水中航走体の機首方向を制御するヨー制御則に基づいて、前記第1駆動手段に対応する第2中間制御量と、前記第2駆動手段に対応する第4中間制御量とを算出する第2算出手段と、
前記第1算出手段により算出された前記第1中間制御量および前記第2算出手段により算出された前記第2中間制御量に基づいて、前記方位制御則に応じた第1最終制御量および前記ヨー制御則に応じた第2最終制御量を決定し、前記第1最終制御量および前記第2最終制御量の合計制御量を前記第1駆動手段に入力して前記前方垂直舵を制御する第1制御手段と、
前記第1算出手段により算出された前記第3中間制御量および前記第2算出手段により算出された前記第4中間制御量に基づいて、前記方位制御則に応じた第3最終制御量および前記ヨー制御則に応じた第4最終制御量を決定し、前記第3最終制御量および前記第4最終制御量の合計制御量を前記第2駆動手段に入力して前記後方垂直舵を制御する第2制御手段と、を備え、
前記第1制御手段は、
前記第1中間制御量が、前記前方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第1最大制御量より少ない第1保証制御量以上である場合は、前記第1保証制御量以上となるように前記第1最終制御量を決定し、
前記第2中間制御量が、前記第1最大制御量より少ない第2保証制御量以上である場合は、前記第2保証制御量以上となるように前記第2最終制御量を決定し、
前記第1最終制御量と前記第2最終制御量の合計制御量が前記第1最大制御量を超えないように前記第1最終制御量および前記第2最終制御量を決定し、
前記第2制御手段は、
前記第3中間制御量が、前記後方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第2最大制御量より少ない第3保証制御量以上である場合は、前記第3保証制御量以上となるように前記第3最終制御量を決定し、
前記第4中間制御量が、前記第2最大制御量より少ない第4保証制御量以上である場合は、前記第4保証制御量以上となるように前記第4最終制御量を決定し、
前記第3最終制御量と前記第4最終制御量の合計制御量が前記第2最大制御量を超えないように前記第3最終制御量および前記第4最終制御量を決定することを特徴とする水中航走体。
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