FR2800802A1 - Reacteur pour avion volant a grande vitesse - Google Patents
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Abstract
Réacteur pour avion volant à grande vitesse comportant un moteur avant qui est un turbofan et, un moteur arrière (4) formé au moins d'un turbofan ou d'un turbojet, disposés à l'arrière du moteur avant, le moteur arrière (4) étant couplé par un conduit de dérivation du moteur avant par l'intermédiaire d'un tube et la poussée s'obtient à l'aide du moteur arrière (4) augmentant la pression et la température de l'air de dérivation venant du moteur avant.
Description
l Domaine de l'invention: La présente invention concerne un réacteur
d'avion volant à grande vitesse et plus particulièrement un
réacteur pour propulser un avion volant à vitesse supersoni-
que ou subsonique.
De manière plus particulière, l'invention con-
cerne un réacteur pour avion volant à grande vitesse compor-
tant un moteur avant qui est un turbofan et, un moteur
arrière formé au moins d'un turbofan ou d'un turbojet, dispo-
sés à l'arrière du moteur avant,
Description de l'art antérieur:
Dans un avion supersonique, il faut que les gaz d'échappement soient à température et à vitesse élevée pour obtenir une poussée importante, nécessaire au décollage et au vol supersonique. Toutefois dans un turboréacteur classique, il n'a pas été possible d'obtenir la température des gaz d'échappement nécessaire à un vol supersonique à cause des
limites liées à la température d'entrée de la turbine.
De plus, pour avoir des gaz d'échappement à tem-
pérature et vitesse élevées, on a développé en pratique des turboréacteurs équipés de brûleurs de postcombustion et des
moteurs turbofans avec des brûleurs de postcombustion. Toute-
fois un moteur avec un brûleur de postcombustion présente l'inconvénient de créer un bruit excessivement important puisque la vitesse des gaz d'échappement est très élevée, en
particulier au moment du décollage.
C'est pourquoi, pour réduire le bruit au décol-
lage tout en ayant la température des gaz d'échappement, éle-
vée, nécessaire au vol supersonique, les moteurs comportent un mécanisme variable pour changer par exemple le rapport de
dérivation dans le moteur. De telles solutions ont été propo-
sées et font l'objet de recherches qui n'ont pas donné de ré-
sultats satisfaisants. De plus le brevet US 3 841 091 décrit
un réacteur avec deux moteurs turboréacteurs couplés l'un de-
vant l'autre. Un flux d'air de dérivation est fourni à l'un des moteurs turbojets par commutation du chemin du flux d'air. Mais cela ne permet pas une construction légère ou de
faible encombrement.
Résumé de l'invention: La présente invention a pour but de développer un réacteur du type défini ci-dessus, pour avoir un réacteur
fournissant une poussée importante tout en réduisant les dif-
ficultés du bruit et du poids au décollage, pour un avion vo- lant à vitesse élevée en particulier à vitesse supersonique
ou subsonique.
A cet effet l'invention concerne un réacteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le moteur arrière est couplé par un conduit de dérivation du moteur avant par l'intermédiaire d'un tube et la poussée s'obtient à l'aide du moteur arrière augmentant la pression et la température de
l'air de dérivation venant du moteur avant.
Selon l'invention, il est possible d'élever la température et la pression de l'air de dérivation d'un moteur turbofan à faible bruit à l'aide d'un ou plusieurs moteurs turbojets ou turbofans, disposés séparément; ainsi l'air de dérivation peut être évacué sans que la température ou la pression soit augmentée pendant le décollage. Il est possible de réaliser un réacteur pour un avion supersonique permettant le décollage à faible niveau de bruit. Le moteur turbofan, décrit ci-dessus peut être du type à ventilateur frontal ou à
ventilateur arrière.
Un autre réacteur pour avion volant à grande vi-
tesse selon la présente invention pour résoudre les problèmes définis cidessus est un réacteur pour avion volant à grande vitesse comprenant:un moteur avant formé par un turbofan et, un moteur arrière formé par au moins un turbofan ou turbojet placé à l'arrière du moteur avant; le moteur arrière ayant
un moyen de commutation de l'entrée d'air susceptible de com-
muter le moteur arrière entre un état de dérivation et un état de prise d'air, caractérisé en ce que le moteur arrière prend de l'air de dérivation du moteur avant et en mode de
prise d'air externe, le moteur arrière étant directement ali-
menté en air extérieur.
