JP5340072B2 - 航空機のステアリング装置及びこれを備えた航空機 - Google Patents

Description

本発明は、地上走行中に航空機の操舵輪の角度位置を変えて進行方向を変更するステアリング装置、及びこのステアリング装置を備えた航空機に関する。

前記ステアリング装置として、従来、例えば、特開２００４−２５５９１０号公報に開示されたものが知られており、このステアリング装置は、操舵輪を駆動してその角度位置を変える油圧シリンダと、油圧シリンダに圧油を供給する圧油供給部と、操縦者の操作により操舵輪の目標角度位置（操舵輪を回転させる際の目標となる角度位置）を出力する操縦部と、操舵輪の実角度位置（実際の角度位置）を検出する検出センサと、操縦部から出力された目標角度位置と検出センサによって検出された実角度位置とを基に圧油供給部を制御する制御装置とから構成される。

前記油圧シリンダは、操舵輪に接続された駆動ロッドと、駆動ロッドに固設されたピストンと、内部に、ピストンが駆動ロッドの軸線方向に移動自在に収容されるシリンダ本体と、シリンダ本体の内部でピストンの両側にそれぞれ形成された第１油圧室及び第２油圧室とを備えており、第１油圧室内に圧油が供給されたときにピストンが第２油圧室側に移動して駆動ロッドが同方向に移動し、第２油圧室内に圧油が供給されたときにピストンが第１油圧室側に移動して駆動ロッドが同方向に移動する。

前記圧油供給部は、第１油圧室及び第２油圧室にそれぞれ接続した第１供給管及び第２供給管と、第１供給管及び第２供給管にそれぞれ設けられた第１オンオフバルブ及び第２オンオフバルブとを備え、各供給管を介して各油圧室に圧油をそれぞれ供給する。

前記制御装置は、各オンオフバルブを開閉して各油圧室に対する圧油の供給を制御することにより駆動ロッドを移動させて操舵輪の角度位置を変えるが、検出センサによって検出された実角度位置が、操縦部から出力された目標角度位置を含む一定範囲内から外れたときに、各オンオフバルブの内、どちらか一方のバルブを開いて、目標角度位置を含む一定範囲内に実角度位置が収まるように駆動ロッドを移動させる。

そして、このようなステアリング装置では、各オンオフバルブの開閉制御によりピストン及び駆動ロッドが移動して操舵輪の角度位置が調整され、これにより、航空機が所望の進行方向に向けて移動するが、その際、目標角度位置を含む一定範囲内に実角度位置が収まるように操舵輪の角度位置が変えられる。

特開２００４−２５５９１０号公報

ところで、上述のように、油圧室に対する圧油の供給をオンオフバルブで制御する場合、駆動ロッドのストローク量（操舵輪の角度位置）を細かく制御することは非常に困難である。このため、上記のように、目標角度位置に幅を持たせて、目標角度位置を含む一定範囲内に実角度位置が収まるように操舵輪の角度位置を制御しなければ、ハンチングの発生を効果的に防止することができない。

しかしながら、幅の範囲（前記一定範囲）が小さい場合には、ハンチングの防止が不十分となる。その一方、目標角度位置を含む一定範囲内に実角度位置が収まっている限り、操縦者が操縦部を操作しても航空機の進行方向は変化しないことから、幅の範囲（前記一定範囲）が大きい場合には、操縦性が低下するという問題を生じる。

