JPS5917263B2 - ガスタ−ビンエンジンナセル - Google Patents

ガスタ−ビンエンジンナセル

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JPS5917263B2
JPS5917263B2 JP50133124A JP13312475A JPS5917263B2 JP S5917263 B2 JPS5917263 B2 JP S5917263B2 JP 50133124 A JP50133124 A JP 50133124A JP 13312475 A JP13312475 A JP 13312475A JP S5917263 B2 JPS5917263 B2 JP S5917263B2
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nacelle
core engine
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンに関し、特にガスタービ
ンエンジン用ナセルに関する。
航空気に動力を与えるジェットエンジンは、空気力学的
全抗力を減らし且つエンジン性能を高めるためエンジン
を囲むナセル又は他の流線形構造体を備える。
大径ガスターボファンエンジンの出現と共に、ファンを
囲む所要ナセル構造体は次第に重さを増すようになり、
その結果、航空機の重量が増しそして航続距離が減るこ
とになる。
この問題は欠のような不利な事実、すなわち、ナセルハ
非常ニ大きく且つ重いので今日の比較的軽量のガスター
ビンエンジンによって支持されえないという事実を伴な
う。
それゆえ、ナセルはエンジンと同様に航空機のパイロン
から懸架される。
したがって、ナセルとエンジンには、軽量の一体化され
たエンジンとナセルを用いれば除去しつるような過剰構
造部分が存在する。
典型的な場合、ガスターボファンエンジンでは、ファン
がコアエンジンの前方に設置され、エンジンのタービン
部によって連結軸を介して回転自在に駆動される。
このファンはコアエンジンの周囲に多量の空気を通すニ
役立ち、これによりエンジンの全推力を高める。
コアエンジンをバイパスする上記の多量の空気(しばし
ば、コアエンジンによって吸引される空気の量の数倍の
空気)は環状のファンバイパスダクトを通って流れる。
ファンバイパスダクトはたとえば、コアエンジンおよび
環状域の内壁からなる関連ノ・ウジング(またはコアナ
セル)によって少なくとも部分的に画成される。
外壁は部分的にエンジン構造体によって画成されるが、
主としてファンナセルによン って画成される。
ファンナセルは前述のごとくパイロンまたは航空機の翼
によって支持される。
ファンバイパスダクトの限定された軸方向範囲を囲むシ
ュラウドまたはリングが設けられ、このシュラウドは空
気力学的に整形された支柱部材を介してコアエンジンに
連結される。
このウェブ構造体は通常ファンフレームとして知られて
いる。
前述の支柱に加えて、1段の案内羽根が環状域を横切っ
て配設され、ファンから出る流れから角運動量を除き、
これによって軸方向推力を高める。
上記の支柱はシュラウド用の荷重支承構造体として役立
ち、他方案内羽根は空気力学的な荷重だけを受ける。
支柱と案内羽根を一体化すれば、過剰な構造部分が無く
なり、重さが減少する。
ファンナセルはファンフレームとシュラウドを囲み、そ
して環状ファンバイパス流路の残部を画成し、またエン
ジンのための外側流線形包絡面を画成する。
それゆえ、過剰構造部分は支柱と案内羽根に存在し、ま
た、パイロンからエンジンおよびナセルからパイロンに
至る構造体にも存在する。
加えて、航空機エンジンの取りはずしは、現在、エンジ
ンへの接近のためにナセルの[アンハトニング(unb
uttoning ) Jを必要とする。
コレハナセルが本発明と同じ譲受人に譲渡されたジョン
ソン等の米国特許第3541794号に例示されるよう
な分割型のナセルである場合ですらもしばしばやっかい
な方法である。
エンジンとナセルを一体化すれば、この方法は簡単にな
り、そしてパイロンの所でエンジンをその外部において
切り離すことが比較的簡単になる。
ナセルとエンジンが一体でないことからさらに別の一層
基本的な問題が生じる。
それは、多様な構成部品の設計に対する責任がしばしば