Le moyen de commutation de l'entrée d'air ci-
dessus peut être réalisé de différente manière par exemple par un moyen de commutation du tube d'alimentation en air de
dérivation du moteur avant vers le moteur arrière, l'air ex-
térieur étant pris par le moteur arrière par l'intermédiaire d'une entrée d'air auxiliaire, et la poussée s'obtenant à
l'aide du débit d'air du moteur qui est augmenté par le mo-
teur arrière en combinaison avec le moteur avant, lorsque le moyen de commutation de conduite commute la position d'entrée
d'air externe.
Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le réacteur est caractérisé en ce que le moyen de commutation de l'entrée d'air est formé par un moyen de déplacement du moteur arrière pour déplacer ce moteur arrière dans une position à l'extérieur de la surface projetée de la
face avant du moteur, l'air extérieur étant pris par le mo-
teur arrière et la poussée obtenue à l'aide du flux d'air du moteur augmenté par la combustion dans le moteur arrière avec le moteur avant, si le moyen de déplacement du moteur arrière déplace celui-ci dans une position en dehors de la section
projetée de la face frontale du moteur frontal.
Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le réacteur est caractérisé en ce que le moyen de commutation de l'entrée d'air est formé par un moyen de déplacement du moteur avant pour déplacer celui-ci dans une position dégagée de la surface projetée de la face avant du moteur arrière, de l'air extérieur étant pris par le moteur arrière donnant une poussée à l'aide de la sortie du moteur augmentée par le moteur arrière en combinaison avec le moteur
avant; le moyen de déplacement du moteur avant déplaçant ce-
lui-ci dans une position en dehors de la surface projetée de
la face frontale du moteur arrière.
Dans ces conditions, lorsque le moyen de déplace-
ment du moteur avant déplace le moteur avant dans une posi-
tion extérieure à la surface projetée de la face avant du moteur arrière, on peut obtenir une poussée importante par l'augmentation de la sortie du moteur, de façon analogue au
cas du déplacement du moteur arrière.
La présente invention sera décrite ci-après de
manière plus détaillée à l'aide de différents modes de réali-
sation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe de principe d'un réacteur
d'avion volant à grande vitesse selon un mode de réalisa-
tion de l'invention, le réacteur étant en position de vol de croisière,
- la figure 2 est une vue en perspective, globale du réac-
teur de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe de principe des moteurs arrières du réacteur de la figure 1, après leur rotation dans une seconde position, - la figure 4 est une vue en coupe de principe montrant l'air arrivant dans les moteurs arrières par commutation d'un tube de connexion du réacteur d'avion volant à grande vitesse et correspondant à un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective globale du tube de liaison du réacteur de la figure 4, - la figure 6 est une vue en coupe de principe d'un réacteur d'avion volant à grande vitesse correspondant à un autre
mode de réalisation de l'invention, le réacteur étant pré-
senté en position de vol de croisière,
- la figure 7 est une vue en coupe de principe du moteur ar-
rière de la figure 6 qui a été translaté vers une seconde position, - la figure 8 est une vue en coupe de principe montrant le cas du moteur avant d'un réacteur d'avion volant à grande vitesse selon un autre mode de réalisation de l'invention,
ce moteur ayant été translaté dans une seconde position.
Les figures 1 à 3 sont des vues en coupe de prin-
cipe d'un réacteur pour un avion très rapide correspondant à
un mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre la situation de l'avion volant à vitesse supersonique ou subsonique. La figure 3 montre le cas de l'avion au décollage ou en phase d'accélération ou en
ascension à vitesse subsonique.
Le réacteur 10 pour un avion très rapide selon la présente invention se compose en combinaison d'un moteur avant 2 formé d'un moteur turbofan et de deux moteurs arrière
4, situés derrière le moteur avant 2 en étant reliés à celui-
ci par un tube de liaison 3. Le turbofan utilisé pour le mo-
teur frontal peut être un moteur de type turbofan frontal ou turbofan arrière; dans le présent mode de réalisation, il
s'agit d'un moteur turbofan frontal.
