KR20110012656A - 선박의 프로펠러 보스 캡 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프로펠러의 허브에 설치되는 보스 캡의 직경을 허브 보다 크지 않게 설정하여 부가 저항의 증가를 배제하고, 보스 캡에 대해 프로펠러의 축심방향을 향해 돌출되는 돌기의 형성을 매개로 프로펠러의 후류에 의해 유기되어 생성되는 유선을 단절하여 허브 보텍스의 발생을 억제함과 더불어 허브 보텍스에 의한 러더의 침식을 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로펠러의 허브(10)에 설치되는 보스 캡(14)이 상기 허브(10)의 후미에서 프로펠러의 축심방향(X)을 따라 돌출되는 적어도 하나 이상의 돌기(16)를 형성하고, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a) 이후에서 프로펠러의 축심방향(X)을 향하는 유선(S)의 경로에 이르도록 연장되는 것을 특징으로 한다.
프로펠러, 허브 보텍스, 돌기, 유선, 캐비테이션
Description
본 발명은 선박의 프로펠러 보스 캡에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보스 캡에 의한 부가 저항의 증가를 배제하면서 프로펠러의 후류에 의해 유기되어 형성되는 허브 보텍스를 억제하여 러더의 침식을 방지할 수 있도록 하는 선박의 프로펠러 보스 캡에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 구비된 프로펠러는 선미에 설치되어 추진축으로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하여 선체의 항주에 필요로 하는 추진력을 생성하게 된다.
이와 같은 프로펠러는 도 6에 도시된 바와 같이, 회전시 허브(51)의 후방에 위치한 프로펠러의 후류에는 블레이드(53) 사이에서 형성되어 허브(51)와 보스 캡(55)을 지나면서 수축되어 한 가닥으로 합류되는 보텍스(Vortex)를 집중적으로 발생시키게 되는 데, 이러한 보텍스는 블레이드(53)의 선단부에서 발생하는 팁 보텍스(Tip vortex)와 블레이드(53)의 루트(root)에서 발생하는 허브 보텍스(Hub vortex)로 구분되며, 특히 각 블레이드(53)의 뒷날(Trailing edge)에서 떨어져 나 온 보텍스는 프로펠러의 보스 캡(55)을 지난 지점부터 압력의 영향으로 수축되어 프로펠러의 축심위치에서 합쳐지면서 한 가닥의 강력한 허브 보텍스(V)를 생성하게 된다.
그런데, 상기와 같이 프로펠러의 회전시 수반되는 허브 보텍스(V)의 집중 현상은 선박 추진기의 효율 감소와 추진기 자체의 진동 및 소음 발생의 원인으로 작용하게 됨과 더불어 프로펠러의 후미에 위치한 러더(57)에서의 캐비테이션(Cavitation)에 의한 침식 문제까지도 초래하게 된다.
이에 따라, 종래에는 도 7에 도시된 바와 같이, 허브 보텍스(V)의 생성을 억제하기 위해 프로펠러의 후미를 향해 단면적이 점진적으로 확장되는 발산형 보스 캡(65;Divergent cap)을 허브(51)에 설치하였다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 프로펠러의 허브(51)의 후미 표면에 다수의 스파이럴 형상의 보스 캡핀(59)을 추가로 형성하여 보스 캡(55)의 후방에서 허브 보텍스(V)의 집중을 억제하기도 하였다.
