JP2000356567A - 風洞試験用加振装置 - Google Patents
風洞試験用加振装置Info
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- JP2000356567A JP2000356567A JP11166158A JP16615899A JP2000356567A JP 2000356567 A JP2000356567 A JP 2000356567A JP 11166158 A JP11166158 A JP 11166158A JP 16615899 A JP16615899 A JP 16615899A JP 2000356567 A JP2000356567 A JP 2000356567A
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Abstract
り疑似正弦波加振が出来るとともに、翼模型の平均迎
角、振動振幅、振動数を自動的に変更可能にできるよう
にした風洞試験用加振装置を提供する。 【解決手段】風洞に対して固定された固定軸受26と、
前記固定軸受を貫通して前記軸受によって回転自在に支
持される模型翼と連結可能な軸1と、前記固定軸受の外
周に回転自在に取り付けた回転ベース9と、前記回転ベ
ースの回転により模型翼と連結可能な軸を回転し、模型
翼の平均迎角を設定する迎角設定手段と、前記模型翼の
回転角を検出する迎角検出手段15、16と、前記回転
ベース上に取り付けた加振手段6、7と、前記加振手段
により前記模型翼と連結可能な軸を揺動振動させる振動
伝達手段12、2とを備えてなる風洞試験用加振装置。
Description
が備えている翼まわりの非定常流れ現象を調べるために
好適な風洞試験用の2次元翼加振装置に関するものであ
り、特に、3台のモ−タ−をパソコンで制御することに
より疑似正弦波加振が出来るとともに、翼模型の平均迎
角、振動振幅、振動数を自動的に変更可能にできるよう
にした風洞試験用加振装置に関するものである。
元翼模型を周期加振し、その翼まわりの非定常空気力の
測定、あるいは気流の可視化などを行う場合がある。こ
れらの実験では、風速と翼模型の平均迎角、振動振幅、
振動数等のパラメ−タ変更をするので実験時間が長くな
り、パラメ−タの変更を自動化し作業効率を上げること
は重要である。
されてきたのがクランク・レバ−機構であるがこの機構
は自動化するためには構成が複雑になるため自動化は難
しい。また最近1台のダイレクト・ドライブ・モ−タ−
を使用して三角波加振する方法でパラメ−タ変更を自動
化したものがあるが、高い振動数で精度よく加振するこ
とは難しいし、制御が複雑となるなど難点も多い。
することにより、高級な制御則を使用することなくパソ
コンからの簡単な指令だけで疑似正弦波加振が出来ると
ともに、翼模型の平均迎角、振動振幅、振動数を自動的
に変更出来る新規な2次元翼模型加振装置を提供し、上
記のような問題点を解決することを目的とする。
単で動作が確実な3台のモ−タ−をパソコンで制御する
ことにより疑似正弦波加振が出来るとともに,翼模型の
平均迎角,振動振幅,振動数を自動的に変更することが
できる。
した技術解決手段は、風洞に対して固定された固定軸受
と、前記固定軸受を貫通して前記軸受によって回転自在
に支持される模型翼と連結可能な軸と、前記固定軸受の
外周に回転自在に取り付けた回転ベースと、前記回転ベ
ースの回転により模型翼と連結可能な軸を回転し、模型
翼の平均迎角を設定する迎角設定手段と、前記模型翼の
回転角を検出する迎角検出手段と、前記回転ベース上に
取り付けた加振手段と、前記加振手段により前記模型翼
と連結可能な軸を揺動振動させる振動伝達手段とを備え
てなる風洞試験用加振装置であり、前記迎角設定手段
は、回転ベースと、回転ベースに取り付け回転ベースの
回転中心と同じ回転中心を持つベース回転プーリと、こ
の回転プーリを回転させる回転手段と、回転プーリの回
転により、前記模型翼と連結可能な軸を回転させること
ができるようにしたことを特徴とする風洞試験用加振装
置であり、前記回転プーリを回転させる回転手段は、回