したがって、前記一定範囲は両者のバランスを考慮して設定されているが、上記従来のステアリング装置では、操縦性を改善するのに一定の限界があった。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、より優れた操縦性を得ることができるステアリング装置及びこれを備えた航空機の提供をその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
地上走行時に航空機の操舵輪の角度位置を変えて進行方向を変更するステアリング装置であって、
前記操舵輪に接続された駆動ロッドと、この駆動ロッドに固設されたピストンと、内部に、このピストンが前記駆動ロッドの軸線方向に移動自在に収容されるシリンダ本体と、このシリンダ本体の内部で前記ピストンの両側にそれぞれ形成された第１油圧室及び第２油圧室とを有し、前記駆動ロッドにより前記操舵輪を駆動する油圧シリンダと、
前記第１油圧室及び第２油圧室にそれぞれ接続した第１供給管及び第２供給管と、前記第１供給管及び第２供給管にそれぞれ設けられた第１オンオフバルブ及び第２オンオフバルブとを有し、前記各供給管を介して前記各油圧室に圧油を供給する圧油供給手段と、
操縦者の操作により前記操舵輪の目標角度位置を出力する操縦手段と、
前記操舵輪の実角度位置を検出する検出手段と、
前記各油圧室に対する圧油の供給を制御して前記駆動ロッドを移動させ、前記操舵輪の角度位置を変える制御手段であって、前記検出手段によって検出された実角度位置と、前記操縦手段から出力された目標角度位置とを比較して、前記実角度位置が、前記目標角度位置を含む一定範囲内に収まっている否かを確認する角度位置比較部と、外れていると前記角度位置比較部により判断されると、前記第１及び第２オンオフバルブの内、いずれか一方のバルブを開いて、前記目標角度位置を含む一定範囲内に前記実角度位置が収まるように前記駆動ロッドを移動させるバルブ制御部とを有する制御手段とを備えてなり、
前記バルブ制御部は、収まっていると前記角度位置比較部により判断されたときには、予め設定された時間間隔で前記目標角度位置の変化量を算出してこれが一定基準値を超えているか否かを確認し、超えていると判断した場合には、前記第１及び第２オンオフバルブの内、どちらのバルブを開くべきかを前記算出した変化量を基に判断して、対応するバルブを予め設定された時間開くように構成されてなることを特徴とする航空機のステアリング装置に係る。

また、本発明は、
地上走行時における進行方向を変更するための操舵輪と、
前記操舵輪の角度位置を変える、前記請求項１記載の航空機のステアリング装置とを備えてなることを特徴とする航空機に係る。

これらのステアリング装置及び航空機によれば、検出手段によって検出された実角度位置と、操縦手段から出力された目標角度位置とが、角度位置比較部により比較されて、前記実角度位置が、前記目標角度位置を含む一定範囲内に収まっている否かが確認される。

そして、外れていると判断された場合には、バルブ制御部による各オンオフバルブの開閉制御によって、圧油の供給される油圧室が制御され、第１油圧室に圧油が供給されたときにはピストン及び駆動ロッドが第２油圧室側に移動し、第２油圧室に圧油が供給されたときにはピストン及び駆動ロッドが第１油圧室側に移動して操舵輪の角度位置が変わる。その際、前記実角度位置が、前記目標角度位置を含む一定範囲内に収まるように各油圧室に対する圧油の供給が制御される。

したがって、例えば、操縦者が操縦手段を大きく操作して前記目標角度位置と実角度位置との間に大きな開きがあるような場合には、上記のような制御が実行されて航空機の進行方向が変わる。

一方、収まっていると判断された場合には、バルブ制御部により、予め設定された時間間隔で目標角度位置の変化量が算出されて一定基準値を超えているか否かが確認され、超えていると判断されたときには、各オンオフバルブの内、どちらのバルブを開くべきかが前記算出された変化量を基に判断されて、対応するバルブが予め設定された時間開いた状態にされる。

これにより、第１オンオフバルブが開いたときには第１油圧室に圧油が供給されてピストン及び駆動ロッドが第２油圧室側に移動し、第２オンオフバルブが開いたときには第２油圧室に圧油が供給されてピストン及び駆動ロッドが第１油圧室側に移動し、操舵輪の角度位置が変わる。したがって、例えば、操縦者の操作量が僅かで前記目標角度位置と実角度位置との間にあまり開きがないような場合であっても航空機の進行方向が変わる。

尚、目標角度位置の変化量を求める際の前記予め設定された時間間隔、及び、バルブを開いた状態にする前記予め設定された時間については、例えば、経験的に設定することができる。また、目標角度位置の変化量を求める際の前記予め設定された時間間隔と、バルブを開いた状態にする前記予め設定された時間とは、同じでも良いし、異なっていても良い。また、どちらのバルブを開くかは、例えば、算出した変化量が正の符号を持つ変化量であるのか、負の符号を持つ変化量であるのかにより特定することができる。