Pour les moteurs arrière 4, il peut être des mo-
teurs turbofans ou des moteurs turbojets et dans le présent mode de réalisation, les deux moteurs sont des turbofans. Les moteurs arrière 4 se trouvent du côté extérieur de la tuyère de sortie 6 du noyau central 8 du moteur avant 2, de façon
que la sortie du moteur central 8 ne passe pas dans les mo-
teurs arrière mais s'évacue vers l'arrière par la tuyère d'échappement 6 du moteur central, cette tuyère étant située
entre les moteurs arrière.
Selon la figure 2, le tube de liaison 3 est un cylindre de connexion en forme de conduit de dérivation; son
entrée amont est reliée à l'extrémité arrière par une con-
duite de dérivation 5; son extrémité branchée dans une posi-
tion intermédiaire arrive dans les deux cylindres 12 de
liaison des moteurs arrière disposés à 180 de façon à pou-
voir être reliés aux entrées d'air des moteurs arrière 4. Se-
lon la figure 1, la paire de moteurs arrière 4 est installée afin de pouvoir être entraînée et pivotée par un moyen d'entraînement approprié autour de l'axe central du moteur avant, entre une première position dans laquelle l'entrée 13 du moteur arrière est couplée au cylindre 12 de connexion du moteur arrière, du tube de connexion 3 à l'arrière du conduit de dérivation 5 du moteur avant 2 et une seconde position, tournée de 90 par rapport à la situation représentée à la figure 1, autour de l'axe central du moteur avant, est alors
séparé du tube de connexion 3 (figure 3).
Dans la seconde position, l'entrée d'air 13 du moteur arrière est reliée à une entrée d'air auxiliaire 7, distincte. Selon la figure 2, à titre d'exemple, pour le moyen de rotation évoqué ci-dessus, il est prévu un palier 14 monté à rotation sur la périphérie extérieure de la tuyère de
sortie 6 du moteur avant 2 et un anneau de blocage 15 du mo-
teur arrière portant le moteur arrière 4 sur le palier 14, en
faisant corps avec celui-ci; les moteurs arrière sont dépla-
cés en synchronisme par rotation du palier 14 autour de l'axe
central du moteur par l'intermédiaire d'un actionneur appro-
prié prévu dans le fuselage de l'avion ou d'un moyen analo- gue. Le réacteur 10 pour un avion très rapide selon la présente invention est constitué comme indiqué ci-dessus;
pendant le décollage et en phase ascensionnelle et en accélé-
ration à vitesse subsonique, les moteurs arrière occupent la
seconde position représentée à la figure 3; dans cette posi-
tion, l'air de dérivation du moteur avant 2 ne traverse pas
les moteurs arrière et c'est pourquoi en plus de l'air péné-
trant dans le moteur avant 2 à travers l'entrée d'air 1 du moteur avant, de l'air est également dirigé dans les moteurs arrière 4 par l'entrée d'air auxiliaire 7, séparée; l'air comprimé par les moteurs arrière 4 est évacué vers l'arrière
séparément de l'air de dérivation provenant du moteur avant.
De plus pendant l'accélération à la vitesse su-
personique ou pendant le vol de croisière à vitesse superso-
nique ou à vitesse subsonique, les moteurs arrière 4 sont
entraînés en rotation dans la première position et les en-
trées d'air 13 des moteurs arrière sont couplées au tube de connexion 3 prévu à l'arrière du conduit de dérivation 5 du moteur avant 4; l'air de dérivation correspondant à l'air pénétrant dans le moteur avant 2 à travers son entrée d'air 1 et qui est comprimé par le moteur avant 2 est dirigé par le conduit de dérivation 5 et le tube de connexion 3 et dans les
moteurs arrière 4; dans ceux-ci, la température et la pres-
sion de cet air sont augmentées d'autant par les deux moteurs
arrière 4, 4 donnant une veine de gaz à grande vitesse éva-
cuée vers l'arrière. Il est ainsi possible d'obtenir la très forte poussée nécessaire, pendant le vol supersonique ou
l'accélération jusqu'au vol supersonique.
