專利名稱：用于航空數(shù)據(jù)傳感器的單根有側(cè)面骨架的支柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)支承皮托管，靜壓皮托管和其它航空數(shù)據(jù)傳感儀器的一種低阻力重量輕的實(shí)心支柱，該支柱有從一個(gè)側(cè)面向它的里面形成的凹進(jìn)部分，用于壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管和加熱器導(dǎo)線。把導(dǎo)管和加熱器導(dǎo)線設(shè)置在支柱的側(cè)面中使得可以把此支柱制作成特別薄，在使用過程中這顯著地降低了它的氣動(dòng)阻力。
現(xiàn)在用于航空數(shù)據(jù)傳感器(比如皮托管，靜壓皮托管和攻角傳感器)的支柱由分離開的壁構(gòu)成，這些壁構(gòu)成了一個(gè)內(nèi)部腔室，用來(lái)固定由傳感器上的開口開始的壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管。通常把加熱器銅焊到先有技術(shù)的支柱的內(nèi)壁上，或銅焊到外部的鑲鑄凹槽中。這些分離開的壁和所使用的導(dǎo)管和加熱器使得先有技術(shù)的支柱有大的截面，這種形狀有相當(dāng)大的氣動(dòng)阻力。
本發(fā)明提供了最小的支柱厚度，從而提供了低的阻力，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)的整體性。另外，本發(fā)明簡(jiǎn)化了低阻力的小型航空數(shù)據(jù)傳感器的制作。
本發(fā)明涉及一種支柱的設(shè)計(jì)，靠采用一塊實(shí)心的材料(把它澆鑄成或機(jī)械加工成所要求的形狀)減小了支柱的橫向?qū)挾?。支柱的一個(gè)側(cè)面被精整加工成一個(gè)連續(xù)的表面，形成所要求的支柱氣動(dòng)外形。支柱的第二側(cè)面有由第二側(cè)面的表面向里形成的凹槽，容納被支柱固定的由探頭上的傳感開口開始的壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管。這些導(dǎo)管由該支柱的基座伸展出來(lái)，為的是連接到飛機(jī)上的配件上。另外，在該支柱的第二側(cè)面中可以設(shè)有一個(gè)或多個(gè)凹槽，用來(lái)固定加熱傳感器用的加熱器導(dǎo)線，或用來(lái)固定一個(gè)溫度傳感裝置。如果使向里伸展的凹槽在從頭到尾的方向上相對(duì)于在第二側(cè)面中形成的凹槽交錯(cuò)排列，可以把凹槽設(shè)置在支柱的第一側(cè)面上，以確保結(jié)構(gòu)的整體性。
把加熱器導(dǎo)線和壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管裝到該支柱上，這是靠把它們插進(jìn)在支柱的第二側(cè)面中所形成的凹槽中。支柱支承著一個(gè)管形的前端柱體，形成該傳感器。該前端柱體有一個(gè)或幾個(gè)開口，把這些開口在流體上連接到壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管上。把每根導(dǎo)管經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐浼B接到它各自的開口上加熱器導(dǎo)線和壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管漸變到前端柱體中的適當(dāng)?shù)膬?nèi)部結(jié)構(gòu)中，把前端柱體緊固到支柱的外端上。用適當(dāng)?shù)姆庋b材料(比如以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的高溫?zé)醾鲗?dǎo)粘合劑)把加熱器導(dǎo)線和壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)緊固到這些凹槽中。封裝材料形成一個(gè)平滑的連續(xù)型面的第二側(cè)面表面，與第一側(cè)面在氣動(dòng)力學(xué)上互補(bǔ)，從前部邊緣到尾部邊緣是平滑的。