斯くして、本発明に係るステアリング装置及び航空機によれば、従来では操舵輪の角度位置が変わらない、前記目標角度位置を含む一定範囲内に前記実角度位置が収まっている場合であっても、目標角度位置の変化量が一定基準値を超えているときには操舵輪の角度位置を変化させることができるので、従来に比べ、操縦者の操作に対する応答性を良くすることができる。これにより、操縦性をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るステアリング装置などの概略構成を示した模式図である。 本実施形態の制御装置における一連の処理を示したフローチャートである。 本実施形態の制御装置における一連の処理を示したフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係るステアリング装置などの概略構成を示した模式図である。

図１に示すように、本例の航空機は、前脚５０と、地上走行中に操縦者の操作に応じ前脚５０の操舵輪５１の角度位置を変えて進行方向を変更するステアリング装置１とを備えており、この前脚５０は、前記操舵輪５１と、この操舵輪５１をその軸線中心に回転自在に支持する脚柱５２などから構成される。

そして、前記ステアリング装置１は、前記操舵輪５１を駆動してその角度位置を変える油圧シリンダ１０と、この油圧シリンダ１０に圧油を供給する圧油供給部２０と、操縦者の操作により操舵輪５１の目標角度位置（操舵輪５１を回転させる際の目標となる角度位置）を出力する操縦部３０と、操舵輪５１の実角度位置（実際の角度位置）を検出する検出センサ（ストローク量検出センサ）３５と、操縦部３０から出力された目標角度位置とストローク量検出センサ３５によって検出された実角度位置とを基に圧油供給部２０を制御する制御装置４０とを備える。

前記油圧シリンダ１０は、一定内容積を有するシリンダ本体１１と、このシリンダ本体１１の内部に収容されたピストン１２と、このピストン１２に固設された駆動ロッド１３とから構成されており、前記ピストン１２及び駆動ロッド１３が駆動ロッド１３の軸線方向（矢示Ａ方向及びＢ方向）に移動自在に設けられている。

また、前記シリンダ本体１１の内部とピストン１２の一端面との間には第１油圧室１４が形成され、前記シリンダ本体１１の内部とピストン１２の他端面との間には第２油圧室１５が形成されており、第１油圧室１４内に圧油が供給されると、ピストン１２及び駆動ロッド１３が矢示Ａ方向に移動し、第２油圧室１５内に圧油が供給されると、ピストン１２及び駆動ロッド１３が矢示Ｂ方向に移動する。

前記駆動ロッド１３の一端は、連結部材１６を介して脚柱５２に接続されており、この駆動ロッド１３が軸線方向に移動することで脚柱５２がその軸線中心に回動し、これによって、操舵輪５１の向き（操舵輪５１の角度位置）が変わるようになっている。

前記圧油供給部２０は、供給源２１と、この供給源２１に一端が接続し、他端が分岐して前記第１油圧室１４及び第２油圧室１５にそれぞれ接続した供給管２２と、供給管２２の、分岐部分よりも他端側にそれぞれ設けられた第１オンオフバルブ２３及び第２オンオフバルブ２４とから構成される。

そして、この圧油供給部２０では、第１オンオフバルブ２３が開いているときには、供給源２１から供給管２２を介して第１油圧室１４内に圧油が供給され、第２オンオフバルブ２４が開いているときには、供給源２１から供給管２２を介して第２油圧室１５内に圧油が供給される。尚、前記各オンオフバルブ２３，２４は、例えば、ソレノイドバルブから構成される。

前記操縦部３０は、２つのペダル３２，３３からなるラダーペダル３１と、ラダーペダル３１の踏み込み量（一方のペダル３２の踏み込み量及び他方のペダル３３の踏み込み量）を検出する踏み込み量検出センサ３４とから構成される。

前記踏み込み量検出センサ３４は、例えば、差動トランス式のセンサから構成され、前記一方のペダル３２が踏み込まれたときには、その踏み込み量を正の変位量として検出し、前記他方のペダル３３が踏み込まれたときには、その踏み込み量を負の変位量として検出する。そして、このようにして検出された踏み込み量（変位量）が前記操舵輪５１の目標角度位置として前記制御装置４０に出力される。