De plus pendant le vol de croisière à vitesse subsonique, l'air de dérivation 5 généré par l'air entrant
dans le moteur avant 2 par son entrée d'air 1 qui est compri-
mé par le moteur avant est dirigé de façon analogue par le tube de connexion 3 dans les moteurs arrière 4; mais pendant
le vol de croisière à vitesse subsonique, la sortie des mo-
teurs arrière 4 est limitée ou encore les moteurs arrière 4 sont neutralisés et ainsi l'air s'évacue vers l'arrière sans augmentation significative de sa pression ou de sa tempéra-
ture. On peut ainsi rester en vol de croisière subsonique.
Dans le moteur selon le présent mode de réalisa-
tion, comme le volume du flux des gaz de sortie du moteur
peut être augmenté pendant le décollage, en introduisant di-
rectement de l'air dans les moteurs arrière plutôt que d'y introduire de l'air de dérivation provenant du moteur avant, il est possible de réduire le bruit généré par les jets de sortie. Ainsi le réacteur pour avion supersonique permet des
décollages à un niveau de bruit faible.
De plus en croisière à vitesse supersonique ou pendant l'accélération jusqu'à la vitesse supersonique, il
est également possible d'obtenir une forte poussée sans uti-
liser la postcombustion, en augmentant la température et la
pression de l'air de dérivation du moteur avant. Par la sup-
pression de la postcombustion, il est possible d'obtenir à un rendement de combustion très élevé et ainsi une consommation de carburant équivalente à celle d'un turbofan classique, tout en réduisant la quantité des hydrocarbures imbrûlés, et
les oxydes d'azote dans les gaz d'échappement.
La figure 4 est une coupe de principe montrant un réacteur pour avion volant à grande vitesse selon un autre
mode de réalisation de la présente invention. Ce schéma cor-
respond au cas o deux moteurs arrière 4 fonctionnent suivi du décollage, de la phase ascensionnelle ou d'accélération
jusqu'à une vitesse subsonique. Dans ce diagramme, les élé-
ments analogues à ceux du mode de réalisation décrit ci-
dessus portent les mêmes références.
Le réacteur 20 pour un avion volant à grande vi-
tesse selon la présente invention est analogue à celui décrit ci-dessus, du point de vue de sa structure de base; mais
dans ce mode de réalisation, plutôt que de modifier la posi-
tion des moteurs arrière en les faisant tourner autour d'un axe central, comme moyens de commutation de l'entrée d'air pour commuter les moteurs arrière entre une situation dans
laquelle ils reçoivent de l'air de dérivation provenant du moteur avant et un état dans lequel ils prennent de l'air ex- terne, il est prévu un moyen de commutation du conduit pour5 commuter en faisant tourner le conduit de liaison.
De manière caractéristique, selon le présent mode
de réalisation, un tube de connexion 21 est porté par le con-
duit de dérivation sur le moteur avant 2 de façon à pouvoir être entraîné et pivoté entre une position de prise d'air de dérivation ou une position de prise d'air externe. Le tube de connexion 21 est fixé aux moteurs arrière dans une position déterminée. Comme représenté à la figure 5, la partie amont du tube de connexion 21 constitue un conduit de dérivation reliant le cylindre 22 et sa partie aval est formée de deux
cylindres de connexion de deux moteurs arrière 23.
Selon le présent mode de réalisation, en procé-
dant comme indiqué ci-dessus et en commutant le tube de con-
nexion 14 sur la position de prise d'air externe au cours du
décollage ou en phase ascensionnelle ou d'accélération à vi-
tesse subsonique, l'air pénètre dans le moteur avant 2 par
son entrée d'air 1 et en même temps de l'air arrive directe-
ment dans les moteurs arrière 4 par des conduits d'air auxi-
liaires, séparés; ainsi l'air comprimé par chacun des moteurs est évacué vers l'arrière de façon indépendante. Par
ailleurs au cours de l'accélération jusqu'à la vitesse super-
sonique, le vol de croisière à vitesse supersonique ou le vol
de croisière à vitesse subsonique, en faisant tourner et pi-
voter le tube de connexion 3 dans la position de prise d'air
de dérivation, comme dans le mode de réalisation décrit ci-
dessus, l'air de dérivation du moteur avant 2 est introduit dans les moteurs arrière 4; la température et la pression de
l'air de dérivation, comprimé par le moteur avant 2 sont en-
core augmentées par les deux moteurs arrière 4, 4 donnant un
flux d'air à grande vitesse évacué vers l'arrière.
