KR101643660B1 - 라디에이터 냉각통로를 포함한 개인용 비행장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 조종사에 고정될 수 있는 하우징과, 적어도 한 쌍의 덕트 팬들과, 추진력을 발생하기 위해 동일 방향으로 양 팬들이 회전하도록 상기 팬들을 구동시키기 위해 상기 하우징에 장착되어 있는 적어도 하나의 엔진을 구비하고, 한 쌍의 덕트 팬들 중 하나는 하우징의 일측에 장착되고, 한 쌍의 덕트 팬들 중 다른 하나는 하우징의 타측에 장착되며, 각 팬은 회전축 주위로 회전하여 덕트의 진입단으로부터 덕트의 출구단으로 해당 덕트틀 통해 공기를 끌어당기고, 각 팬의 회전축은 하우징에 대해 고정되어 있으며, 상기 엔진 또는 각 엔진은 라디에이터에 의해 냉각되고, 상기 라디에이터 또는 각 라디에이터는 진입단이 상기 라디이에터의 일면과 통하고 출구단이 상기 덕트들의 진입단에 인접한 적어도 하나의 통로에 연결되어 있는 개인용 비행장치가 제공된다.

Description

라디에이터 냉각통로를 포함한 개인용 비행장치{PERSONAL FLIGHT DEVICE INCORPORATING RADIATOR COOLING PASSAGE}

본 발명은 수직 이착륙 개인용 비행장치, 즉, 다소 제트 벨트와 같이 조종사에 고정될 수 있고 조종사에게 제어가능한 구동비행을 제공하는 장치에 관한 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 종래 기술의 어떤 논의는 이런 종래 기술이 잘 알려져 있거나 해당분야에 통상적인 일반 지식의 일부를 형성하는 입장이 아닌 것에 유의해야 한다.

개인용 비행장치는 1960년대와 19070년대에 개발되었으나, 비행시간이 극히 짧으며(일반적으로 약 26초) 제어가 어려운 기본적으로 로켓기반의 장치(제트 벨트)였다. 또한, 이들 장치는 본질적으로 위험한 로켓 연료로 연료공급을 받는다.

장치의 관련된 타입으로, 연료가 촉매 베드로 공급되어 2개의 이격된 반대로 회전하는 터빈들 사이에 분포된 고온 가스를 생성하여 터빈 연소로부터 수직 추진력을 발생한다. 장치는 각 터빈의 베이스에 피봇된 슈라우드(shroud) 또는 전향장치 링들에 의해 조향된다.

더 최근에, 추진수단으로서 덕트 팬들을 이용한 많은 개인용 비행장치, 예컨대, 한 쌍의 덕트 팬들을 포함하고 조종사에 대해 덕트 팬들을 기울임으로써 조향되는 장치가 제안되었다.

덕트 팬보다는 슈라우드 프로펠러를 이용한 폭넓게 유사한 타입의 디자인이 제안되었다.

용어들이 본 명세서에 사용된 바와 같이, '슈라우드 프로펠러'와 '덕트 팬' 간의 구별은 기본적으로 덕트 팬은 덕트 내에 완전히 장착된 하나 이상의 (싱글 블레이드 또는 멀티 블레이드) 회전 에어포일 또는 팬을 구비한 것이다; 덕트는 팬의 전체 효율을 높인다. 슈라우드 프로펠러는 슈라우드에 의해 둘러싸인 회전 에어포일 또는 프로펠러를 구비하며, 슈라우드의 유일한 기능은 프로펠러를 보호하는 것이며, 슈라우드는 명백히 프로펠러의 효율에 영향을 주지 않는다.

다른 제안은 한 쌍의 덕트 팬을 포함하는 장치를 기술하고 있다. 이 장치에서, 팬은 지지 하네스(supporting harness)에 단단히 고정되어 있고, 각 팬의 유출구에 인접 장착된 플랩을 제어함으로써 조향이 이루어진다. 그러나, 이 설계에서, 2개의 팬은 반대로 회전하고 있고 따라서 상대적으로 복잡한 강체 변속 시스템을 이용한 기억박스를 통해 구동되어야 한다; 이는 장치에 상당한 무게를 부과한다.