그러나, 도 7에 도시된 발산형 보스 캡(65)의 경우에는 프로펠러의 후미측 단면적이 허브(51)측 단면적 보다 크기 때문에 부가적인 저항의 증가로 귀결되어 추진 효율을 저하시키게 되고, 도 8에 도시된 보스 캡핀(59)은 프로펠러의 허브(51) 보다 큰 직경의 날개를 갖는 구조로 이루어져 이 역시 부가적인 마찰 저항을 회피하기 어려운 구조이며, 추가적인 비용의 증가를 초래하게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 프로펠러의 허브에 설치되는 보스 캡의 직경을 허브 보다 크지 않게 설정하여 부가 저항의 증가를 배제하고, 보스 캡에 대해 프로펠러의 축심방향을 향해 돌출되는 돌기의 형성을 매개로 프로펠러의 후류에 의해 유기되어 생성되는 유선을 단절하여 허브 보텍스의 발생을 억제하며 이를 통해 허브 보텍스에 의한 러더의 침식을 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 프로펠러의 후류에 의한 허브 보텍스의 생성을 억제하여 프로펠러의 진동 및 소음을 감소함과 더불어 허브 보텍스의 집중에 의한 선박의 추진 효율의 저하를 배제할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프로펠러의 허브에 설치되는 보스 캡에 있어서, 상기 보스 캡은 상기 허브의 후미에서 프로펠러의 축심방향을 따라 돌출되는 적어도 하나 이상의 돌기를 형성하고, 상기 돌기는 상기 보스 캡의 후미측 선단면 이후에서 프로펠러의 축심방향을 향하는 유선의 경로에 이르도록 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 보스 캡의 직경은 상기 허브의 직경 보다 크지 않게 설정되고, 상기 돌기는 상기 보스 캡의 후미측 선단면에서 전 둘레에 걸쳐 등간격을 두고 다수로 이격되게 형성되고 상기 프로펠러의 축심방향을 따라 평행하게 연장되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어, 상기 돌기는 상기 프로펠러의 블레이드와 동일한 수량으로 형성되고, 상기 돌기는 상기 인접한 두 블레이드의 루트 피치각 사이의 중심 연장선과 상기 보스 캡의 후미측 선단면이 교차하는 지점에서 상기 프로펠러의 회전방향을 기준으로 후방 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어, 상기 돌기는 상기 보스 캡의 후미측 선단면에서 상기 블레이드의 루트 피치각 사이의 중심 연장선을 향해 경사져 유선의 연속된 흐름을 중간에서 단절시키는 컷팅용 엣지와, 상기 컷팅용 엣지의 최대 돌출지점으로부터 상기 보스 캡의 후미측 선단면을 향해 경사져 상기 컷팅용 엣지에 의한 유선의 단절상태를 지속시키는 분할 유지용 엣지를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 컷팅용 엣지의 시작부위는 상기 블레이드의 루트 피치각 사이의 중심 연장선과 상기 보스 캡의 후미측 선단면이 교차하는 지점으로 설정되고, 상기 컷팅용 엣지는 상기 보스 캡의 후미측 선단면과 상기 블레이드의 루트 피치각 사이의 중심 연장선이 형성하는 각도 보다 작은 경사각을 갖으며, 상기 분할 유지용 엣지는 상기 보스 캡의 후미측 선단면에 대해 예각 또는 직각을 형성하고, 상기 돌기의 최대 돌출지점은 첨예부 또는 상기 보스 캡의 후미측 선단면과 평행한 평단면부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 돌기의 곡률과 상기 보스 캡의 외주면의 곡률은 상기 프로펠러의 축심방향을 기준으로 동일하게 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박의 프로펠러 보스 캡에 의하면, 보스 캡의 후미측 선단면에서 프로펠러의 축심방향을 향해 돌출되는 적어도 하나 이상의 돌기를 형성하고, 이 돌기를 매개로 프로펠러의 후류에 의해 프로펠러의 축심방향을 향해 집중되는 연속된 유선의 형성을 차단하여 분산시킴으로써 허브 보텍스의 생성을 억제할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 프로펠러의 후류에 의한 연속된 유선의 생성 차단을 통해 허브 보텍스에 의한 캐비테이션의 발생을 배제하여 캐비테이션에 의한 러더의 침식과 같은 손상을 예방할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 프로펠러의 허브에 설치되는 보스 캡의 직경을 허브의 직경 보다 크지 않게 설정함으로써 불필요한 부가 저항의 증가를 배제하고, 보스 캡에 형성되는 돌기에 의한 허브 보텍스 생성의 억제를 통해 프로펠러의 진동 및 소음의 정도를 저감함과 더불어 허브 보텍스의 집중에 의한 선박의 추진 효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명은 프로펠러의 후류에서 축심방향으로 집중하는 허브 보텍스의 발생을 억제함에 있어 비교적 간단한 구조의 변경을 통해 그 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 저항의 증가 요인을 배제하고 제작 비용에 있어서도 매우 경제적인 장점을 갖게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5에 각각 도시된 바와 같이, 프로펠러는 허브(10)의 외주면에 다수로 설치된 블레이드(12)를 구비하고, 상기 허브(10)의 후미에는 프로펠러를 추진축에 대해 고정시켜 주기 위한 보스 캡(14)이 설치된다.