相異なる複数の製造会社に存するので、ナセルとエンジ
ンの空気力学的に最も効率の良い整合が、個別の構造的
配慮の無視によって達成されないという問題である。
エンジンとナセルの一体化はエンジン効率を最適にし、
かくて、前述の重量削減の可能性により達成しつる性能
向上に加えてさらに一段の性能向上が可能となる。
それゆえ、航空機エンジン製造会社が直面する問題は、
重量削減と空気力学的整合の改良を通じて全体性能を高
めるようなエンジン構造体と一体の軽量ナセルな提供す
ることである。
したがって、本発明の目的は、現在のガスタービンエン
ジンとナセルのシステムに存在する過剰な構造部分を除
いたナセルを提供し更にガスタービンエンジンと一体化
することで装置重量ヲ減らスコとで航空機性能を高める
ことである。
併合発明の目的は上記目的の他に航空機等から単一のユ
ニットとして取りはずしつる一体化されたエンジンとナ
セルを提供することである。
上記およびその他の目的および利点は、以下の例示的な
詳述から一層明らかとなろう。
本発明の概要を述べると、上記の目的は次のようにして
達成される。
軽量の複合材料を独得の構造的関係に組合わせることに
よって、ナセル構造体はエンジンによって全体的に支持
される。
その支持構造体はガスタービンエンジンの一体的構造体
である。
エンジンおよびナセル構造体の一体化の結果として、余
分な構造部分が除去される。
さらに、ナセルの内面は環状ファンバイパスダクトの外
側流路壁面となるような空気力学的な輪郭を有しつる。
また、多層構造であるが均一厚さのナセルの半径方向外
面はエンジンの流線形包絡面として役立つ。
ナセル支持構造体とナセル自体の合体はまた、両者が単
一の剛性体を形成するので、その組立体の剛性を高める
添付の全図にわたって、同符号は同要素を示す。
第1図において、本発明によるエンジンを総括的に符号
10で示す。
このエンジンは概して、コアエンジン12と、1段のフ
ァン動翼15を含むファン組立体14と、軸18によっ
てファン組立体14に連結されるファンタービン16と
からなるものと考えてよい。
コアエンジン12はロータ22を有する軸流圧縮機20
を含む。
空気は入口24にはいり、まずファン組立体14によっ
て圧縮される。
この圧縮空気の第1部分は、コアエンジン12とそれを
囲むファンナセル28によって部分的に画成されたファ
ンバイパスダク)26に流入し、そしてファンノズル3
0から流出する。
上記圧縮空気の第2部分は入口32に流入し、軸流圧縮
機20によってさらに圧縮された後、燃焼器34に達し
、そこで燃料が燃焼し、かくて高エネルギ燃焼ガスが発
生してタービン36を駆動する。
タービン36はガスタービンエンジンの通常の方法で軸
38を介してロータ22を駆動する。
高渦燃焼ガスは次にファンタービン16に達してそれを
駆動し、ファンタービン16はファン組立体14を駆動
する。
ファン組立体14によって空気がファンノ檜パスダクト
26からファンノズル30を通って噴出する。
この空気の噴出と、プラグ42によって部分的に画成さ
れるコアエンジンノズ、t1/4Qからの燃焼ガスの噴
出とによって推進力が得られる。
以上の説明は今日の多くのガスタービンエンジンの代表
的な説明であって、本発明を限定するものではない。
以下の説明から明らかになるように、本発明は任意のガ
スタービンエンジンに適用しつるもので、ターボファン
型のガスタービンエンジンに必ずしも限定されるもので
はない。
したがって、第1図に示すエンジンの働きに関する以上
の説明は一遍用例の説明に過ぎない。
第1図に示す本発明の詳細な説明をさらに続けると、図
示のごとく、エンジン10は総括的に44で示すパイロ
ンから懸架され、パイロン44ハ、例えハ、トラス構造
体48によって航空機翼46からそれと一体に懸架され
る。
パイロン44は、総括的に50で示す航空機補機を内蔵
する。
また、総括的に50で示す重要なエンジン補機は、第3
図に明示のごとくエンジン金属構造体の一体部分である
が、パイロン44のポケット51内に存スる。
エンジン10をパイロン44と航空機補機50から分離
するため適当な切離し手段が設けられる。
これらの補機は軸52によるコアエンジン12との連結
によって駆動される。
補機への接近はパイロンドア53(第4図)によつ゛て