前記ストローク量検出センサ３５は、前記駆動ロッド１３のストローク量を前記操舵輪５１の実角度位置として検出する。

前記制御装置４０は、前記踏み込み量検出センサ３４によって検出された操舵輪５１の目標角度位置と前記ストローク量検出センサ３５によって検出された操舵輪５１の実角度位置とを比較する角度位置比較部４１と、角度位置比較部４１の比較結果に基づいて前記各オンオフバルブ２３，２４を制御するバブル部制御部４２とを備えており、前記各オンオフバルブ２３，２４を開閉して前記各油圧室１４，１５に対する圧油の供給を制御することにより前記駆動ロッド１３を移動させて操舵輪５１の角度位置を変えるように構成される。

具体的には、この制御装置４０は、図２及び図３に示すような一連の処理を実行して操舵輪５１の角度位置を変えるようになっている。尚、前記角度位置比較部４１では、以下に説明するステップＳ１〜Ｓ４の処理が行われ、前記バルブ制御部４２では、以下に説明するステップＳ５以降の処理が行われる。

即ち、まず、踏み込み量検出センサ３４によって検出された操舵輪５１の目標角度位置を受信し（ステップＳ１）、ストローク量検出センサ３５によって検出された操舵輪５１の実角度位置を受信した後（ステップＳ２）、目標角度位置と実角度位置との差（偏差）を算出する（ステップＳ３）。ここで、偏差をＡ、目標角度位置をＢ、実角度位置をＣとすれば、偏差はＡ＝Ｂ−Ｃで求められる。

次に、目標角度位置を含む一定範囲内に実角度位置が収まっているか否かを確認する（ステップＳ４）。ここで、目標角度位置をＢ、目標角度位置に設定された幅を±Ｄ、実角度位置をＣとすれば、（Ｂ−Ｄ）≦Ｃ≦（Ｂ＋Ｄ）の関係を満たしているときに、実角度位置が、目標角度位置を含む一定範囲内に収まっていると判断される。

そして、前記一定範囲内に収まっていると判断した場合には、目標角度位置の変化量を算出する（ステップＳ５）。例えば、今回受信した目標角度位置をＢ、この１つ前に受信した目標角度位置をＢ−ΔＢ、今回の目標角度位置Ｂを受信した時刻をＴ、この１つ前に目標角度位置Ｂ−ΔＢを受信した時刻をＴ−ΔＴとすれば、変化量ＥはＥ＝（Ｂ−（Ｂ−ΔＢ））／（Ｔ−（Ｔ−ΔＴ））＝ΔＢ／ΔＴで求められる。

次に、算出した変化量が一定基準値を超えているか否かを確認する（ステップＳ６）。例えば、算出した変化量をＥ、一定基準値をＦとすれば、Ｅ＞Ｆ、或いは、｜Ｅ｜＞Ｆの関係を満たしているときに、算出した変化量が一定基準値を超えていると判断される。尚、算出した変化量が−Ｅのときには、｜Ｅ｜＞Ｆの式に代え、−Ｅ＜−Ｆの関係を満たしているときに、算出した変化量が一定基準値を超えていると判断しても良い。

そして、前記一定基準値を超えていると判断した場合には、前記各オンオフバルブ２３，２４の内、どちらを開くべきかを認識する（ステップＳ７）。例えば、前記算出した変化量が正の値のときには、開くべきバルブは第１オンオフバルブ２３であると認識し、前記算出した変化量が負の値のときには、開くべきバルブは第２オンオフバルブ２４であると認識する。一方、前記一定基準値を超えていないと判断した場合には、後述のステップＳ２０以降の処理を行う。

この後、認識したバルブ（第１オンオフバルブ２３又は第２オンオフバルブ２４）を所定時間開き、前記駆動ロッド１３を移動させて操舵輪５１の角度位置を変える（ステップＳ８）。尚、バルブを開いた状態にする時間（前記所定時間）は、経験的に設定することができ、例えば、バルブが開いてから駆動ロッド１３が実際に動くまでに要する時間（例えば、１０ミリ秒）とすることができるが、これに限定されるものではない。

