ata 27 flight controls

MANDOS DE VUELO. NOVIEMBRE 2006Pag. 1 / 81

INTEGRACIN DE SISTEMAS Y PRUEBAS FUNCIONALES

SISTEMADE

MANDOS DE VUELO



0 INTRODUCCIN1 DEFINICIN DEL SISTEMA. PRINCIPIOS BSICOS

1.1 Control por fuerzas aerodinmicas1.2 Control por empuje

2 CLASIFICACIN Y DESCRIPCIN DEL SISTEMA.2.1 Funciones

2.1.1 Control longitudinal2.1.2 Control lateral 2.1.3 Control direccional2.1.4 Dispositivos hipersustentadores2.1.5 Spoilers2.1.6 SWRS

INDICE (I)



2.2 Arquitectura2.2.1 Sistemas reversibles2.2.2 Sistemas irreversibles2.2.3 Sistema irreversible mecnico2.2.4 Sistema irreversible elctrico (FBW)

3 CONTROLES4 DISEO. REQUISITOS Y NORMAS.5 PRUEBAS

INDICE (II)



INTRODUCCINBibliografa

FAR / JAR / CS - 25. Conocimientos del Avin. Antonio Esteban Oate. Manual de Mantenimiento C295/CN235. EADS-CASA. Manual de Operaciones C295/CN235. EADS-CASA. Airbus 340 Maintenance Course. Airbus Co. Fly By Wire. A Historical and Design Prespective. R.Schmitt Aerodinmica y Actuaciones del Avin. Anbal Isidoro Carmona Syntesis of Subsonic Airplane Desing. Torenbeek, E. Aeronutica. Tomo 1. Ed. Paraninfo. Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge. FAA.



V P

V P

V P

V P L

L

EXTRADOS

INTRADOS

Conceptos bsicos de aerodinmica1.1 CONTROL POR FUERZAS AERODINMICAS (I)

DEFINICION DEL SISTEMA: PRINCIPIOS BSICOS



Conceptos bsicos de aerodinmica1.1 CONTROL POR FUERZAS AERODINMICAS (II)

SUPERFICIES DE CONTROL

Spoilers (aerofrenos)

Alerones/Flaperones

Flaps

Timones de altura

Timn de direccin

Flap Kreger/

Slats

Estabilizador horizontal mvil

DEFINICION DEL SISTEMA: PRINCIPIOS BASICOS



VTOL ( Vertical Take Off and Landing)

1.2 CONTROL POR EMPUJE

STOL (Short Take Off and Landing)

DEFINICION DEL SISTEMA: PRINCIPIOS BASICOS



Momento cabeceo ATAQUE V ATAQUE V

Control en cabina

Fuerza aerod.

Movimiento avinControl en cabina

V

Timn de altura

CLASIFICACION Y DESCRIPCION DEL SISTEMA: FUNCIONES

2.1.1 CONTROL LONGITUDINAL (I)



Momento cabeceo ATAQUE V ATAQUE V

Control en cabina

Control en cabina

Fuerza aerod.

Movimiento avin

V

Timn de altura


2.1.1 CONTROL LONGITUDINAL (II)



CONFIGURACIN CANARD

- Mejor comportamiento en la prdida

- El canard contribuye a la sustentacin

- Ala bajo la estela del canard

CONFIGURACIN DELTA. ELEVN

- Deflexin simtrica Control de altura

- Deflexin asimtrica Control lateral

Canard

Elevones


2.1.1 CONTROL LONGITUDINAL (III)



Estabilizador horizontal mvil

ESTABILIZADOR HORIZONTAL MVIL.

- Resistencia crucero - Control long. de emergencia

V

F


2.1.1 CONTROL LONGITUDINAL (IV)



EquilibrioMomento de alabeo

Control en cabina

Fuerza aerod.

Movimiento avinControl en cabina

Momento contrario

Alerones


2.1.1 LATERAL (I)



Alerones. Guiada adversa.L

L

Di

Di

El avin realiza una guiada en

sentido contrario al balance comandado

La guiada adversa se compensa con:

- Aplicacin simultnea del timn de direccin

- Alern tipo friser

-Control lateral por spoilers

L Di Dp


2.1.1 CONTROL LATERAL (II)



FLAPERN

- Deflexin asimtrica: Control lateral

- Deflexin simtrica: Dispositivo hipersustentador (flap)

SPOILER. FUNCIN DE ALABEO- Complementa a los alerones.

- Pequeas deflexiones.

- No genera guiada adversa (LSEMIALA DP SEMIALA ).