可能である。
エンジン10は推力マウント組立体54にヨッテハイロ
ン44に装着される。
このマウント組立体については後に詳述する。
第2図は、第1図に示す本発明の一体化ナセルの形状を
詳細に示す。
ナセル28は、実質的に筒形のシュラウドのようなシュ
ラウド装置56を含み、このシュラウドはファン動翼1
5とコアエンジン12の一部を包囲する。
シュラウド56は内壁60と外壁62の間に介在するハ
ココム形のコア58からなる。
必要ではないが音響的に望ましいことは、当業者に周知
のごとく、エンジンを通る原動流体と上記の区画式ハニ
コムコアとの間に流体の連通をもたらすよう内壁60に
多孔を設けることである。
さらに、やはり、当業者に周知のごとく、原動流体と連
通ずるハニコムコア58の深さを、個別の音響振動数に
そのシステムを「同調」させるよう調整するため中間壁
64を設けつる。
また、シュラウド56には、ファン動翼15のまわりに
周方向の摩耗可能挿入物66が埋込まれている。
この挿入物66は、ファン動翼とこすり合う場合に摩耗
可能な表面を有する。
(ファン組立体は固定ピッチ型の動翼と同様に可変ピッ
チ型の動翼を含みつるということに留意されたい。
)挿入物66は摩耗可能表面の面積(したがって、ファ
ン動翼にかかる摩擦力)を減らすみぞ68を備えうる。
みぞ68はまたファンの空力性能を高める。
加えて、収納リング70が摩耗挿入体66とハニコムコ
ア58との間に介在する。
図示の好適実施例はコア構造体58としてハニコム構造
体を包含するが、内壁60と外壁62を有するかまたは
有しない実質的に固体構造のシュラウドを設けることも
本発明の範囲内にある。
第1連続外側フーグγ2と、それと類似の軸方向に隔た
る第2外側フープT4がコアエンジン12を包囲する。
これらのフープは、フランジ付キプレース16〜80と
アングルプレース82〜86によって壁60〜64に固
定される。
外側フープ72.74は一体の単一材料からも形成可能
であり、この場合はプレース76〜86が不要となる。
また、2個だけの外側フープ72.74が図示されてい
るが、特定の設計基準によって1個以上設けることも本
発明の範囲内にある。
第2図から明らかな様に、フープ72.74並びに壁6
2.64は結合されて環状の外側トーション・ボックス
(torque box )構造を形成し、他方、フー
プ72,74は壁60,64と協同して、結合された環
状の内側トーション・ボックス構造を形成する。
壁並びにフープに固定されたプレース76.78,80
.82,84及び86により、予期する全ての荷重にお
いて、トーション・ボックスの変形が生じないための必
要なせん断結合(5hearconnection )
が提供される。
これ等のトーション・ボックスは、シュラウド56の自
重に関連して生ずる曲げモーメント並びに入口24より
流入する空気によってシュラウド56に生スる空気力学
的荷重をフープ72.74に、そして最終的には、後に
詳述する支柱106,108を介してコアエンジンに伝
達する。
即ち、壁60゜62.64はフープ72,74に円周方
向支持を与える荷重支承壁であり、その荷重は結局コア
エンジン12により支えられる。
中間壁64は、既に述べた様にハニコムコア58の中間
部の深さを調整するため設けられる。
従って、この壁を荷重支承壁としても利用することは便
利であるが、いくつかの用途では、中間壁及び内側トー
ション・ボックス構造が不要となることが明らかである
第2図と第4図では、新規なナセル形状の詳細がさらに
明示されている。
図から明らかなように、ナセ/L/28はコアエンジン
12を囲む外側フープ12を有して、荷馬車の車輪に似
ている。
外側フープ72.74と同軸的な内側フープ88. 9
0がコアエンジン内に配設され、ナセル28をボルト9
4等によって静止コア構造体92に取付ける手段として
役立つ。
内側フープ88.90はまたコアエンジン12の剛性を
高める。
外側フープと内側フープの間の半径方向位置罠中間フー
プが存する。
図では2個の中間フープ、すなわち軸方向前方フープ9
6と軸方向後方フープ98が示されている。
これらのフープはたとえば分流体100(第2図)の内
部にあって剛性の向上に役立つ。
分流体100はファン原動流体をバイパス部分26と、
入口32に流入するコア部分とに分けるに役立つ。
