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public:modeles:rotor_53:accueil [2023/02/25 00:21] – ikrambeghdadipublic:modeles:rotor_53:accueil [2024/07/30 11:52] (Version actuelle) – [Natural frequencies] rafaelbarraud
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 </modal>  </modal> 
  
-===== Original model =====+===== About =====
  
 Rotor 53 is part of a research program to study fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft. Experimental studies have been conducted on fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft using the externally blown flap. The externally blown flap aircraft requires a large flow of low velocity air for effective lift and low noise during take-off and landing. To meet the low noise requirement, the fans will be required to have low tip speed and low-pressure ratio. The pressure ratios of interest in the program range from 1.15 to 1.4. Rotor 53 has a pressure ratio of 1.35. Rotor 53 is part of a research program to study fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft. Experimental studies have been conducted on fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft using the externally blown flap. The externally blown flap aircraft requires a large flow of low velocity air for effective lift and low noise during take-off and landing. To meet the low noise requirement, the fans will be required to have low tip speed and low-pressure ratio. The pressure ratios of interest in the program range from 1.15 to 1.4. Rotor 53 has a pressure ratio of 1.35.
  
-  * Original technical report [(cite:osborn1978design>Osborn. «Aerodynamic Performance of a 1.35-Pressure-Ratio Axial-Flow Fan Stage » 1978.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19790001851|pdf}})]: <code>@TechReport{osborn1978design,+  * Original technical report [(cite:osborn1978design>Osborn //et al//. «Aerodynamic Performance of a 1.35-Pressure-Ratio Axial-Flow Fan Stage » 1978.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19790001851|pdf}})]: <code>@TechReport{osborn1978design,
   author           = {Osborn, Walter M. and Moore, R. D. and Steinke, Ronald J.},   author           = {Osborn, Walter M. and Moore, R. D. and Steinke, Ronald J.},
   date             = {1978},   date             = {1978},
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 </code> </code>
   * Picture :    * Picture : 
- 
 {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_image_rotor53.png?300 |}} {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_image_rotor53.png?300 |}}
-<caption>Fig1. https://catalog.archives.gov/id/17423389</caption> +<caption>Fig. 1 https://catalog.archives.gov/id/17423389</caption> 
-  +  * <code>@Misc{brown1974records,
-<code>@Misc{brown1974records,+
 author   = {Brown, M.}, author   = {Brown, M.},
-title    = {Rotor 53 and stator 53. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1973 - 2013}, +title    = {Rotor 53 and stator 53. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1973 - 2013},  
-note     = {\href{https://catalog.archives.gov/id/17466806}{https://catalog.archives.gov/id/17466806}, 1974 }, % for Fig. 1}+year     = 1974, 
 +url      = {https://catalog.archives.gov/id/17466806}}
 </code> </code>
 +
  
 <callout type="info" icon="true" title="Useful documents">  <callout type="info" icon="true" title="Useful documents"> 
   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor53|downloadable models]] (Git project)   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor53|downloadable models]] (Git project)
-  * PDF of the NASA report : {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53.pdf |}} +  * {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53.pdf | NASA technical report}} (.pdf) 
-  * CSV file of the blade geometry : {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53_original.csv |}}, usable as input of OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes>Kojtych S., Batailly A. «OpenMCAD, an open blade generator: from Multiple-Circular-Arc profiles to Computer-Aided Design model» 2022. {{ https://hal.science/hal-03923093|code en libre accès}})] to generate reference blade models.+  * {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53_original.csv | geometrical parameters file}} (.csv), usable as input of OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes>Kojtych S., Batailly A. «OpenMCAD, an open blade generator: from Multiple-Circular-Arc profiles to Computer-Aided Design model» 2022. {{ https://hal.science/hal-03923093|open source code}})] to generate reference blade models.
 </callout> </callout>
 +
  
 ===== Reference blade ===== ===== Reference blade =====
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 The **reference blade** is defined with multiple-circular arc profiles[(cite:Crouse_1969_computer)] given in the original NASA report[(cite:osborn1978design)]. Corresponding models are computed with the open-source code OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]. The **reference blade** is defined with multiple-circular arc profiles[(cite:Crouse_1969_computer)] given in the original NASA report[(cite:osborn1978design)]. Corresponding models are computed with the open-source code OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)].
  