Flapern

Flapern


2.1.1 CONTROL LATERAL (III)



Pie derecho

Control en cabina

RESBALAMIENTO

Control en cabina

Fuerza aerod.

Movimiento avin

Momento guiada

Direccin


2.1.1 CONTROL DIRECCIONAL (I)




2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (I)




2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (II)



DISPOSITIVOS DE BORDE DE SALIDA. FLAPS

- Funcin: CL MX VSTALL- Aumentan la curvatura del perfil y/o la superficie del ala

- CD () FLAPTAKE OFF< () FLAPLANDING- Momento de picado. LEfectivo= LFLAP- LEstab.

Flaps

Flaps

CL

F 0

F 15CL

F 0

F 15


2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (III)



FLAP INTRADOS

CD, Cm

FLAP SIMPLE

FLAP RANURADO

Retrasa el desprendimiento capa lmite. CLMAX

FLAP FOWLER

Curvatura, Cuerda . CLMAX

FLAP FOWLER MULTIRANURADO

Retrasa el desprendimiento capa lmite. CLMAX


2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (IV)



DISPOSITIVOS DE BORDE DE ATAQUE. FLAP KREGER, SLATS

- Funcin: CL MX VSTALL- Retrasan la prdida (MX)- No incrementan resistencia.

- Permiten reducir el momento de picado.

Flap Kreger/ Slats

Flap Kreger/ Slats


2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (V)



FLAP KREGER

- Aumenta la curvatura del perfil y retrasa la prdida (MX)- No condiciona el perfil en configuracin limpia (crucero)

- Mayor complejidad mecnica y peso

CL

F 0

F 10 CL

F 0F 10


2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (VI)



SLATS

- Sopla la capa lmite del extrads retrasando el desprendimiento(MX)- Condiciona el perfil en configuracin limpia (crucero)

- Menor complejidad mecnica y peso

- Accionamiento: Automtico, controlado

CL

S 0

S 10 CL

S 0

S 10


2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (VI)




2.1.4 SISTEMAS HIPERSUSTENTADORES (VII)

FLAP A380



AEROFRENO (SPOILER) NO INSTALADO EN EL ALA

- CD. No vara la sustentacin del ala. AEROFRENO (SPOILER) INSTALADO EN EL ALA

- CD, CLSpoilers

Spoilers


2.1.5 DISPOSITIVOS DE REDUCCIN DE SUSTENTACIN Y/O AUMENTO DE LA RESISTENCIA (I).



AEROFRENO (SPOILER) INSTALADO EN EL ALA.

CD, CL. Funciones:

- Flight Spoiler:

Control lateral (extensin en una ala)

Deceleracin en vuelo

Proteccin contra rfagas

Deceleracin en tierra

- Ground Spoiler:

Deceleracin en tierra

()

Flight spoiler

Ground spoiler


2.1.5 DISPOSITIVOS DE REDUCCIN DE SUSTENTACIN Y/O AUMENTO DE LA RESISTENCIA (II).




2.1.5 DISPOSITIVOS DE REDUCCIN DE SUSTENTACIN Y/O AUMENTO DE LA RESISTENCIA (III).

AIRBUS A300



SWRS (Stall Warning and Recovering System)

El sistema se instala si la prdida natural no permite cumplir la norma.

Elementos:

Shaker: Avisa de la proximidad de la prdida

Pusher: Evita la prdida forzando a picar

CADENA DE CONTROL

PUSHERS


2.1.6 SISTEMA DE AVISO DE PRDIDA Y RECUPERACIN (I)



AISWT1

SWT1

S/P

S/P

FLAP

FLAP

SHAKER, PUSHER funcin de:

- () Flap

- Hielo

- Entry rate ()

SHAKER < PUSHER


2.1.6 SISTEMA DE AVISO DE PRDIDA Y RECUPERACIN (II)

SWRS (Stall Warning and Recovering System)



SISTEMAS

IRREVERSIBLES

SIN ASISTENCIA CON ASISTENCIA AERODINMICA:

CornaduraAletas

MOTORIZADOSMECNICOS

ELCTRICOS

(Fly By Wire)

V , MTOW

SISTEMAS

REVERSIBLES

200 Knots, 20000Kg

CLASIFICACION Y DESCRIPCION DEL SISTEMA: ARQUITECTURA



2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (I)

DESCRIPCIN

-Sistema de control y accionamiento mecnico directo.-La fuerza del piloto se transmite a las superficies de control y viceversa:

FCONTROL= F ( V2, , MANDO) VENTAJAS

- Coste desarrollo y fabricacin- Coste de mantenimiento.