分流体とコアエンジン構造体の剛性を高めるために別の
1対の内側フープ99と中間フープ101が設けられて
いる。
内側支柱102,104のようなウェブ装置がそれぞれ
の内側および中間フープと一体に形成され、両フープ間
に延在する。
同様に、外側支柱106.108のような別のウェブ装
置がそれぞれの中間および外側フープと一体に形成され
、両フープ間に延在する。
シース110,112が内側支柱102,104と外側
支柱106.108を包囲して、これらの支柱に空力的
輪郭を与える。
シース110,112は、反りや食い違い等の特性を有
する翼形輪郭を有するように形成されつる。
第2図に示すように、外側支柱106,108はそれら
を通過する原動流体を適当に方向づける案内羽根の機能
を果たすような輪郭な有する。
内側支柱102.104と外側支柱106,108の数
は同じである必要はなく、第4図のシース付き外側支柱
は図解的に示されたに過ぎない。
というのは、代表的な1段の案内羽根の剛率をもたらす
には図示の支柱数よりかなり多数の支柱が必要となるは
ずだからである。
実質的に、一体化された車輪状ナセルフレーム構造体は
ナセル28を全体的にコアエンジン12上に支持するよ
うに設けられる。
換言すれば、一体に結合されたトラスはナセルの主要な
荷重支承構造を含むものとして形成される。
この一体化構造体は軽量の高強度複合材料で作られるの
が好まし、・。
代替的に、その構造体の少なくとも一部分、例えば支柱
102〜108を、接着された積層複合フィラメントで
作ることも可能である。
ファンナセル28はさらに、整形リップ116(第1図
)な有する入口ダクト114を含む。
このダクトはシュラウド56から懸架され、それと一体
または着脱自在に形成されつる。
第3図に仮想線で示すようにファン組立体14への接近
が容易例なるよう入口ダクトを振り出すことを可能にす
るため連結用ヒンジ118を設げうる。
代替的に、公知型の急速解放ファスナを用いるか、ある
いはヒンジ118をナセル外周の別の位置に設けること
も可能である。
また、総括的に120で示す排気ダクトをシュラウド5
6の軸方向後端に装着する。
第2. 3. 5図はヒンジ型の排気ダクトを例示する
このダクトにQ払シュラウド56と一体に形成された後
方突出背柱122が加えられており、この背柱にナセル
ドア124,126がそれぞれヒンジ128,130に
よって止められている。
これらのドアはシュラウド56に、それぞれに形成され
た突起部132とみぞ134(第2図)のような手段の
協働によって固定される。
シール136が、協働する突起部132とみぞ134に
よって形成される継目を通る原動流体の流れを阻止する
よう設けられる。
仮想線(第5図)で示す状態でコアエンジン12に接近
しつる。
−図示してないが、コアエンジン12はまたヒンジ型ま
たは分割型のナセル138を備える。
第1図において、入口ダクト114と排気ダクト120
は軽量の高強度複合材料で形成されたものが好適である
当業者に周知の種類の防音処理135を、入口ダクトと
出口ダクトのそれぞれによって部分的に形成されたファ
ンバイパスダクト外面13γに施しうる。
第1図に示すように、防音処理135は、少なくとも部
分的に、ノ・ニコムのようなフル・デプス(full
depth )防音材料を用いた処理でよい。
防音材料がダクト壁内に一体的に形成されそして、符号
135で示すように、それ自体適当な荷重支承能力をも
ちつるよう、すぐれた複合材料の使用が望ましい。
このような荷重支承用フルデプス防音構造体は、複合材
料で作られた場合、重量削減に大いに役立つ。
ファンナセル内面137(ファンバイパスダクト外側流
路を形成する面)とナセル外面139は、最も効率の良
い形状を有するよう空力的に整形されつる。
第3図は一体化ナセル28全体と、それを典型的な航空
機パイロン44から取りはずす仕方とを示す略図である
トラス構造体48は前側パイロンマウント140を含み
、このマウントはエンジンバンガー142とのピンまた
はボルト連結によってエンジンを部分的に支持する。
他方、推力に対する支持は推力マウント組立体54によ
ってなされる。
後側パイロンマウント144は推力ロット148によっ
て前側エンジンマウント1461C作動的に連結され、
エンジンマウント146は中間フープ98と一体に形成