단일 슈라우드 프로펠러 또는 덕트 팬에 대하여 다른 종래 기술의 제안이 있다. 단일 프로펠러/팬 장치는 충분한 양력을 제공하기 위해 프로펠러/팬이 매우 커야 하고 조종사가 일반적으로 프로펠러/팬이 시계 안전지점과는 이상적으로 매우 멀리 떨어져 자신의 위 아래에 있는 장치의 밸런스를 유지해야 하는 단점이 있다. 다른 단점은 단일 프로펠러/팬으로부터의 추진력이 어떤 식으로든 갈라져야 하고 이는 조향 튜브 또는 덕트에서 마찰손실이 큰 경향이 있다는 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 장치의 단점을 극복하고 비교적 사용하기 안전한, 가볍지만 강력한 개인용 비행장치를 제공하는 개인용 비행장치이다.

본 발명은

조종사에 고정될 수 있는 하우징과,

적어도 한 쌍의 덕트 팬들과,

추진력을 발생하기 위해 동일 방향으로 양 팬들이 회전하도록 상기 팬들을 구동시키기 위해 상기 하우징에 장착되어 있는 적어도 하나의 엔진을 구비하고,

한 쌍의 덕트 팬들 중 하나는 하우징의 일측에 장착되고, 한 쌍의 덕트 팬들 중 다른 하나는 하우징의 타측에 장착되며,

각 팬은 회전축 주위로 회전하여 덕트의 진입단으로부터 덕트의 출구단으로 해당 덕트틀 통해 공기를 끌어당기고,

각 팬의 회전축은 하우징에 대해 고정되어 있으며,

상기 엔진 또는 각 엔진은 라디에이터에 의해 냉각되고,

상기 라디에이터 또는 각 라디에이터는 진입단이 상기 라디이에터의 일면과 통하고 출구단이 상기 덕트들의 진입단에 인접한 적어도 하나의 통로에 연결되어 있는 개인용 비행장치를 제공한다.

대부분의 응용들은 장치의 전체 무게를 가능한 한 낮게 유지하는 것이 중요하기 때문에, 장치는 하나의 엔진과 한 쌍의 팬만을 사용할 수 있는 것이 고려된다. 그러나, 한 쌍 이상의 팬들을 사용할 수 있고, 각 쌍은 자신의 엔진에 의해 구동되거나, 둘 다/모든 쌍들이 하나의 엔진에 의해 구동된다.

바람직하게는, 하우징은 하네스에 의해 조종사에 매어질 수 있고, 조종사와 엔진 및 팬 사이에 보호 실딩을 포함한다.

엔진은 임의의 적절한 신뢰할 수 있고 튼튼하며 가벼운 엔진, 예컨대, 2행정 내연기관, 4행정 내연기관, 로터리 엔진 및 가스터빈일 수 있다.

구동수단은 임의의 적절한 신뢰할 수 있는 구동수단, 예컨대, 체인 구동장치, 유체 구동장치, 및 벨트 구동장치일 수 있다. 바람직하게는, 구동수단은 가요성 벨트 구동장치이며, 가장 바람직하게는 치형 벨트 구동장치 또는 마이크로V형 벨트 구동장치이다. 벨트 구동장치가 바람직하데, 벨트 구동장치는 조종사가 마모 또는 위험을 검사하는데 쉽게 관찰될 수 있고 현대식 벨트 구동장치들은 경량의 고효율적인 구동장치를 제공하기 때문이다. 추가적인 안전을 위해, 2 이상의 구동수단들이 나란히 사용될 수 있다.

바람직하게는, 구동장치는 또한 임의의 적절한 수단, 예컨대, 하나 이상의 팬들에 대한 조향 베인(steering vane)일 수 있는 조향수단, 하나 이상의 팬들의 하단 주위에 이동식 조향 슈라우드, 또는 조향 제트를 구비한다. 바람직하게는, 조향수단은 사용시 팬을 나간 기류를 지향하도록 배열되고 조종사에 의해 제어가능한 각 팬에 대한 조향 베인을 구비한다. 가장 바람직하게는, 조향수단은 동계류중인 특허출원 N0.569454에 기술된 수단을 구비한다.