INCONVENIENTES- V y MTOW limitados

APLICACIN- Aviones de tamao pequeo-medio y velocidad subsnica baja-media

)(2

1 2 CCCKCSV hocc ++




COMPENSACIN AERODINMICA POR CORNADURA Y HANDLEY PAGE

El momento en la charnela se reduce por la aportacin de la superficie por delante del eje de giro

CORNADURA HANDLEY PAGE

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (II)




COMPENSACIN AERODINMICA POR ALETAS

-SERVO ALETAS:

Ligadas cinemticamente

al control. Modifican

constantemente la fuerza

sobre el mando

-ALETAS DE TRIM

Modifican las fuerzas a

voluntad del piloto

RUDDER

TRIM

SERVO

FLAP

FLAP

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (III)




F

F

b)

Avin duro

Avin blando

Zona admisible

a)a)

b)

V, cte

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (IV): SERVOALETA




CONTROL SERVO

El control se aplica directamente sobre la aleta de servo.

)(2

10 2 sehocc se CCCCKCSV +++=

F

M=0

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (V)




ALETAS TRIM

- Anula las fuerzas en el control a voluntad del piloto:

- Eje lateral: Permite volar con alas a nivel

- Eje direccional: Permite volar con resbalamiento

- Eje longitudinal: Permite variar VTRIM

))((2

10 2 tesehocc tse CCCCCKCSV ++++=

TRIMet V ,

F

V

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (VI)




SISTEMA REVERSIBLE MOTORIZADO

- El piloto es auxiliado parcialmente por una unidad de potencia.

- En caso de fallo de la unidad de potencia las superficies pueden ser controladas por el piloto con mayores fuerzas.

- Potencia hidrulica, neumtica o elctrica.

Lnea de presin

Lnea de retorno

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (VII)




BARRAS PUSH-PULL

-Transmiten el movimiento en ambos sentidos

- Distancias cortas

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (VIII)




REENVOS

- Cambia la direccin del movimiento

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (IX)




RBOL DE TORSIN

-Transmiten el movimiento por momento torsor

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (X)




CABLES

-Transmiten el movimiento a mayores distancias

TENSOR

- Permiten el montaje y ajuste de la tensin (F(T)) de los cables

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (XI)




REGULADOR DE TENSIN

- Mantiene la tensin ante cambios de temperatura

(CDilatacin cable< CDilatacin fuselaje)

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (XII)




POLEA

-Cambia la direccin del movimiento de los cables

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (XIII)




SISTEMA LIMITADOR DE RECORRIDO (RUDDER LMITER)

VLimitacin estructural Topes variables F(V)

ARTCU

ADU

EEC

EEC

ADU

FLAP

FLAP

AI ACTwow

wow

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (XIV)




SISTEMAS DE ASISTENCIA TEMPORAL (RUDDER BOOSTER)Fallo de motorF PEDAL Ayuda neumtica

2.2.1 SISTEMAS REVERSIBLES (XV)




DESCRIPCIN

El sistema genera la potencia necesaria para mover las superficies

El control puede ser Mecnico indirecto o Elctrico (Fly By Wire)

Requieren de sistema de restitucin de esfuerzos

VENTAJAS

- No existe limitacin de V MTOW

- Permiten leyes de control y proteccin complejas

INCONVENIENTES

- Coste desarrollo y fabricacin. Peso de la clula- Coste de mantenimiento.

2.2.2 SISTEMAS IRREVERSIBLES (I)




GENERACIN DE POTENCIA

NEUMTICA

- Peso sistema - Problemas de fugas y compresibilidad

ELCTRICA

- Coste - Potencia/peso

HIDRULICA

- Bombas de caudal variable.

- Lquidos hidrulicos minerales (MIL-H-5606) o sintticos (Skydrol 500B).

2.2.2 SISTEMAS IRREVERSIBLES (II)




ACTUADORES HIDRULICOS

Incluyen dispositivos de posicin (LVDT, potencimetros)

ACTUADORES EN PARALELO.

Volumen menor (Perfiles de espesor pequeo)

ACTUADORES TIPO TNDEM.

Volumen mayor

SYS HYD 1 SYS HYD 2

2.2.2 SISTEMAS IRREVERSIBLES (III)




DESCRIPCIN

Control Mecnico indirecto

Potencia hidrulica (en general)

Requieren de sistemas de restitucin de esfuerzos/trim complejos

Piloto Automtico: Servo motor, unidad de desconexin, computador

2.2.3 SISTEMA IRREVERSIBLE MECANICO (I)




SISTEMA DE RESTITUCIN DE ESFUERZOS Y TRIM

Restitucin por muelle:

Restitucin q:

)(21 2

choccCONTROL cCCCKCSVF ++

cCONTROLF

2

2

1VFCONTROL

PT

PS2

2

1VPP ST =

2.2.3 SISTEMA IRREVERSIBLE MECNICO (II)




DESCRIPCIN

Control elctrico (FBW)

Potencia hidrulica (en general)

Piloto Automtico integrado

Leyes de control complejas:

Cualidades Vuelo, actuaciones Redundancia

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (I)




PRINCIPIOS FLY BY WIRE (FBW)

FEEDBACK: V,n,Potencia, Configuracin, estado del sistema.