される。
同様のエンジンマウント(図示せず)がエンジンの他の
側ニ設げられ、推力ロット150によって後側パイロン
マウント144に連結される。
ピン152(第2図)はエンジンマウント146と推力
ロット148の連結を容易にする。
後側パイロンマウ/)144ハサらにバンガー156を
介して後側エンジンマウント154(第1図)に連結さ
れる。
パイロンマウント140,144における公知の型の簡
単な切離し手段が、一体化されたエンジンとナセル全体
の取りはすしを可能にし、その際、プルシャフト52が
パイロン44内に残存するエンジン補機50から離れる
かくて本発明は、最初にナセルをガスタービンエンジン
て取付け、次にエンジンを航空機のような乗物に取付け
る段階を含むガスタービンエンジンを乗物に取付ける簡
単な方法を提供する。
逆に、ナセルを航空機に懸架し、次にエンジンをナセル
で支持することも可能である。
当業者に明らかなように、上述のナセルに対し本発明の
概念を逸脱することなく多様な改変が可能である。
たとえば、用途によっては、入口ダクト114が排気ダ
クト120をシュラウド56からではなく実質的にパイ
ロン44から懸架することが適切かもしれない。
また、ファンまたはバイパスダクトが無いターボジェッ
トに本発明を適用する場合、中間リング96.98を除
いて内側リング88.90と外側リング72.74を一
体のスポーク付き構造体によって直接連結することが可
能であろう。
この場合、ナセルは実質的にコアエンジンナセルからな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるガスタービンエンジンの略図、第
2図は第1図のエンジンの一部分の拡大断面図で、本発
明の一部分を詳細に示す図である。 第3図は本発明によるエンジンを代表的な航空機パイロ
ンから取りはずす仕方を示す略図、第4図は第1図の線
4−4にそう本発明実施例の断面図、第5図は第4図に
類似の図で第1図の線5−5にそう断面図である。 12:コアエンジン、28:ナセル、44:パイロン、
51:ポケット、56:シュラウド、γ2゜74・外側
フープ、88.90:内側フープ、96゜98:中間フ
ープ、102,104:内側支柱、106.108:外
側支柱、110,112:シース、114:入口ダクト
、116:リング、118:ヒンジ、120:排気ダク
ト、122:背柱、128,130:ヒンジ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 人口と出口とを有するファンバイパス環状流路と、
    この環状流路と連通ずる入口ダクトを有スるコアエンジ
    ンと、ナセルとを含み、このナセルは、対をなして軸方
    向に相隔る外側および内側の同心環状複合材料フープと
    、各対のフープの軸方向前側のものを一緒に固定的に結
    合しそしてさらに各対のフープの軸方向後ろ側のものを
    一緒に結合する複合材料フィラメント構造のウェブ手段
    とを含み、前記l対の内側フープは前記コアエンジン入
    口ダクトの半径方向内方において前記コアエンジン内に
    配置されかつそれに取付けられ、前記ナセルはまた、そ
    れぞれ前記環状流路とガスターボファンエンジンの外側
    輪郭とを部分的に画成するように前記1対の外側フープ
    間において両外側フープに接合される複合材料フィラメ
    ント構造の内壁および外壁を含み、前記1対の外側フー
    プと前記内外両壁は、曲げモーメントを両壁から前記ウ
    ェブ手段を介して前記コアエンジンに伝達するための1
    個のトーション・ボックスを形成するようにせん断継手
    で接合されている、ガスターボファンエンジン。 2 人口と出口とを有するファンバイパス環状流路と、
    この環状流路と連通ずる入口ダクトを有するコアエンジ
    ンと、ナセルとヲ含み、このナセルは、対をなして軸方
    向に相隔る外側および内側の同心環状複合材料フープと
    、各対のフープの軸方向前側のものを一緒に固定的に結
    合しそしてさらに各対のフープの軸方向後ろ側のものを
    一緒に結合する複合材料フィラメント構造のウェブ手段
    とを含み、前記1対の内側フープは前記コアエンジン入