転プーリと当接し回転プーリに回転力を付与することが
できるスライドプレートと、スライドプレートをスライ
ドさせるスクリュウシャフトと、このスクリュウシャフ
トを回転するモータとからなり、スライドプレートの移
動により回転プーリを回転することができることを特徴
とした風洞試験用加振装置であり、前記迎角検出手段
は、前記模型翼と連結可能な軸に取り付けた第1検出プ
ーリと第2検出プーリと、第2検出プーリに設けたポテ
ンショメータとからなることを特徴とする風洞試験用加
振装置であり、前記加振手段は、回転ベースに回転自在
に取り付けた加振振幅設定プーリと、このプーリ上に取
り付けた加振モータと、この加振モータの回転軸に取り
付けた回転斜板と、この回転斜板の端面に対して揺動運
動が可能に連結されたスライドロッドとからなることを
特徴とする風洞試験用加振装置であり、前記加振振幅設
定プーリは、振幅設定モータにより回転可能に構成され
ていることを特徴とする風洞試験用加振装置であり、前
記振動伝達手段は、前記加振手段のスライドロッドに設
けた連結金具と、前記連結金具に連結され、かつ、前記
模型翼と連結可能な軸に取り付けた加振プーリとからな
ることを特徴とする風洞試験用加振装置であり、前記模
型翼と連結可能な軸は中空軸として構成し、中空軸の中
空部を煙道として構成したことを特徴とする風洞試験用
加振装置である。
元翼加振装置の構成を説明すると、図1は本装置の正面
図、図2は同一部断面側面図である。本加振装置は、低
速風洞で振動翼まわりの非定常流れを煙を使って可視化
するために製作されたものであり、翼模型取り付け用側
板、駆動系、パソコンによる制御システムより構成され
ている。
洞内に翼模型21が軸22、23によって揺動自在に保
持されている。風洞の側面は観測用の透明アクリル板2
7が取り付けられている。翼模型21の一端側に取り付
けた軸22は煙道24を有する中空軸1に固定されてお
り、中空軸1は風洞20の側板25に固定されている固
定軸受26を貫通して回転自在に軸支持され、さらに中
空軸1には図1に示すように中空軸1と同軸に加振プー
リ2および第1検出プーリ15が固定されている。中空
軸1は回転継手を介して煙導供給口に接続されている。
って回転ベース9が回転自在に取り付けられており、こ
の回転ベース9には固定軸受26と同軸に回転プーリ1
0がボルト等の固定手段10aにより固定されていて、
中空軸1と同じ回転中心でスム−ズに回転出来る構成と
なっている。図1において、回転ベース9には振幅設定
プーリ7が回転自在に取り付けられており、振幅設定プ
ーリ7の回転中心は後述するスライドロッド3の軸方向
の延長線上に配置されており、この振幅設定プーリ7に
は加振手段を構成する加振モータ6が取り付けられてい
る。加振モータ6は翼模型を疑似正弦波加振するための
モータであり、加振モータ6の回転軸は回転斜板5の回
転面の回転中心に垂直に結合しており、前記回転斜板5
には、コネクティングロッド4の上端が回転斜板5の端
面に対して揺動運動が可能なベアリングにより結合され
ている。コネクティングロッド4の下端はスライドロッ
ド3の上端の溝に差し込んでピン結合されている。
り付けられている軸受29、30によって上下移動、か
つ回転自在に軸支されており、軸受29、30の間のス
ライドロッド3には連結金具12が取り付けられてい
る。前記連結金具12は振動伝達手段を構成しており、
前記加振プーリ2の周囲に取り付けたスチールベルトに
連結され、スライドロッド3が上下することによって発
生する連結金具12の上下運動は、スチールベルトを介
して加振プーリ2の揺動運動に変換される。前記振幅設
定プーリ7は、振幅設定モータ8によって振幅設定プー
リ7の回転軸廻りに回転可能に構成されている。
第1検出プ−リ15は前記回転ベース9とは別の支持部
材に取り付け固定した第2検出プ−リ16とスチ−ルベ
ルトで連結しており、第2検出プーリ16はポテンショ
メータと結合されている。この第1検出プーリ15と第
2検出プ−リ16は翼模型の迎角αを検出する迎角検出
手段としての機能を果たす。前記回転プーリ10は周囲
に取り付けたスチールベルトを介してスライドプレート