본 발명의 내용에 포함됨.

예로써, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부도면을 참조로 기술되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략 정면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 위에서 본 평면도이나, 명확히 하기 위해 라디에이터와 공기통로가 생략되어 있다.
도 3은 도 1의 장치의 측면도이다.
도 4는 하나의 덕트 팬의 저면도로서, 공기통로가 생략되어 있다.
도 5는 도 4의 팬의 측면도로서, 공기통로가 생략되어 있다.
도 6은 구동장치 배열도이다.
도 7은 제어 시스템의 일부분의 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 2가지 다른 스테이터의 형태의 도면이다.
도 9는 확대한 도 8b의 스테이터의 평면도이다.
도 10은 도 9의 화살표 A 방향의 도면이다.
도 11은 덕트, 라디에이터 및 공기통로의 개략 측면도로서 덕트가 절단되어 있다.
도 12는 라디에이터, 공기통로 및 덕트의 평면도이다.

도면을 참조하면, 개인용 비행장치(1)는 중앙 하우징(4)에 의해 지지되고 서로 떨어져 있으며, 또한 엔진(6)과 연료탱크(미도시)를 지지하는 한 쌍의 덕트 팬(2,3)을 포함한다.

덕트 팬(2,3)은 잘 알려진 설계로서, 동심 원주형 덕트(9,10) 내의 허브(7a,8a)에 장착되고 허브와 회전가능한 중앙의 멀티-블레이드 팬(7,8)으로 구성된다. 덕트(9,10)는 브라켓(4a)(도 2에서만 볼 수 있음)을 장착함으로써 하우징(4)에 단단히 장착되고, 도 1 및 도 3에 도시된 "휴지" 위치에 (장치가 지면에 안착되어 있을 때) 각 팬의 회전축은 실질적으로 수직하게 지향되어 있다. 덕트(9,10)의 단부는 개방된 것으로 묘사되어 있으나, 실제로 보호 그릴 또는 메쉬에 의해 덮여질 수 있다.

엔진(6)은 컴팩트하고, 가벼우며 강력한(일반적으로 200마력) 것이 필요하다. 또한 중요한 것은 가능한 한 큰 엔진 동력이 팬(7,8)에 전달되고(하기 참조) 따라서 엔진을 냉각시키는 라디에이터(30)가 이를 위한 별도의 팬을 필요로 하지 않는다면 이점적인데, 왜냐면 별도의 팬은 이용가능한 동력을 낭비하기 때문이다.

별도로 구동되는 팬이 필요치 않으면서 매우 효율적인 엔진 냉각을 제공하기 위해, 라디에이터(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 통로(31,32)에 의해 제공된 강제기류에 의해 냉각된다. 라디에이터(30)는 덕트의 상부 가장자리 바로 아래에 있고 덕트의 길이방향 축에 실질적으로 수직한 라디에이터 면과 함께 덕트(9,10)들 사이에 위치되어 있다. 라디에이터(30)는 유용하게 관에 의해 모터에 연결되어 있다; 관은 도면을 명확히 하기 위해 생략되어 있다.

통로(31,32)는 도 11 및 도 12에 더 상세히 도시되어 있다. 통로의 진입단(33)은 라디에이터의 상부면(34)에 개방되어 있고 상기 진입단(33)은 라디에이터의 상부면(34)의 인접한 절반을 덮도록 하는 치수이다. 다른 통로(32)의 진입단(35)은 라디에이터의 상부면(34)의 다른 절반을 덮고 있다. 각 통로(31,32)은 길이의 대부분에 대해 일정한 횡단면을 갖지만, 해당 덕트(9,10)의 상부 가장자리의 일부 주위에 놓여있는 각 출구단의 아래쪽 림과 함께 각 출구단(36,37)에서 더 큰 횡단면적으로 벌어진다.