    口ダクトの半径方向内方においてコアエンジン内に配置
    されかつそれに取付げられ、前記ナセルはまた、それぞ
    れ前記環状流路とガスターボファンエンジンの外側輪郭
    とを部分的に画成するように前記1対の外側フープ間に
    おいて両外側フープに接合される複合材料フィラメント
    構造の内壁および外壁と、両壁間に設けられそして前記
    1対の外側フープ間に軸方向に延在しかつ両外側フープ
    に接合された複合材料フィラメント構造の中間壁とを含
    み、前記1対の外側フープと前記内外両壁と前記中間壁
    は、曲げモーメントを前記諸壁から前記ウェブ手段を介
    して前記コアエンジンに伝達するための1対の同心環状
    の内側および外側トーション・ボックスを形成するよう
    にせん断継手で接合されている、ガスターボファンエン
    ジン。 3 人口と出口とを有するファンバイパス環状流路と、
    この環状流路と連通する入口ダクトを有するコアエンジ
    ンと、ナセルとを含み、このナセルは、対をなして軸方
    向に相隔る外側、中間および内側の同心環状複合材料フ
    ープと、各対のフープの軸方向前側のものを一緒に固定
    的に結合しそしてさらに各対のフープの軸方向後ろ側の
    ものを一緒に結合する複合材料フィラメント構造のウェ
    ブ手段とを含み、前記1対の内側フープは前記コアエン
    ジン入口ダクトの半径方向内方において前記コアエンジ
    ン内に配置されかつそれに取付けられ、前記1対の中間
    フープは前記コアエンジン内に配置されかつ実質的に前
    記環状流路と前記コアエンジン入口ダクトとの間に延在
    し、前記ナセルはまた、それぞれ前記環状流路とガスタ
    ーボファンエンジンの外側輪郭とを部分的に画成するよ
    うに前記1対の外側フープ間において両外側フープに接
    合される複合材料フィラメント構造の内壁および外壁と
    、両壁間に設げられそして前記1対の外側フープ間に軸
    方向に延在しかつ両外側フープに接合された複合材料フ
    ィラメント構造の中間壁とを含み、前記1対の外側フー
    プと前記内外両壁と前記中間壁は、曲げモーメントを前
    記路壁から前記ウェブ手段を介して前記コアエンジンに
    伝達するための1対の同心環状の内側および外側トーシ
    ョン・ボックスを形成するようにせん断継手で接合され
    、前記ナセルはまた、両トーション・ボックス内におい
    て接合された複合材料コア材料を含む、ガスターボファ
    ンエンジン。 4 パイロンと、ガスターボファンエンジンと、装着手
    段とからなり、前記ガスターボファンエンジンは、原動
    流体を圧縮するためにファン段を回転駆動するコアエン
    ジンと、前記コアエンジンを略包囲−するファンバイパ
    ス環状流路と、このバイパス流路と連通ずるコアエンジ
    ン入口ダクトと、ファン原動流体をバイパス部分とコア
    エンジン部分とに分割する分流体゛と、複合材料フィラ
    メントを結合した構造の概して同心の内側および外側フ
    ープ手段を有する一体複合材料フレームとを含み、前記
    内側および外側フープ手段は、それらに接合された複合
    材料フィラメント構造の複数の概して半径方向に延在す
    るウェブ手段によって相互に連結され、前記内側フープ
    手段は実質的に前記分流体の内外両側間に延在しそして
    前記外側フープ手段はそれに接合された複合材料フィラ
    メント構造の内壁および外壁間に介在し、前記内壁は前
    記ターボファンエンジンの外側空力輪郭を画成し、前記
    内外両壁と前記外側フープ手段は、前記ウェブ手段を介
    して前記内側フープ手段と離隔関係にあるように全体的
    に支持されたシュラウドを形成し、前記装着手段は前記
    内側フープ手段を前記パイロンに連結スる、ガスターボ
    ファンエンジン。
JP50133124A 1974-11-08 1975-11-07 ガスタ−ビンエンジンナセル Expired JPS5917263B2 (ja)

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