一方、前記ステップＳ４で、前記一定範囲内に収まっていないと判断した場合には、前記ステップＳ３で算出した偏差Ａと、予め設定された第１の基準値Ｇとを基に、｜Ａ｜＜Ｇの関係を満たしているか否かを確認し（ステップＳ９）、満たしている場合には、各オンオフバルブ２３，２４の内、どちらを開くべきかを認識して（ステップＳ１０）、認識したバルブを断続的に開き、駆動ロッド１３を移動させて操舵輪５１の角度位置を変える（ステップＳ１１）。

尚、開くべきバルブは、上記と同様、例えば、前記算出した偏差が正の値のときには第１オンオフバルブ２３であると認識し、前記算出した偏差が負の値のときには第２オンオフバルブ２４であると認識する。また、認識したバルブを制御するに当たっては、バルブの開いた状態と閉じた状態とが交互に繰り返されるように第１のデューティ比で制御する。ここで、デューティ比ＤＲとは、バルブが開いている時間をＴＯ、バルブが閉じている時間をＴＣとすれば、ＤＲ＝ＴＯ／（ＴＯ＋ＴＣ）で表され、この第１のデューティ比では、例えば、バルブの開いている時間ＴＯが１０ミリ秒、バルブの閉じている時間ＴＣが４０ミリ秒にそれぞれ設定される。

一方、前記ステップＳ９で、満たしていないと判断した場合には、前記算出した偏差Ａと、予め設定された第２の基準値Ｈとを基に、｜Ａ｜＜Ｈの関係を満たしているか否かを確認し（ステップＳ１２）、満たしている場合には、各オンオフバルブ２３，２４の内、どちらを開くべきかを上述のようにして認識して（ステップＳ１３）、認識したバルブを断続的に開き、駆動ロッド１３を移動させて操舵輪５１の角度位置を変える（ステップＳ１４）。

尚、認識したバルブを制御するに当たっては、バルブの開いた状態と閉じた状態とが交互に繰り返されるように第２のデューティ比で制御し、この第２のデューティ比では、例えば、バルブの開いている時間ＴＯが１０ミリ秒、バルブの閉じている時間ＴＣが３０ミリ秒にそれぞれ設定される。

また、前記ステップＳ１２で、満たしていないと判断した場合には、前記算出した偏差Ａと、予め設定された第３の基準値Ｊとを基に、｜Ａ｜＜Ｊの関係を満たしているか否かを確認し（ステップＳ１５）、満たしている場合には、各オンオフバルブ２３，２４の内、どちらを開くべきかを上述のようにして認識して（ステップＳ１６）、認識したバルブを断続的に開き、駆動ロッド１３を移動させて操舵輪５１の角度位置を変える（ステップＳ１７）。

尚、認識したバルブを制御するに当たっては、バルブの開いた状態と閉じた状態とが交互に繰り返されるように第３のデューティ比で制御し、この第３のデューティ比では、例えば、バルブの開いている時間ＴＯが１０ミリ秒、バルブの閉じている時間ＴＣが２０ミリ秒にそれぞれ設定される。

また、更に、前記ステップＳ１５で、満たしていないと判断した場合には、各オンオフバルブ２３，２４の内、どちらを開くべきかを上述のようにして認識して（ステップＳ１８）、認識したバルブを連続的に開き、駆動ロッド１３を移動させて操舵輪５１の角度位置を変える（ステップＳ１９）。

前記ステップＳ６で、超えていないと判断すると、及び、前記ステップＳ８，Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１７，Ｓ１９の処理を終えると、一定時間が経過したのを確認した後（ステップＳ２０）、一連の処理を終了するか否かを確認して（ステップＳ２１）、終了でない場合には上記ステップＳ１以降の処理を繰り返す。尚、前記一定時間は、経験的に設定することができ、例えば、１０ミリ秒とすることができるが、これに限定されるものではない。

以上詳述したように、本例の航空機（ステアリング装置１）によれば、ストローク量検出センサ３５によって検出された操舵輪５１の実角度位置が、踏み込み量検出センサ３４によって検出された操舵輪５１の目標角度位置を含む一定範囲内から外れると、目標角度位置と実角度位置との差に応じて各オンオフバルブ２３，２４が制御され、第１油圧室１４又は第２油圧室１５に断続的若しくは連続的に圧油が供給される。これにより、実角度位置が、目標角度位置を含む一定範囲内に収まるように操舵輪５１の角度位置が変わる。