13と当接しており、スライドプレート13はスライド
プレートと一体の支持部においてボ−ルスクリュウ14
に螺合しており、ボールスクリュウ14は平均迎角を決
める迎角設定モータ11に直結され、迎角設定モータ1
1の回転によりボールスクリュウ14も回転自在に構成
されている。迎角設定モータ11の回転によりボールス
クリュウ14が回転し、スライドプレート13が図1中
左右に移動し、これによって回転プーリ10が回転し
て、回転ベース9を同じ角だけ回転する。なお、回転プ
ーリを回転させる機構を迎角設定手段とする。
を説明する。まず、振幅設定モ−タ8、迎角設定モータ
11を初期設定し、そのその位置を保持する。これによ
り翼模型の平均迎角および翼模型に与える振動の振幅を
設定できる。この状態で加振モータ6を決められた速度
で回転すると、所定の平均迎角を持った翼模型を加振す
ることができる。具体的には、迎角設定モータ11を回
転するとボールスクリュウ14が回転し、ボールスクリ
ュウ14と螺合しているスライドプレート13がスライ
ドする。スライドプレート13のスライドによりスライ
ドプレート13と当接している回転プーリ10が回転
し、回転プーリ10と一体の回転ベース9も回転する。
この時、回転ベース9上に取り付けられている加振プー
リ7、振動振幅モータ8も回転プーリ10と同じ回転中
心で回転する。ここで加振モータ6と振動振幅モ−タ8
の回転をロックするとスライドロッド3の動きもロック
し、この結果、スライドロッド3に連結している加振プ
ーリ2が回転ベースの回転により回転し加振プーリ2に
固定されている中空軸1が回転し、中空軸1に結合して
いる翼模型21の平均迎角(α)を決めることができ
る。この迎角αは前記第1検出プ−リ15と、第1検出
プ−リ15とスチールベルトで連結している第2検出プ
ーリ16と、第2検出プーリ16に取り付けたポテンシ
ョメータによって検出する。第2検出プーリ16は前記
回転ベース9とは別の支持部材に取り付け固定されてい
る。
決定する。振幅設定モータ8を回転すると、振幅設定プ
ーリ7が回転し、振幅設定プーリ7上に取り付けた加振
モータ6も移動する。このため、加振モータ6の軸に固
定した回転斜板5とコネクティングロッド4結合角度θ
が変化し、これによってスライドロッド3の上下の振幅
を変更することができる。即ち振幅設定モータ8を駆動
することで振幅設定プーリ7を回転しスライドロッドの
上下移動量を決めることができる。
タ11により翼模型の平均迎角および翼模型の振幅量を
決定した状態で、即ち、図1のように回転斜板5の回転
軸がスライドロッド3の軸方向に対して傾いている時に
加振モータ6を回転するとコネクティングロッド4は上
下運動、公転運動および揺動運動を行い、スライドロッ
ド3は回転運動と直線運動を行う。スライドロッド3か
ら連結金具12によって取り出した直線運動はスチ−ル
ベルトを介して加振プーリ2の回転軸回りの揺動運動に
変換される。加振プーリ2は翼模型21と中空軸1によ
り直結しているので翼模型21は加振プ−リ2と同じ揺
動運動を行う。この揺動運動は回転斜板5の一回転を一
周期とする疑似正弦波軌跡を描く。
(A)は回転斜板5の回転軸とスライドロッド3の軸方
向に対する傾き角(θ)によって決まるので、加振モー
タ6と回転斜板5を振幅設定プ−リ7上に乗せて、加振
モータ6の回転軸と振幅設定プ−リ7の回転軸が直行す
る位置に回転斜板5が来るようにすると振幅設定プ−リ
7の回転角は回転斜板5の傾き角(θ)と等しくなる。
振幅設定モ−タ8は振幅設定プ−リ7を任意の角度に回
転して振幅(A)を決める。
角設定モータ11には回転速度と回転角度を制御できる
パルスモ−タ・コントロ−ル、A/D、D/Aおよびカ
ウンタ−の各々のボ−ドを差し込み、ソフト(例えば、
Microsoft Windous 95Borla
nd Delphio Desktop Ver。2。
0)を使用してボ−ドを制御するプログラムを作成す
る。この時、操作し易くするためにマウスとキ−ボ−ド
を使用してパラメ−タの変更、モ−タのスタ−ト、スト
ップ等が出来る用に画面を作成すれば良い。