사용시 팬(7,8)이 해당 덕트(9,10)에서 회전할 경우, 덕트를 통과한 기류의 방향이 도 11에 화살표(F)로 도시되어 있다. 덕트(9,10)를 통과한 고속 기류의 영향으로 통로(31,32)의 출구단(36,37)에 인접한 각 덕트의 상단 주위에 비교적 저압구역이 생성된다. 이들 저압구역은 통로(31,32)을 통해 공기를 끌어들이고 이에 따라 라디에이터(30)를 통해 공기를 끌어들인다. 공기가 장치의 전후 및 측면으로부터 라디에이터의 하부로 흐를 수 있고, 팬(7,8)이 덕트(9,10)에서 회전하는 한, 공기는 라디에이터와 통로(31,32)를 통해 흡입되어, 라디에이터의 매우 효율적인 냉각을 제공한다.

라디에이터를 통과한 기류의 속도는 명백히 팬과 덕트 직경, 팬의 속도, 라디에이터의 면적 및 통로의 면적을 포함한 매우 많은 요인들에 따른다. 다른 요인은 각 통로의 진입단의 면적 대 각 통로의 출구단의 면적비이다: 예컨대, 라디에이터 출구단 면적 대 라디에이터 유입구 면적비 2:1로 낮은 엔진속도로 라디에이터를 통과한 기류가 고속이 되게 한다; 더 작은 비는 다른 흐름 대 RPM 곡선을 형성한다.

한 쌍의 통로(31,32)을 제공하기보다는, 2 이상의 통로들을 또는 단 하나의 통로를 대체할 수 있다; 그 원리는 동일하게 유지된다.

한 쌍의 치형(toothed) 구동벨트(11a,11b) 형태의 구동수단에 의해 엔진(6)으로부터 해당 허브(7a,8a)로 팬(7,8)이 구동된다. 치형 구동벨트가 도 4 및 도 6에 (도표로) 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 엔진(6)은 가요성 커플링(6b)을 통해 구동풀리(6a)를 구동시켜 엔진(6)으로부터의 토션 진동을 감쇄시킨다. 한 벨트가 다른 벨트 옆에 나란히 있는 2개의 구동벨트(11a,11b)가 구동풀리(6a)에 결합되어 있다.

제 1 구동벨트(11a)는 덕트(9)에 있는 개구(9b)를 지나는 풀리(6a) 주위로 그리고 팬(7)을 구동시키기 위한 허브(7a) 주위로 지난다. 제 2 구동벨트(11b)는 덕트(10)내 개구(10b)를 통해 풀리(6a) 주위로 그리고 팬(8)을 구동시키기 위한 허브(8a) 주위로 지난다. 사용시, 양 팬(7,8)은 동일 방향으로 회전하나, 각 덕트(9,10)의 바닥(9a,10a)으로부터의 기류는 일렬의 스테이터들(12)의 사용에 의해 선형으로 (즉, 실질적으로 해당 팬의 길이방향 축에 나란히) 형성된다. 스테이터들(12)은 이격되어 있고, 해당 팬(7,8) 아래 각 덕트(9,10)의 내부 원주면 주위로 반경방향으로 뻗어 있다. 각 스테이터(12)는 허브를 향한 덕트의 내벽으로부터 반경방향으로 뻗어 있는 '스포크(spoke)'이다.

도 8a는 각 스테이터가 평평한 평행측 플레이트인 스테이터의 간단한 배열을 도시한 것으로 각 플레이트의 길이는 허브를 향해 덕트의 내벽으로부터 반경방향으로 뻗어 있다.

도 8b, 도 9 및 도 10은 각 스테이터(12b)가 만곡된 에어포일 횡단면 플레이트인 공기역학적으로 더 효율적인 스테이터(12b)의 설계를 도시한 것으로, 스테이터의 일단은 덕트의 내벽에 고정되어 있고 스테이터의 타단은 허브에 고정되어 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 각 스테이터(12b)는 허브로부터 덕트로 길이방향 축을 따라 꼬여있다. 이런 설계의 스테이터는 단순한 평평한 스테이터(12a)보다 더 효율적이지만 생산과 설치하기에는 더 고가이다.