Les figures 6 et 7 montrent des vues en coupe de principe d'un autre mode de réalisation d'un réacteur pour un avion volant à grande vitesse selon la présente invention. Le réacteur 30 pour un avion volant à grande vitesse selon la présente invention comprend seulement un moteur arrière 4 monté de façon à pouvoir être déplacé par translation par un
moyen de déplacement du moteur arrière entre une première po-
sition dans laquelle il se trouve dans la projection de la face frontale du moteur avant et une seconde position dans laquelle il se trouve à l'extérieur de la projection de la
face frontale du moteur avant. Le moyen de déplacement du mo-
teur arrière peut être un mécanisme approprié, le moteur ar-
rière étant suspendu par rapport au fuselage de l'avion par
un moyen de liaison; puis, on commande le déplacement cor-
respondant du moyen de liaison d'une façon linéaire, perpen-
diculairement à l'axe dans un plan horizontal en utilisant un
actionneur approprié.
Lorsque le moteur arrière 4 occupe la première
position représentée à la figure 6, l'entrée d'air 13 du mo-
teur arrière est reliée aux conduits de dérivation du moteur avant 2 pour que l'air de dérivation puisse arriver dans le moteur arrière. Lorsque le moteur arrière 4 occupe la seconde position indiquée à la figure 7, l'entrée d'air 13 du moteur arrière est séparée du conduit de dérivation 5 du moteur avant et l'air peut alors pénétrer directement dans le moteur arrière. C'est pourquoi, en bloquant le moteur arrière
dans la première position pendant un vol de croisière à vi-
tesse supersonique ou en accélération jusqu'à la vitesse su-
personique, l'air s'introduit dans le moteur avant 2 par l'intermédiaire de l'entrée d'air 1 du moteur avant et l'air de dérivation comprimé par le moteur avant est dirigé dans le moteur arrière 4 qui augmente la température et la pression
de cet air en produisant un flux de gaz à grande vitesse éva-
cué dans la direction arrière.
En bloquant le moteur arrière dans la première
position au cours d'un vol de croisière subsonique, la déri-
vation d'air créée par l'air entrant dans le moteur avant 2
par l'intermédiaire de son entrée d'air 1, et qui est compri-
mé par le moteur avant, est dirigée dans le moteur arrière 4,
mais comme la sortie du moteur arrière est limitée ou le mo-
teur arrière tourne à vide, cet air s'évacue à l'arrière sans
augmentation significative de sa température ou de sa pres-
sion. D'un autre côté, en déplaçant et en bloquant le moteur arrière dans la seconde position au cours du décollage en montée ou en accélération jusqu'à la vitesse subsonique, l'air pénètre dans le moteur avant 2 par l'entrée d'air 1 du moteur avant; en même temps de l'air extérieur arrive dans le moteur arrière 4, déplacé dans une position en dehors de
la zone de projection de la face avant du moteur avant; ain-
si, l'air comprimé par chaque moteur est évacué indépendam-
ment vers l'arrière.
La figure 8 est un schéma de principe d'un autre mode de réalisation de l'invention. Dans le réacteur 40 pour un avion volant à grande vitesse selon le présent mode de réalisation, au lieu de déplacer le moteur arrière 4 comme
dans les modes de réalisation précédents, on déplace le mo-
teur avant 2 entre une première et une seconde position par
rapport à un moteur arrière.
La figure 8 montre le cas d'un moteur arrière 4, l'avion étant en décollage ou en montée ou en accélération
jusqu'à la vitesse subsonique.