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (II)CLASIFICACION Y DESCRIPCION DEL SISTEMA: ARQUITECTURA



LEYES DE CONTROL

Fallo simple no implica cambio de ley normal

Fallo simple: Seal posicin de un actuador, fallo de un computador,...

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (III)




LEY NORMAL

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (IV)




LEY NORMAL

Control longitudinal:

- Modo vuelo:

Parmetro de control: Factor de carga.

Compensacin automtica de cabeceo

Proteccin contra demanda excesiva (Conf. Limpia: 2.5/ - 1g. Flaps: 2/0 g ). Proteccin contra rfagas.

Proteccin MAX

Proteccin VMO

Proteccin actitud (15 morro arriba, 25 morro abajo)

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (V)




- Modo aterrizaje

h< 50 ft

Parmetro de control: Actitud

Proteccin contra demanda excesiva (Flaps: 2/0 g ).

Proteccin MAX

Proteccin actitud

- Modo tierra:

Control directo

Proteccin VMU

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (VI)




Control lateral/direccional:

- Modo vuelo/aterrizaje:

Parmetro de control lateral: ngulo de balance.

Proteccin ngulo balance excesivo.

Coordinacin viraje.

Amortiguacin balanceo holands.

Control ngulo de resbalamiento

- Modo tierra:

Ley VMCG (actuacin automtica spoiler, timn direccin)

Control directo

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (VII)




LEY CONTROL ALTERNATIVO 1

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (VIII)




LEY CONTROL ALTERNATIVO 1A

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (IX)




LEY CONTROL ALTERNATIVO 2

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (X)




LEY CONTROL ALTERNATIVO 2A

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XI)




LEY CONTROL ALTERNATIVO 2B

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XII)




LEY CONTROL DIRECTO

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XIII)




COMPUTADORES

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XIV)




COMPUTADORES

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XV)




SISTEMA HIDRULICO

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XVI)




SISTEMA HIDRULICO: PRIORIDAD

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XVII)




PRIORIDAD COMPUTADORES

2.2.4 SISTEMA IRREVERSIBLE ELCTRICO (XVIII)




CONTROL LATERAL Y LONGITUDINAL

CONTROL DIRECCIONAL

CONTROLES: SUPERFICIES PRINCIPALES



Trim normalalabeo

Trim de altura

Trim direccin

Trim deemergencia.

alabeo

Seta de trim

Go around

Desconexin de piloto

automtico

RUDDER TRIM

PTT

CONTROLES E INDICADORES DE POSICION DE TRIM



FLAPS

SPOILERS

CONTROL ESTAB. HORIZONTAL

CONTROLES: SUPERFICIES SECUNDARIAS



ECAM (Electronic Centralized Aircraft Monitoring)

CONTROLES: INDICACIN EN ECAM



REQUERIMIENTOS. ESPECIFICACIN

Mandos de Vuelo

Coste de Desarrolloy Fabricacin

Mantenimiento y Operatividad

Radio de giro Actuaciones en despegue

y aterrizaje

Funcionales

...

Roll Rate

DISEO. REQUISITOS Y NORMAS



Control y Maniob.CS - 25.143-149

EstabilidadCS - 25.171-181

TrimCS - 25.161

Funcionales

Mandos de VueloEstructuralesCS - 25.391-459

DiseoCS - 25.651-657,

671-703

Prdida (Stall)CS - 25.201-207


REQUERIMIENTOS MNIMOS. NORMATIVA (CS - 25.A/C Transport ) (I)



REQUERIMIENTOS MNIMOS.NORMATIVA (CS - 25.A/C Transport ) (II)

Control y Maniobrabilidad (CS - 25.143-149). Avin seguro:

- Con piloto de habilidad normal.

- En todas las fases del vuelo

(despegue, subida, crucero,

descenso y aterrizaje) peso y C.G .

- En caso de parada de motor/es.

- Durante cambios de configuracin

y/o potencia y/o velocidad de vuelo.