-===== Geometry =====+==== Geometry ====
  
 The geometry of rotor 53 is described in the [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19790001851|original NASA report]]  by the following tables. The length are in centimeters and the angles in degrees. The geometry of rotor 53 is described in the [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19790001851|original NASA report]]  by the following tables. The length are in centimeters and the angles in degrees.
 {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_geom_rotor53.png?600 |}} {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_geom_rotor53.png?600 |}}
  
-===== Aerodynamic design  =====+==== Aerodynamic design  ====
  
-^                      ^  unit  ^ values  ^+^                      ^  unit  ^ value  ^
 ^ pressure ratio  |  [-]     | 1.35     | ^ pressure ratio  |  [-]     | 1.35     |
 ^ mass flow       |  [kg/s]  | 32.7     | ^ mass flow       |  [kg/s]  | 32.7     |
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 ^ aspect ratio          |  [-]     | 2.86     | ^ aspect ratio          |  [-]     | 2.86     |
 ^ number of blades       |  [-]     | 30      | ^ number of blades       |  [-]     | 30      |
-^ rotative speed  |  [rad/s]  | 1200 |+^ nominal rotation speed $\omega_n$  |  [rad/s]  | 1200 |
  
-===== Material properties  =====+==== Material properties  ====
  
  
-The original material of the rotor 53 is not defined in the NASA report.+The original material of the rotor 53 is not defined in the NASA report. A generic titanium Ti-6Al-4V is considered: 
  
-Considered properties: Ti-6Al-4V, generic titanium : +^                         ^  unit    ^ value             ^
- +
-^                         ^  unité    ^ valeurs             ^+
 ^ alloy                |  [-]      | Ti-6Al-4V  | ^ alloy                |  [-]      | Ti-6Al-4V  |
 ^ Young's modulus          |  [GPa]    | 108                 | ^ Young's modulus          |  [GPa]    | 108                 |
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 ^ yield stress        |  [GPa]    | 0.824               | ^ yield stress        |  [GPa]    | 0.824               |
  
-First three natural frequencies (with clamped root) for the mesh: 
-     - <fc #c0c0c0>(1B)</fc>: 1160.3 rad/s  / 184.7 Hz 
-     - <fc #c0c0c0>(2B)</fc>: 4092.4 rad/s / 651.3 Hz 
-     - <fc #c0c0c0>(1T)</fc>: 7127.5 rad/s / 1134.4 Hz 
  
 ==== CAD model ==== ==== CAD model ====
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 </col> </col>
 <col md="4"> <col md="4">
-{{:public:modeles:rotor_53:53_intra.png?200|}}+{{ :public:modeles:rotor_53:53_intra.png?200 |}}
  <caption>pressure side</caption>  <caption>pressure side</caption>
 </col> </col>
 <col md="4"> <col md="4">
-{{:public:modeles:rotor_53:53_extra.png?200|}}+{{ :public:modeles:rotor_53:53_extra.png?200 |}}
 <caption>suction side</caption> <caption>suction side</caption>
 </col> </col>
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 ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1205,3                       | 191,829                  | +| 1     | 1B    | 1205.30                       | 191.83                  | 
-| 2     | 2B    | 3993                      | 635,507                  | +| 2     | 2B    | 3993                      | 635.51                  | 
-| 3     | 1T    | 7291                      | 1160,4                  |+| 3     | 1T    | 7291                      | 1160.40                  |
  
  
 +====Campbell diagram====
 +Evolution of the natural frequencies of the first 3 vibration modes, as a function of rotation speed, for the mesh computed with OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]:
 +
 +{{ :public:modeles:rotor_53:campbell_eng_53_ref.png?500 }}
 +<caption>Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal rotation speed ωₙ = 1 200 rad/s)</caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_eng_53_ref.pdf |graph (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ref.csv |Campbell data (.csv)}}
  
 ===== Initial blade ===== ===== Initial blade =====
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 ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1200                       | 190,987                  | +| 1     | 1B    | 1200                       | 190.99                  | 
-| 2     | 2B    | 3979,52                       | 633,36                  | +| 2     | 2B    | 3979.52                       | 633.36                  | 
-| 3     | 1T    | 7269,27                       | 1156,94                  |+| 3     | 1T    | 7269.27                       | 1156.94                  |
  
  
Ligne 134: Ligne 137:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1200,03                      | 190,991                  | +| 1     | 1B    | 1200.03                      | 190.99                  | 
-| 2     | 2B    | 3980,44                      | 633,507                  | +| 2     | 2B    | 3980.44                      | 633.51                  | 
-| 3     | 1T    | 7271,91                      | 1157,36                  |+| 3     | 1T    | 7271.91                      | 1157.36                  | 
 + 
 + 
 +====Campbell diagram==== 
 +Comparison of the evolution of the natural frequencies of the first 3 vibration modes, as a function of rotation speed for the initial and the reference blade: 
 + 
 +{{ :public:modeles:rotor_53:campbell_eng_53_ini.png?500 }} 
 + 
 + 
 +<caption>Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal speed ωₙ = 1 200 rad/s),  
 + 
 +initial blade (orange), reference blade (gray) </caption>
  