模型の迎角は次の近似式により表すことが出来る。 α=αm+Asinwt A=R1/R2sinθ ここで t:時間 α:迎角 αm:平均迎角 A:振幅 w:回転振動数(radians/sec) θ:回転斜板の傾き角 R1:回転斜板の回転半径 R2:加振プーリ2の回転半径 である。
る。 1)ベルト伝導機構と各モ−タとの連結 駆動系にはスチ−ルベルトを用いたベルト伝導機構を使
用している。スチ−ルベルトは張力調整を容易にする為
に右巻き、左巻き用に各々一本ずつ使用し、右巻き、左
巻き用の2本の溝が点いたベルトプ−リの原車、従車の
各々に、たすきがけに180°回転分だけ巻き付けた後
に端を2本のビスで固定する方式を基本にしている。こ
のような方式で使用すベルト伝導機構の特徴には「機構
を小型に納められる」、「ベルトの伸縮が小さい」、
「ベルトの滑りが無い」、「ベルトの張力の調整が容
易」が挙げられる。また、駆動系のモ−タには3個の同
じ使用の原点センサ−付き5相パルスモ−タ(オリエン
タルモ−タ(株)製UPK596AS)を使用してい
る。パルスモ−タはDCモ−タと比較して小型で保持力
が強く、制御が簡単という特徴がある。
動系を乗せた回転ベ−ス9を翼模型の回転軸1まわりに
回転させる駆動系である。迎角設定モ−タ11には原点
センサ−付き5相パルスモ−タを使用し、出力はボ−ル
スクリュウで駆動するリニア−ガイドとベルトプ−リを
スチ−ルベルトで連結した特殊なベルト伝導機構で減速
され、最大負荷トルクは240kg/cmである。スチ
−ルベルトは厚さ0.15mm、幅10mmのステンレ
ス製を採用し、両端は各々リニア−ガイドと従車のベル
トプ−リにビス二本で固定している。設定位置精度は大
きい負荷トルク、伸縮が小さく滑りの無いスチ−ルベル
トを使用したベルト伝導機構とガタの小さいボ−ルネジ
により高い精度で維持される。回転ベ−ス9と固定軸受
26の結合にはラジアル荷重、モ−メント、スラスト荷
重の複合荷重に対する剛性の高い(株)THK製のクロ
スロ−ラベアリング28を使用している。過回転防止の
為に、リニアガイドの両端部にリミットスイッチとして
フォトセンサ−2個使用し、回転ベ−スの両側には±5
5°回転した位置にミニチュアダンパ−付きのストッパ
−を設けている。このストッパ−は伝導機構の調整時に
電源を切った際に、フリ−になった回転ベ−スを支持す
る役目もある。
6の載った振幅設定プ−リ7を回転して回転斜板5の角
度θを変化させる駆動系。 振幅設定モ−タ8は原点センサ−付き5相パルスモ−タ
を使用し、出力はスチ−ルベルトを使用したベルト伝導
機構によって減速して最大負荷トルクは240kg/c
mである。スチ−ルベルトは平均迎角αm用駆動系と同
じものを使用し、両端は各々原車、従車に180°巻き
付けてからビス二本で固定している。設定位置精度は大
きい負荷トルクと伸縮が小さく滑りの無いスチ−ルベル
トを使用したベルト伝導機構により高い精度で維持され
る。過回転防止の為に従車側のベルトプ−リにリミット
スイッチとしてフォトセンサ−2個を使用している。
回転運動を回転斜板5とコネクティンッロッド4でスラ
イドロッド3の上下運動に変換する。次いで、再びベル
ト伝導機構で加振プーリ2の回転運動に変換して翼模型
を回転軸廻りに揺動運動させる駆動系である。加振モ−
タ6は原点センサ−付き5相パルスモ−タを使用し、出
力は回転車板とスチ−ル・ベルト伝導機構によって減速
され最大負荷トルクは120kg/cmである。加振モ
−タ6の回転軸にはラジアル荷重以外に大きいモ−メン
トが作用するのでφ8mmの回転軸をφ12mm〜φ3
0mm程度に太くし、ボールベアリングで支持してから
回転斜板5と(株)椿本チェイン性のパワ−ロックを使
用して強固に結合している。回転斜板5の形は負荷変動
による速度変動を小さくする為にフライホイルの役目も
しており、約80%の変動エネルギ−を吸収をするよう
に成形している。
ドロッド3の上端部の溝に差し込みピン結合しているの
で、コネクティングロッド4は上下運動、公転運動と揺
動運動が可能である。回転運動と上下運動をするスライ
ドロッド3は両端をメタル軸受支持され凹形金具(連結
金具)12のメタル軸受を貫通している。連結金具12