Pendant le décollage ou en montée ou en accéléra-
tion jusqu'à la vitesse subsonique, en déplaçant le moteur avant 2 dans une position en dehors de la projection de la face frontale du moteur arrière 4 et de l'entrée d'air 1 du moteur avant, l'air pénètre dans le moteur avant 2 et en même temps dans le moteur arrière 4, c'est-à-dire par une entrée d'air auxiliaire créée lorsque le moteur avant 2 se déplace dans une position; ainsi l'air comprimé par chaque moteur est évacué indépendamment vers l'arrière. Pendant un vol de croisière à vitesse supersonique, en accélération jusqu'à la
vitesse supersonique ou en vol de croisière à la vitesse sub-
sonique, en déplaçant le moteur avant dans la position repré-
sentée à la figure 4, on obtient un effet similaire à celui
décrit ci-dessus.
La présente invention permet de réaliser un mo-
teur susceptible de modifier de manière significative la vi-
tesse des gaz d'échappement selon les différents états de vol entre le décollage jusqu'au vol de croisière supersonique,
sans nécessiter de mécanisme complexe, ce qui permet un vol à grand rendement, entre les vitesses subsoniques jusqu'aux vi- tesses supersoniques. En particulier comme on peut augmenter5 la poussée du moteur au moment du décollage sans augmenter de manière indépendante le débit de gaz d'échappement, en éva-
cuant l'air comprimé respectivement par un moteur avant et par un ou plusieurs moteurs arrière, on réduit considérable- ment le bruit engendré par les jets de sortie et on réalise10 ainsi un réacteur pour un avion supersonique, permettant un décollage peu bruyant.
Claims (4)
1 ) Réacteur pour avion volant à grande vitesse comportant: - un moteur avant (2) qui est un turbofan et, - un moteur arrière (4) formé au moins d'un turbofan ou d'un turbojet, disposés à l'arrière du moteur avant (2), caractérisé en ce que le moteur arrière (4) est couplé par un conduit de dérivation
(5) du moteur avant par l'intermédiaire d'un tube et la pous-
sée s'obtient à l'aide du moteur arrière (4) augmentant la pression et la température de l'air de dérivation venant du
moteur avant (2).
2 ) Réacteur pour avion volant à grande vitesse comprenant: - un moteur avant (2) formé par un turbofan et, - un moteur arrière (4) formé par au moins un turbofan ou turbojet placé à l'arrière du moteur avant (2), - le moteur arrière (4) ayant un moyen de commutation de l'entrée d'air susceptible de commuter le moteur arrière (4) entre un état de dérivation et un état de prise d'air, caractérisé en ce que le moteur arrière (4) prend de l'air de dérivation du moteur
avant (2) et en mode de prise d'air externe, le moteur ar-
rière (4) étant directement alimenté en air extérieur.
3 ) Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de commutation de l'entrée d'air (1) est formé par un moyen de commutation de tube pour commuter un tube (21) de dérivation d'alimentation en air du moteur avant (2) vers le
moteur arrière, l'air extérieur étant pris par le moteur ar-
rière par l'intermédiaire d'une entrée d'air auxiliaire et la poussée s'obtenant à l'aide du débit d'air du moteur qui est augmenté par le moteur arrière (4) combiné au moteur avant (2), lorsque le moyen de commutation de conduite est dans une
position d'entrée d'air externe.
4 ) Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de commutation de l'entrée d'air est formé par un moyen de déplacement du moteur arrière (4) pour déplacer ce
moteur arrière (4) dans une position à l'extérieur de la sur-
face projetée de la face avant du moteur, l'air extérieur étant pris par le moteur arrière (4) et la poussée obtenue à l'aide du flux d'air du moteur augmenté par la combustion dans le moteur arrière (4) avec le moteur avant (2), si le moyen de déplacement du moteur arrière (4) déplace celui-ci dans une position en dehors de la section projetée de la face
frontale du moteur frontal.
) Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que - le moyen de commutation de l'entrée d'air est formé par un
moyen de déplacement du moteur avant (2) pour déplacer ce-
lui-ci dans une position dégagée de la surface projetée de la face avant du moteur arrière (4), de l'air extérieur étant pris par le moteur arrière (4) donnant une poussée à
l'aide de la sortie du moteur augmentée par le moteur ar-
rière (4) en combinaison avec le moteur avant (2),
- le moyen de déplacement du moteur avant (2) déplaçant ce-
lui-ci dans une position en dehors de la surface projetée
de la face frontale du moteur arrière (4).
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