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_eng_53_ini.pdf |graph (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ini.csv |Campbell data (.csv)}}
  
  
Ligne 150: Ligne 166:
 </modal> </modal>
  
-===== Modèle original =====+===== À propos =====
  
 Le rotor 53 fait partie d'un programme de recherche visant à étudier les étages de soufflante susceptibles d'être utilisés dans des moteurs d'avions plus silencieux. Des études expérimentales ont été menées sur des étages de soufflante utilisant un volet à soufflage externe. L’utilisation de tel volets nécessite un grand débit d'air à faible vitesse pour une portance efficace et un faible niveau de bruit au décollage et à l'atterrissage. Pour répondre à cette exigence de faible bruit, les soufflantes devront avoir une faible vitesse en tête et un faible taux de compression. Les taux de compression d'intérêt dans le programme varient de 1,15 à 1,4. Le rotor 53 possède un taux de compression de 1,35. Le rotor 53 fait partie d'un programme de recherche visant à étudier les étages de soufflante susceptibles d'être utilisés dans des moteurs d'avions plus silencieux. Des études expérimentales ont été menées sur des étages de soufflante utilisant un volet à soufflage externe. L’utilisation de tel volets nécessite un grand débit d'air à faible vitesse pour une portance efficace et un faible niveau de bruit au décollage et à l'atterrissage. Pour répondre à cette exigence de faible bruit, les soufflantes devront avoir une faible vitesse en tête et un faible taux de compression. Les taux de compression d'intérêt dans le programme varient de 1,15 à 1,4. Le rotor 53 possède un taux de compression de 1,35.
  
-  * Rapport technique original [(cite:osborn1978design>Osborn. «Aerodynamic Performance of a 1.35-Pressure-Ratio Axial-Flow Fan Stage » 1978.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19790001851|pdf}})]: <code>@TechReport{osborn1978design,+  * Rapport technique original [(cite:osborn1978design>)]: <code>@TechReport{osborn1978design,
   author           = {Osborn, Walter M. and Moore, R. D. and Steinke, Ronald J.},   author           = {Osborn, Walter M. and Moore, R. D. and Steinke, Ronald J.},
   date             = {1978},   date             = {1978},
Ligne 166: Ligne 182:
   * Photographie :   * Photographie :
 {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_image_rotor53.png?300 |}} {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_image_rotor53.png?300 |}}
-<caption>Fig1. https://catalog.archives.gov/id/17423389</caption> +<caption>Fig. https://catalog.archives.gov/id/17423389</caption> 
- +  * <code>@Misc{brown1974records,
-<code>@Misc{brown1974records,+
 author   = {Brown, M.}, author   = {Brown, M.},
-title    = {Rotor 53 and stator 53. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1973 - 2013}, +title    = {Rotor 53 and stator 53. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1973 - 2013},  
-note     = {\href{https://catalog.archives.gov/id/17466806}{https://catalog.archives.gov/id/17466806}, 1974 }, % for Fig. 1}+year     = 1974, 
 +url      = {https://catalog.archives.gov/id/17466806}}
 </code> </code>
  
 <callout type="info" icon="true" title="Documents utiles">  <callout type="info" icon="true" title="Documents utiles"> 
   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor53|modèles téléchargeables]] (lien vers projet Git)   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor53|modèles téléchargeables]] (lien vers projet Git)
-  * PDF du rapport de la NASA : {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53.pdf |}} +  * {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53.pdf | rapport technique original}} de la NASA (.pdf) 
-  * Fichier CSV de la géométrie : {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53_original.csv |}}, utilisable en entrée de OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes>Kojtych S., Batailly A. «OpenMCAD, an open blade generator: from Multiple-Circular-Arc profiles to Computer-Aided Design model» 2022. {{ https://hal.science/hal-03923093|code en libre accès}})] pour générer l'aube de référence +  * {{ :public:modeles:rotor_53:rotor53_original.csv | fichier de paramètres géométriques}} (.csv), utilisable en entrée de OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes>)] pour générer l'aube de référence 
 </callout> </callout>
 +
  
 ===== Aube de référence ===== ===== Aube de référence =====
Ligne 186: Ligne 203:
  
  
-===== Géométrie =====+==== Géométrie ====
  
 La géométrie du rotor 53 est décrite dans le [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19790001851|rapport d'origine de la NASA]] par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en centimètres et en degrés. La géométrie du rotor 53 est décrite dans le [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19790001851|rapport d'origine de la NASA]] par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en centimètres et en degrés.
Ligne 192: Ligne 209:
 {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_geom_rotor53.png?600 |}} {{ :public:modeles:rotor_53:gene_aubes_nasa_geom_rotor53.png?600 |}}
  