하우징(4)은 조종사의 어깨 폭보다 약간 더 넓고 대략 조종사의 키와 같다. 도면의 도 1 및 도 3에 도시된 "휴지" 위치에서, 장치는 스탠드(1a)에 의해 지지되고, 상기 스탠드(stand)는 도면에 도시되어 있으며 임의의 적절한 타입일 수 있다.

하우징(4)은 헤드 실드(13)와 팔걸이(14,15)(도 1 및 도 2)를 제공한다. 팔걸이(14)는 트위스트 그립 스로틀(twist grip throttle)과 컨트롤 레버(control lever)(17)를 포함한다. 트위스트 그립 스로틀은 엔진(6)에 연결되어 있고 공지된 방식으로 엔진의 가속도를 제어하는데 사용된다. 컨트롤 레버(17)는 로드(22)에 의해 팬(2)용 컨트롤 베인(control vane)에 연결되어 있다. 도 8에 더 상세히 도시된 바와 같이, 레버(17)는 팔걸이(14)의 외부단에 선회되며, 팔걸이(14) 아래에 있는 레버(17)의 일단은 로드(22)의 일단에 연결되어 있고, 타단은 컨트롤 베인(18)의 하단에 인접 연결되어 있다. 컨트롤 레버(19)는 동일한 방식으로 팔걸이(15)와 팬(3)용 컨트롤 베인에 연결되어 있다.

컨트롤 베인용 컨트롤 수단은 간단한 레버 컨트롤이다: 팬(2)의 경우 화살표 X 방향으로 컨트롤 레버(17)의 이동은 화살표 B 방향으로 컨트롤 베인을 움직이게 하고, 화살표 Y 방향으로 컨트롤 레버(17)의 이동은 화살표 A 방향으로 컨트롤 베인을 움직이게 한다. 대안으로, 케이블이 각 로드 대신 사용될 수 있다. 또 다른 가능성은 각 컨트롤 베인을 제어하기 위한 전기 액츄에이터를 대체함으로써 비기계적 제어시스템을 이용하는 것이다.

각 컨트롤 베인은 해당 덕트(9,10)의 하부 가장자리(9a,10a)를 대각선으로 가로질러 장착되고, 해당 팬과 허브의 회전축에 실질적으로 수직한 축 주위로 선회하도록 배열된다. 각 베인은 에어포일 횡단면을 갖는다. 각 베인은 도 5에 도시된 바와 같이 해당 덕트의 하부 가장자리 아래로 부분적으로 돌출되어 있다.

사용시, 조종사는 공간(20)에 서 있고(도 1 및 도 2) 하우징(4)에 장착된 낙하산 형태의 하네스(미도시)에 의해 장치에 묶여있다. 일단 묶여진 후, 조종사는 엔진(6)을 시동걸어 덕트(9,10) 내 팬(7,8)을 회전시켜 장치에 수직양력을 제공한다. 양력 양은 엔진(6)의 가속도에 의해 지배되고, 이는 스로틀(16)에 의해 제어된다. 전방 이동은 컨트롤 레버(17,19)를 이용해 팬(2,3)의 컨트롤 베인을 굽힘으로써 주어진다. 컨트롤 레버는 또한 장치를 좌우로 돌리는데 사용된다.

동일 방향으로 양 팬(7,8)을 회전시키는 것은 팬이 엔진으로부터 직접 구동될 수 있고 구동방향을 변경하기 위한 기어박스가 필요하지 않다는 것을 의미한다. 이는 추가적으로 무게를 상당히 경감시키고 또한 유지에 필요할 수 있으며 가능성 있는 고장의 원인인 구성요소를 없앤다. 동일 방향으로 양 팬을 회전시키는 것은 팬(2,3)을 나간 기류가 실질적으로 선형이 되게 하는 스테이터들이 아니라면 장치에 토크를 부과하여 조향을 어렵게 또는 불가능하게 할 수 있다.

장치에 낙하산(미도시)에 설비되고, 이는 비상시 조종사에 의해 개방될 수 있어 장치와 조종사가 안전하게 지면에 착륙하게 할 수 있다.

상술한 장치의 주 사용은 일인용 수송기일 수 있는 것이 고려된다. 그러나, 조종사 대신 원격제어장치들의 범위 중 어느 하나를 써서 장치를 원격으로 조작할 수 있다.