이 경우, 상기 보스 캡(14)은 상기 허브(10)의 후미측 선단면(14a)에서 상기 프로펠러의 축심방향(X)을 따라 돌출되는 돌기(16)를 일체로 형성하는 바, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에 대해 적어도 하나 이상의 수량으로 구비되고 그 길이는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a) 이후에서 상기 프로펠러의 축심방향(X)을 향하는 다양한 형태의 유선(S;流線,streamline)의 경로에 이르도록 연장된다.(도 4에 도시됨)
즉, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에서 프로펠러의 축심방향(X)을 향해 집중되는 유선(S)의 경로에 이르기까지 연장되어 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a) 이후의 부위로 유동하는 유선(S)을 중간에서 절단하여 흩어지게 함으로써 유동의 연속성을 제한하게 된다. 이때, 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a) 이후의 부위에서 프로펠러의 축심방향(X)으로 집중되도록 유동하는 유선(S)에 대한 경사 정도는 블레이드(12)의 피치각이나 회전속도, 크기 등에 따라 상이하므로, 상기 보스 캡(14)에 있어 돌기(16)의 돌출 길이는 이에 부합하게 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 보스 캡(14)의 직경은 상기 허브(10)의 직경 보다 크지 않게, 즉 작거나 동일한 수준의 크기로 설정되는 것이 바람직한 바, 이는 상기 허브(10)의 후미에서 상기 보스 캡(14)의 단면적 확장에 따른 불필요한 저항의 증가 요소를 배제하기 위함이다.
한편, 상기 돌기(16)는 그 형상과 크기 및 위치가 선박의 종류와 프로펠러가 받는 하중, 선박의 속도 등을 고려하여 결정된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에서 전 둘레에 걸쳐 등간격을 두고 다수로 이격되게 형성되면서 상기 프로펠러의 축심방향(X)을 따라 평행하게 연장된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 돌기(16)는 상기 프로펠러의 블레이드(12)와 동일한 수량을 갖도록 상기 보스 캡(14)의 후미에 일체로 형성된다. 이때, 상기 돌기(16)는 상기 블레이드(12) 사이에서 프로펠러의 후류를 향한 유선(S)의 경로를 고려하여 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a)에 관련하는 위치로 배치된다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에 대해 상기 인접한 두 개의 블레이드(12)에 대한 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)이 교차하는 지점에서 프로펠러의 회전방향을 기준으로 후방 영역에 형성된다.
아울러, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에서 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)을 향해 경사져 유선(S)의 연속된 흐름을 중간에서 단절시키는 컷팅용 엣지(16a)와, 상기 컷팅용 엣지(16a)의 최대 돌출지점으로부터 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)을 향해 경사져 상기 컷팅용 엣지(16a)에 의한 유선(S)의 단절상태를 지속시키는 분할 유지용 엣 지(16b)를 구비한다.