-===== Caractéristiques aérodynamiques  =====+==== Caractéristiques aérodynamiques  ====
 ^                      ^  unités  ^ valeurs  ^ ^                      ^  unités  ^ valeurs  ^
 ^ taux de compression  |  [-]     | 1,35     | ^ taux de compression  |  [-]     | 1,35     |
Ligne 200: Ligne 217:
 ^ allongement          |  [-]     | 2,86     | ^ allongement          |  [-]     | 2,86     |
 ^ nombre d'aubes       |  [-]     | 30     | ^ nombre d'aubes       |  [-]     | 30     |
-^ vitesse de rotation  |  [rad/s]  | 1200  |+^ vitesse de rotation nominale $\omega_n$   |  [rad/s]  | 1200  |
  
-===== Propriétés matériau  =====+==== Propriétés matériau  ====
  
-Le matériau original du rotor 8 n'est pas défini dans le rapport de la NASA.+Le matériau original du rotor 53 n'est pas défini dans le rapport de la NASA. Un alliage de titane Ti-6Al-4v est considéré :
  
-Propriétés considérées :  alliage de titane Ti-6Al-4v : 
  
 ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^ ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^
Ligne 214: Ligne 230:
 ^ coefficient de Poisson  |  [-]      | 0,34                 | ^ coefficient de Poisson  |  [-]      | 0,34                 |
 ^ limite élastique        |  [GPa]    | 0,824                | ^ limite élastique        |  [GPa]    | 0,824                |
- 
-Fréquences des trois premiers modes (noeuds de la base encastrés) pour le maillage : 
-     - <fc #c0c0c0>(1B)</fc>: 1160,3 rad/s  / 184,7 Hz 
-     - <fc #c0c0c0>(2B)</fc>: 4092,4 rad/s / 651,3 Hz 
-     - <fc #c0c0c0>(1T)</fc>: 7127,5 rad/s / 1134,4 Hz 
  
  
Ligne 229: Ligne 240:
 </col> </col>
 <col md="4"> <col md="4">
-{{:public:modeles:rotor_53:53_intra.png?200|}}+{{ :public:modeles:rotor_53:53_intra.png?200 |}}
  <caption>intrados</caption>  <caption>intrados</caption>
 </col> </col>
 <col md="4"> <col md="4">
-{{:public:modeles:rotor_53:53_extra.png?200|}}+{{ :public:modeles:rotor_53:53_extra.png?200 |}}
 <caption>extrados</caption> <caption>extrados</caption>
 </col> </col>
Ligne 245: Ligne 256:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1205,3                       | 191,829                  | +| 1     | 1F    | 1205,30                     | 191,83                  | 
-| 2     | 2B    | 3993                      | 635,507                  | +| 2     | 2F    | 3993                      | 635,51                  | 
-| 3     | 1T    | 7291                      | 1160,4                  |+| 3     | 1T    | 7291                      | 1160,40                  |
  
 +====Diagramme de Campbell====
 +Évolution des fréquences propres des 3 premiers modes, en fonction de la vitesse de rotation, pour le maillage obtenu avec OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]: 
 +{{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ref.png?500 }}
 +<caption>diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 1 200 rad/s)</caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ref.pdf |graphique (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ref.csv |données du Campbell (.csv)}}
 +
 +
 + 
  
 ===== Aube initiale ===== ===== Aube initiale =====
Ligne 261: Ligne 282:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1200                       | 190,987                  | +| 1     | 1F    | 1200                       | 190,99                  | 
-| 2     | 2B    | 3979,52                       | 633,36                  |+| 2     | 2F    | 3979,52                       | 633,36                  |
 | 3     | 1T    | 7269,27                       | 1156,94                  | | 3     | 1T    | 7269,27                       | 1156,94                  |
  
Ligne 269: Ligne 290:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1200,03                      | 190,991                  | +| 1     | 1F    | 1200,03                      | 190,99                  | 
-| 2     | 2B    | 3980,44                      | 633,507                  |+| 2     | 2F    | 3980,44                      | 633,51                  |
 | 3     | 1T    | 7271,91                      | 1157,36                  | | 3     | 1T    | 7271,91                      | 1157,36                  |
  
  
-</tabs> 
-</pane> 
  
 +====Diagramme de Campbell====
 +Comparaison de l'évolution des fréquences propres des 3 premiers modes, en fonction de la vitesse de rotation, pour l'aube initiale et de référence:
 +
 +{{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ini.png?500 }}
 +<caption>diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 1 200 rad/s),
 +
 +aube initiale (orange), aube de référence (grise)</caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ini.pdf |graphique (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_53:campbell_53_ini.csv |données du Campbell (.csv)}}
 +</pane>
 +</tabs>
  
  
  • public/modeles/rotor_53/accueil.1677302491.txt.gz
  • Dernière modification : 2023/04/05 08:59
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