Claims (19)

1. 조종사에 고정될 수 있는 하우징과,
   적어도 한 쌍의 덕트 팬들과,
   추진력을 발생하기 위해 동일 방향으로 양 팬들이 회전하도록 상기 팬들을 구동시키기 위해 하우징에 장착되어 있는 적어도 하나의 엔진을 구비하고,
   한 쌍의 덕트 팬들 중 하나는 하우징의 일측에 장착되고, 한 쌍의 덕트 팬들 중 다른 하나는 하우징의 타측에 장착되며,
   각 팬은 회전축 주위로 회전하여 덕트의 진입단으로부터 덕트의 출구단으로 해당 덕트틀 통해 공기를 끌어당기고,
   각 팬의 회전축은 하우징에 대해 고정되어 있으며,
   상기 엔진은 라디에이터에 의해 냉각되고,
   상기 라디에이터는 진입단이 상기 라디에이터의 일면과 통하고 출구단이 상기 덕트들의 진입단에 인접한 적어도 하나의 통로에 연결되어 있는 개인용 비행장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   한 쌍의 덕트 팬들과 하나의 엔진만을 구비하는 개인용 비행장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   라디에이터에 연결된 상기 적어도 하나의 통로는 제 1 및 제 2 통로를 구비하고,
   상기 제 1 통로는 진입단이 라디에이터의 한 면의 절반과 소통하고 출구단이 상기 덕트들 중 하나의 진입단에 인접해 있으며,
   상기 제 2 통로는 진입단이 라디에이터의 한 면의 다른 절반과 소통하고 출구단이 상기 덕트들 중 다른 하나의 진입단에 인접해 있는 개인용 비행장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   라디에이터의 평면은 덕트의 길이방향 축에 수직한 개인용 비행장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   라디에이터의 평면은 덕트의 길이방향 축에 수직한 개인용 비행장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   통로의 나머지의 단면적 보다 출구단에서 더 큰 횡단면적을 구비하는 개인용 비행장치.
7. 제 3 항에 있어서,
   통로의 나머지의 단면적 보다 출구단에서 더 큰 횡단면적을 구비하는 개인용 비행장치.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   통로의 출구단의 횡단면적은 통로의 진입단의 횡단면적의 2배인 개인용 비행장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   장치가 바로 서 있는 조정사에 매어질 때 각 팬의 회전축이 수직하도록 각 팬이 하우징에 고정되는 개인용 비행장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 팬에 결합된 조향 베인(steering vane)을 더 구비하고, 상기 베인은 적어도 하나의 팬을 나간 공기를 지향시키기 위해 제어될 수 있는 개인용 비행장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    하우징은 엔진과 팬으로부터 조종사를 보호하기 위한 보호 실딩을 구비하는 개인용 비행장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    하우징은 장치를 조종사에 매기 위한 하네스를 구비하는 개인용 비행장치.
13. 제 1 항에 있어서,
    엔진은 2행정 내연기관, 4행정 내연기관, 로터리 엔진 및 가스터빈 엔진으로 구성되는 그룹에서 선택되는 개인용 비행장치.
14. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 엔진에 의해 구동되는 구동수단을 더 구비하고, 상기 구동수단은 적어도 한 쌍의 팬을 구동시키는 개인용 비행장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    구동수단은 하나의 구동장치인 개인용 비행장치.
16. 제 14 항에 있어서,
    구동수단은 두 개의 구동장치인 개인용 비행장치.
17. 제 14 항에 있어서,
    구동수단은 체인 구동장치, 유체 구동장치, 및 벨트 구동장치로 구성된 그룹에서 선택되는 구동장치인 개인용 비행장치.
18. 제 1 항에 있어서,
    팬을 나간 기류를 곧바르게 하도록 각 팬 덕트에 배열된 한 세트의 스테이터(stators)를 구비하는 개인용 비행장치.
19. 제 18 항에 있어서,
    각 세트의 스테이터는 일단이 덕트의 내벽에 고정되고 타단이 덕트내 팬의 허브에 고정되는 개인용 비행장치.

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