をスライドロッド3の中間位置に固定しているので連結
金具12はスライドロッド3から上下運動のみ取り出す
ことが出来て、取り出した上下運動をスチ−ルベルト
(幅8mm、厚さ0。15mm)を使用したベルト伝導
機構で翼模型加振用の加振プ−リ2に伝達する。加振プ
ーリ2と翼模型回転軸(中空軸)1との結合には(株)
椿本チェイン製のパワ−ロックを使用して強固に結合し
ている。
5、ポテンショメ−タ側を第2検出プーリ16とし、ス
チ−ルベルト(幅8mm、厚さ0.15mm)を使用し
たベルト伝導機構によって翼模型の迎角αをポテンショ
メ−タに伝達し、安定化電源を使用して正確なアナログ
値を出力する。
路を介して接続し、ソフトウェアによって制御する。 a)各モ−タの制御 基本的にパルスモ−タは1個ずつ回転子、同時に複数個
回転することはない。これは、機構的にも安全であり、
運転者からも各動作を確認しやすい。各パラメ−タの設
定は操作画面から行い値が不適当であれば入力できな
い。また、設定されたパラメ−タは必要に応じて確認す
ることができる。
位置に移動出来ない時は何らかのトラブルであるから以
後の動作を行うことは出来ない。また、何らかの原因に
より正規の動作範囲外に移動した場合はその方向への移
動は停止する。この場合、不用意にモ−タの電流を切る
と返って危険なので動作司令パルスを停止することす
る。正規の状態であれば0.1〜8Hzの範囲で翼模型
を加振する。 c)トリガ−信号 パラメ−タセット画面の中でカメラのシャッタを切るた
めのトリガー信号を出力するタイミングを設定する。 d)デ−タファイル ポテンショメ−タの出力電圧をサンプリングした上でA
/D変換を行い、デ−タファイルに保管する。サンプリ
ングの周期は画面上で設定することができるが、その値
はパルスモ−タの駆動パルスを分周したものとする。
きさが〔550mm幅×650mm高さ×1、500m
m長さ〕の回流形(ゲッチンゲン形)である。測定部は
固定壁で、4本の角柱梁に上下壁および側壁をビスで固
定する構造になっている。本加振装置は測定部の側壁の
一部を外し、代わりの側壁と一体に成形して装着する。
加振する翼模型は、翼型「NASA−GA(W)−
1」、翼弦150mm、翼幅550mm、重量1.26
kgの2次元翼である。
測窓側にベアリングの孔に差し込むφ7mmの回転軸を
取り付け、駆動装置側にはφ12mmの嵌合穴を設け、
駆動系から中空軸を差し込む用にしている。また、トル
ク伝達するのに駆動装置側に回転中心から20mmのと
ころにφ5mm嵌合孔を設け、駆動装置の回転軸からピ
ンを差し込み結合できる様にしている。負荷条件とし
て、風速15m/sおいて、振動数8Hz、振幅±10
°で加振可能としている。翼模型取り付け用側壁の寸法
は約縦566mm×横595mmで観測窓側は厚さ10
mmの透明アクリル板を使用。翼模型の回転軸が貫通す
る部分には翼厚を越えない外径 16mmのボ−ル・ベ
アリングを入れている。駆動装置側の側壁は厚さ15m
mのジュラルミン製とし、駆動装置と一体に製作してい
る。
てスチールベルトを使用しているが、たとえば、他の材
料からなるベルトや歯車伝導機構等を使用することも可
能である。また、本発明はその精神又は主要な特徴から
逸脱することなく他の色々な形で実施することができ、
また、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎ
ず、限定的に解釈してはならない。
3台のモ−タ−を制御することにより疑似正弦波加振が
出来るとともに,翼模型の平均迎角,振動振幅,振動数
を自動的に変更することができる。パソコン画面等の操
作手段からの指令で翼模型の平均迎角、振幅、振動数を
自動的に短時間で変更できる。等の優れた効果を奏する
ことができる。
ある。
Claims (8)
- 【請求項1】風洞に対して固定された固定軸受と、 前記固定軸受を貫通して前記軸受によって回転自在に支
持される模型翼と連結可能な軸と、 前記固定軸受の外周に回転自在に取り付けた回転ベース
と、 前記回転ベースの回転により模型翼と連結可能な軸を回