이때, 상기 컷팅용 엣지(16a)의 시작부위는 인접한 두 개의 블레이드(12) 사이를 지나는 유선(S)이 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에 도달하는 시간을 고려하여 그 위치를 설정하는 것이 바람직한 바, 일례로 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)과 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)이 교차하는 지점으로 설정될 수 있다. 물론 프로펠러의 회전속도 또는 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a), 상기 허브(10)의 길이, 상기 보스 캡(14)의 길이 등의 다양한 변수에 최적의 위치로 설정될 수 있다.
또한, 상기 컷팅용 엣지(16a)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)과 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)이 형성하는 각도(b) 보다 작은 경사각(c)을 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 컷팅용 엣지(16a)와 유선(S) 사이의 접촉 지점이 선접촉이 아니라 점접촉으로 이루어지도록 유도함으로써, 상기 컷팅용 엣지(16a)에 의한 연속된 유선(S)의 단절시 수반되는 충격 등을 최소화하고 이를 통해 진동의 발생 억제 및 허브 보텍스의 억제를 위함이다.
예컨대, 상기 돌기(16)의 분할 유지용 엣지(16b)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에 대해 예각 또는 직각을 형성하고, 상기 돌기(16)의 최대 돌출지점은 첨예부(16c) 또는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)과 평행한 평단면부(16d)를 형성할 수 있다. 즉, 상기 돌기(16)의 형상은 다양한 형태의 삼각형상이나 사다리꼴 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 프로펠러의 축심방향(X)에 대한 상기 돌기(16)의 곡률은 상기 프 로펠러의 축심방향(X)에 대한 상기 보스 캡(14)의 외주면의 곡률과 동일하게 설정되는 바, 즉 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 외주면과 동일 평면상에 형성되어 프로펠러의 후류에서 불필요한 저항의 발생을 배제하기 위함이다.
아울러, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 돌기(16)는 그 높이(H)가 상기 보스 캡(14)의 길이(L)의 0.05~0.5배이고, 폭(W)은 상기 돌기(16)의 높이(H)의 0.5~2.0배이며, 두께(T)는 상기 돌기(16)의 높이(H)의 0.01~0.25배이며, 깊이(D)는 상기 보스 캡(14)의 길이(L)의 0~0.2배로 설정된다. 즉, 내부 마감면(14b)이 후미측 선단면(14a)과 같은 평면으로 이루어질 수도 있다. 이때, 깊이(D)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에 해당하는 테두리면으로부터 내부 마감면(14b)에 이르는 거리이다.
따라서, 상기와 같은 구조의 돌기(16)를 갖춘 보스 캡(14)을 프로펠러의 허브(10) 후미에 설치하면, 프로펠러의 회전시 상기 블레이드(12) 사이에서 프로펠러의 후류측 축심방향(X)을 향해 형성되는 유선(S)에 의한 허브 보텍스는 상기 돌기(16)의 컷팅용 엣지(16a)가 연속된 유선(S)의 생성을 중간에서 단절시킴에 따라 발생하지 않게 된다.
즉, 프로펠러의 회전과 함께 일체로 회전하는 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에서 프로펠러의 축심방향(X)을 향해 집중되는 연속된 유선(S)의 흐름을 중간에서 단절하여 흩어지게 하므로 유선(S)의 연속성을 배제하고, 이를 통해 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a) 이후의 부위에서 프로펠러의 축심방향(X)을 향해 집중되는 유선(S)에 의한 허브 보텍스의 생성은 효과적으로 억제 될 수 있게 된다.
이때, 상기 돌기(16)의 컷팅용 엣지(16a)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)과 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)이 형성하는 각도(b) 보다 작은 각도의 경사각(c)을 형성함에 따라, 상기 컷팅용 엣지(16a)와 유선(S) 사이의 접촉은 점접촉으로 최소화될 수 있으므로 연속된 유선(S)의 단절시 수반되는 충격 등을 최소화할 수 있게 된다.