- Fuerzas (long.) lmites en maniobra:

Fuerza para factor de carga mximo > 50 lbs

Fuerza mxima / g: 120 lbs

FUERZAS MXIMA APLICABLES

CONTROL ACTUACIN

BREVE (lbs)

ACTUACIN PROLONGADA

(lbs) Cabeceo 75* 50** 10 Balance 50* 25** 5 Guiada 150 20

* Aplicacin una mano** Aplicacin dos manos




- Control direccional: Cambio de rumbo > 15 (1.4VRS).

- Control lateral: Giros con 20 de balance a favor y en contra del motor/es crtico/s (*) inoperativo/s. Centrado asimtrico.

Trim (CS - 25.171-181)

El avin debe ser trimable (**) longitudinal, direccional y lateralmente:

- En todas las fases de vuelo.

- En todas las configuraciones y potencia.

- En caso de fallo de motor.

(*) Avin trimado Fuerza en el control= 0.

(**) Motor/es crtico/s: Caso ms desfavorable en caso de parada/s de motor/es.

REQUERIMIENTOS MNIMOS.NORMATIVA (CS - 25.A/C Transport ) (III)DISEO. REQUISITOS Y NORMAS



REQUERIMIENTOS MNIMOS.NORMATIVA (CS - 25.A/C Transport ) (IV)

Estabilidad (CS - 25.171-181)

Estabilidad esttica longitudinal:

- Fuerza a empujar el mando de cabeceo V-Fuerza a tirar del mando de cabeceo V-Con mando libre el avin recupera VTRIM 0.1VTRIM

Estabilidad esttica direccional:

-El avin tiende a anular el ngulo de resbalamiento con mandos libres

-La fuerza sobre el mando es proporcional al ngulo de resbalamiento

Estabilidad esttica lateral:

-El avin tiende a mantener alas a nivel en caso de manos libres

-La fuerza sobre el mando es proporcional al ngulo de resbalamiento

V

(F>1lb / 6 Knots)

VTRIM

F




REQUERIMIENTOS MNIMOS.NORMATIVA (CS - 25.A/C Transport ) (V)

Prdida (CS - 25.171-181)

-Aviso previo a la prdida

- Entrada en prdida sin cada de ala

- Prdida en giro

Estructurales (CS - 25.391-459. Particulares de mandos de vuelo)

- Resistencia de las charnelas segn su eje.

- Fuerza sistemas limitadores < Fuerza max. Pilotos.

- Se establecen las fuerzas y momentos mximos que el piloto puede llegar a aplicar a la cadena de control.

- Se especifican condiciones de carga asimtrica.

- Condiciones de carga para flaps: CS - 25.345.




Diseo (CS - 25.651-657, 671-703. Particulares de mandos de vuelo)

- Pruebas de carga

- Ausencia de interferencias con las superficies en los extremos

- El diseo debe reducir la posibilidad de montaje errneo.

- Control del avin en caso de fallo en el sistema (bloqueo, runaway, ...)

- Indicaciones en cabina (flap, trim).

REQUERIMIENTOS MNIMOS.NORMATIVA (CS - 25.A/C Transport ) (VI)




OBJETIVO. COMPROBAR:

- Montaje correcto

- Ganancias y deflexiones mximas de las superficies

- Correspondencia control cabina-superficie

- Integracin con el resto de sistemas

FILOSOFA DE LAS PRUEBAS

- Pruebas con equipos ajenos al avin (Inclinmetros/Pantgrafos)

- Pruebas con los equipos embarcados del avin (SW Interno)

PRUEBAS



- Puesta a cero y deflexiones mximas- Ganancias del servo (Mando mecnico)-Fuerza de friccin y balance de superficie(Mando mecnico)

AJUSTE MECNICO DE LAS SUPERFICIES

-15,00

-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

-10,00 -5,00 0,00 5,00

Servo Tab LH deflectionS

t

a

b

i

l

i

z

e

r

L

H

d

e

f

l

e

c

t

i

o

nElevator deflection Vs Pilot force

-10,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

-15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

Elevator deflection ()

P

i

l

o

t

f

o

r

c

e

(

l

b

s

)

PRUEBAS



- Prueba de los sistemas de potencia (Hidrulico/Neumtico/elctrico)asociados al sistema de mandos de vuelo.

- Prueba de los Computadores de Control en sus distintos modos.(Pruebas en tierra y en vuelo)

-Comprobacin de tiempos de actuacin de las superficies.(Principales y secundarias)- Prueba del sistema de desconexin/prioridad de mandos.- Prueba del sistema de Bloqueo de Mandos.- Pruebas de desconexin de Piloto Automtico (ATA 22).

COMPROBACIN DE LOS SISTEMAS

PRUEBAS

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