転し、模型翼の平均迎角を設定する迎角設定手段と、 前記模型翼の回転角を検出する迎角検出手段と、 前記回転ベース上に取り付けた加振手段と、 前記加振手段により前記模型翼と連結可能な軸を揺動振
動させる振動伝達手段とを備えてなる風洞試験用加振装
置。 - 【請求項2】前記迎角設定手段は、回転ベースと、回転
ベースに取り付け回転ベースの回転中心と同じ回転中心
を持つベース回転プーリと、この回転プーリを回転させ
る回転手段と、回転プーリの回転により、前記模型翼と
連結可能な軸を回転させることができるようにしたこと
を特徴とする請求項1に記載の風洞試験用加振装置。 - 【請求項3】前記回転プーリを回転させる回転手段は、
回転プーリと当接し回転プーリに回転力を付与すること
ができるスライドプレートと、スライドプレートをスラ
イドさせるスクリュウシャフトと、このスクリュウシャ
フトを回転するモータとからなり、スライドプレートの
移動により回転プーリを回転することができることを特
徴とした請求項2に記載の風洞試験用加振装置。 - 【請求項4】前記迎角検出手段は、前記模型翼と連結可
能な軸に取り付けた第1検出プーリと第2検出プーリ
と、第2検出プーリに設けたポテンショメータとからな
ることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載
の風洞試験用加振装置。 - 【請求項5】前記加振手段は、回転ベースに回転自在に
取り付けた加振振幅設定プーリと、このプーリ上に取り
付けた加振モータと、この加振モータの回転軸に取り付
けた回転斜板と、この回転斜板の端面に対して揺動運動
が可能に連結されたスライドロッドとからなることを特
徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の風洞試験
用加振装置。 - 【請求項6】前記加振振幅設定プーリは、振幅設定モー
タにより回転可能に構成されていることを特徴とする請
求項5に記載の風洞試験用加振装置。 - 【請求項7】前記振動伝達手段は、前記加振手段のスラ
イドロッドに設けた連結金具と、前記連結金具に連結さ
れ、かつ、前記模型翼と連結可能な軸に取り付けた加振
プーリとからなることを特徴とする請求項1〜請求項6
の何れかに記載の風洞試験用加振装置。 - 【請求項8】前記模型翼と連結可能な軸は中空軸として
構成し、中空軸の中空部を煙道として構成したことを特
徴とする請求項1〜請求項7の何れかに記載の風洞試験
用加振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16615899A JP3684389B2 (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | 風洞試験用加振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16615899A JP3684389B2 (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | 風洞試験用加振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000356567A true JP2000356567A (ja) | 2000-12-26 |
| JP3684389B2 JP3684389B2 (ja) | 2005-08-17 |
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ID=15826153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16615899A Expired - Fee Related JP3684389B2 (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | 風洞試験用加振装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3684389B2 (ja) |
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