したがって、例えば、操縦者がラダーペダル３１を大きく踏み込んで目標角度位置と実角度位置との間に大きな開きがあるようなときにはこのような制御が実行される。

一方、実角度位置が、目標角度位置を含む一定範囲内に収まっている場合には、所定の時間間隔で目標角度位置の変化量が算出されて一定基準値を超えているか否かが確認され、超えていると判断されると、各オンオフバルブ２３，２４の内、どちらか一方のバルブが所定の時間開いた状態にされて第１油圧室１４又は第２油圧室１５に圧油が供給され、駆動ロッド１３が移動する。

そして、このようにして駆動ロッド１３が移動することにより、実角度位置が、目標角度位置を含む一定範囲内に収まっている場合であっても、目標角度位置の変化量によっては操舵輪５１の角度位置が変わる。したがって、例えば、操縦者のラダーペダル３１の踏み込み量が僅かで目標角度位置と実角度位置との間にあまり開きがないようなときにはこのような制御が実行される。

このように、本例の航空機（ステアリング装置１）によれば、従来では操舵輪５１の角度位置が変わらない、目標角度位置を含む一定範囲内に実角度位置が収まっている場合であっても、目標角度位置の変化量が一定基準値を超えているときには操舵輪５１の角度位置を変化させることができるので、従来に比べ、操縦者の操作に対する応答性を良くすることができる。これにより、操縦性をより向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

１ 航空機のステアリング装置
１０ 油圧シリンダ
１３ 駆動ロッド
１４ 第１油圧室
１５ 第２油圧室
２０ 圧油供給部
２２ 供給管
２３ 第１オンオフバルブ
２４ 第２オンオフバルブ
３０ 操縦部
３１ ラダーペダル
３４ 踏み込み量検出センサ
３５ ストローク量検出センサ
４０ 制御装置
４１ 角度位置比較部
４２ バルブ制御部
５１ 操舵輪

Claims (2)

1. 地上走行時に航空機の操舵輪の角度位置を変えて進行方向を変更するステアリング装置であって、
   前記操舵輪に接続された駆動ロッドと、この駆動ロッドに固設されたピストンと、内部に、このピストンが前記駆動ロッドの軸線方向に移動自在に収容されるシリンダ本体と、このシリンダ本体の内部で前記ピストンの両側にそれぞれ形成された第１油圧室及び第２油圧室とを有し、前記駆動ロッドにより前記操舵輪を駆動する油圧シリンダと、
   前記第１油圧室及び第２油圧室にそれぞれ接続した第１供給管及び第２供給管と、前記第１供給管及び第２供給管にそれぞれ設けられた第１オンオフバルブ及び第２オンオフバルブとを有し、前記各供給管を介して前記各油圧室に圧油を供給する圧油供給手段と、
   操縦者の操作により前記操舵輪の目標角度位置を出力する操縦手段と、
   前記操舵輪の実角度位置を検出する検出手段と、
   前記各油圧室に対する圧油の供給を制御して前記駆動ロッドを移動させ、前記操舵輪の角度位置を変える制御手段であって、前記検出手段によって検出された実角度位置と、前記操縦手段から出力された目標角度位置とを比較して、前記実角度位置が、前記目標角度位置を含む一定範囲内に収まっている否かを確認する角度位置比較部と、外れていると前記角度位置比較部により判断されると、前記第１及び第２オンオフバルブの内、いずれか一方のバルブを開いて、前記目標角度位置を含む一定範囲内に前記実角度位置が収まるように前記駆動ロッドを移動させるバルブ制御部とを有する制御手段とを備えてなり、
   前記バルブ制御部は、収まっていると前記角度位置比較部により判断されたときには、予め設定された時間間隔で前記目標角度位置の変化量を算出してこれが一定基準値を超えているか否かを確認し、超えていると判断した場合には、前記第１及び第２オンオフバルブの内、どちらのバルブを開くべきかを前記算出した変化量を基に判断して、対応するバルブを予め設定された時間開くように構成されてなることを特徴とする航空機のステアリング装置。
2. 地上走行時における進行方向を変更するための操舵輪と、
   前記操舵輪の角度位置を変える、前記請求項１記載の航空機のステアリング装置とを備えてなることを特徴とする航空機。

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