아울러, 상기 돌기(16)의 분할 유지용 엣지(16b)는 상기 컷팅용 엣지(16a)에 의해 연속된 유선(S)의 단절을 지속시킬 수 있어 허브 보텍스의 생성을 지연시키는 기능을 수행하게 된다.
이 결과, 본 발명은 프로펠러의 후류에 의한 연속된 유선(S)의 생성을 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에 형성된 돌기(16)에 의해 억제할 수 있고, 이를 통해 허브 보텍스에 의한 캐비테이션의 발생을 배제하여 프로펠러의 후방에 설치되는 러더가 캐비테이션의 의해 침식되는 등의 손상을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 프로펠러를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 프로펠러의 허브와 보스 캡을 펼쳐 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 있어 보스 캡에 형성된 돌기의 연장거리를 설명하기 위한 측면도.
도 5는 도 3과 도 4에 도시된 돌기의 다양한 실시예를 도시한 도면.
도 6 내지 도 8은 종래 선박의 프로펠러를 도시한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10-허브 12-블레이드
14-보스 캡 14a-후미측 선단면
16-돌기 16a-컷팅용 엣지
16b-분할 유지용 엣지 16c-첨예부
16d-평단면부
Claims (11)
- 프로펠러의 허브(10)에 설치되는 보스 캡(14)에 있어서,상기 보스 캡(14)은 상기 허브(10)의 후미에서 프로펠러의 축심방향(X)을 따라 돌출되는 적어도 하나 이상의 돌기(16)를 형성하고, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a) 이후에서 프로펠러의 축심방향(X)을 향하는 유선(S)의 경로에 이르도록 연장되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 1에 있어서, 상기 보스 캡(14)의 직경은 상기 허브(10)의 직경 보다 크지 않게 설정되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 1에 있어서, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에서 전 둘레에 걸쳐 등간격을 두고 다수로 이격되게 형성되면서 프로펠러의 축심방향(X)을 따라 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 1에 있어서, 상기 돌기(16)는 상기 프로펠러의 블레이드(12)와 동일한 수량으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 돌기(16)는 인접한 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)과 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)이 교차하는 지점에서 프로펠러의 회전방향을 기준으로 후방 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 돌기(16)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에서 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)을 향해 경사진 컷팅용 엣지(16a)와, 상기 컷팅용 엣지(16a)의 최대 돌출지점으로부터 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)을 향해 경사진 분할 유지용 엣지(16b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 6에 있어서, 상기 컷팅용 엣지(16a)의 시작부위는 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)과 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)이 교차하는 지점으로 설정되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 6에 있어서, 상기 컷팅용 엣지(16a)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)과 상기 블레이드(12)의 루트 피치각(a) 사이의 중심 연장선(Y)이 형성하는 각도(b) 보다 작은 경사각(c)을 갖는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 6에 있어서, 상기 분할 유지용 엣지(16b)는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)에 대해 예각 또는 직각을 형성하며, 상기 돌기(16)의 최대 돌출지점은 첨예부(16c) 또는 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)과 평행한 평단면부(16d)를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 1에 있어서, 상기 돌기(16)의 곡률과 상기 보스 캡(14)의 외주면의 곡률은 프로펠러의 축심방향(X)을 기준으로 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
- 청구항 1에 있어서, 상기 돌기(16)의 높이(H)는 상기 보스 캡(14)의 길이(L)의 0.05~0.5배이고, 상기 돌기(16)의 폭(W)은 상기 돌기(16)의 높이(H)의 0.5~2.0배이며, 상기 돌기(16)의 두께(T)는 상기 돌기(16)의 높이(H)의 0.01~0.25배이며, 상기 보스 캡(14)의 후미측 선단면(14a)으로부터 내부 마감면(14b)에 이르는 깊이(D)는 상기 보스 캡(14)의 길이(L)의 0~0.2배인 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러 보스 캡.
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