通常用金屬材料制作該支柱，并把它制作成薄的，沒有中空的內(nèi)部空間。由第二側(cè)面表面實(shí)現(xiàn)把壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管和加熱器導(dǎo)線裝進(jìn)支柱，并且不要求穿過一個(gè)內(nèi)部腔室的部件有螺紋，像在某些先有技術(shù)的設(shè)計(jì)中那樣。因此，按照本發(fā)明的傳感器的組裝容易實(shí)現(xiàn)，減少了勞動(dòng)量。當(dāng)采用環(huán)氧樹脂做為封裝材料時(shí)，它的使用相當(dāng)快，可以容易地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
可以把本發(fā)明的支柱的截面形狀改變成使它們的阻力最小。例如，可以設(shè)置成機(jī)翼的形狀，其中心線與機(jī)翼的翼弦重合，而在翼弦的中點(diǎn)的前部有最大的厚度，并有圓形的前部邊緣和尖銳的尾部邊緣。最好，該支柱的最大厚度大約位于由前端向后的翼弦的15％到45％的部位。本發(fā)明也設(shè)想了采用撓曲的機(jī)翼形狀的支柱的另外的設(shè)計(jì)。
可以用鑄造或機(jī)械加工形成支柱上的凹槽，產(chǎn)生出可靠的和尺寸精確的通道。因此，加熱器導(dǎo)線在每個(gè)傳感器中總被精確地放置在相同的位置，減小了在使用過程中加熱器的有效性的不同，也簡(jiǎn)化了組裝。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，最好采用以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的封裝材料或粘合劑，這是因?yàn)樗鼈兡透g(腐蝕的問題可能在某些銅焊的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn))，并且組裝不會(huì)受到與銅焊有關(guān)的高溫(這種高溫有時(shí)會(huì)使支柱纏繞起來(lái))。因此節(jié)省了勞動(dòng)量，這是因?yàn)椴辉傩枰驯粺嶙兝p繞的支柱弄直。還有，因?yàn)榭梢匀サ翥~焊，所以可以使用像鋁和復(fù)合材料這樣的材料用于支柱和傳感器。這些材料比較輕，比較便宜，比較容易加工，并且比先有技術(shù)的鈹銅合金有更好的熱傳導(dǎo)性能。
支柱的比較薄的實(shí)心截面有非常好的熱傳導(dǎo)性能，從而當(dāng)加熱器起作用時(shí)，它將較快地使冰融化，并更好地防止結(jié)冰。


圖1為有按照本發(fā)明制作的一根支柱的一個(gè)航空數(shù)據(jù)傳感器的側(cè)視圖；圖2為圖1的航空數(shù)據(jù)傳感器的平面圖；圖3為圖1的航空數(shù)據(jù)傳感器的前視圖；圖4為在圖1中4-4線上所取的剖面圖；圖5為在圖1中5-5線上所取的剖面圖；圖6為圖1中所示的航空數(shù)據(jù)傳感器的前端的斷開的放大圖，部分以剖面形式示出，部分被斷開；圖7為在圖6中7-7線上所取的剖面圖；以及圖8為零件分解透視圖，示出用于在圖1的傳感器的前端中所采用的壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管和加熱器導(dǎo)線的一個(gè)支承件。
如圖所示的整體上以10表示的一個(gè)航空數(shù)據(jù)傳感器包括靜壓皮托管，它有一個(gè)帶有朝前的皮托管開口1 4的管形的前端柱體部12。該前端柱體部12被支承在按照本發(fā)明制作的一根支柱16的外端上。前端柱體部12的中心軸線與流體流動(dòng)的方向平行。
支柱16有一塊用螺絲(這些螺絲用螺紋擰進(jìn)支柱16的基座中)裝在其上的基座板18。把基座板18構(gòu)形成以常規(guī)的方式相對(duì)于飛行器(未畫出)的表面支承著該航空數(shù)據(jù)傳感器10。
由一塊實(shí)心材料塊制成支柱16，如可以在圖1中所看到的那樣，該支柱有通常為機(jī)翼的截面形狀，在其第一側(cè)面上有一個(gè)平滑的連續(xù)側(cè)表面20，如圖4中所示。該支柱有一個(gè)圓形的前部邊緣22和一個(gè)尖銳的尾部邊緣24。支柱16的等分線或中心面27與機(jī)翼截面的翼弦重合，如圖4中所示。截面的最大厚度最好在翼弦的15％到45％的范圍內(nèi)，最可取的是大約為翼弦向后30％。
支柱16也由基座18向前彎曲到柱體部12。如圖所示，由第二側(cè)面21向里伸展三個(gè)凹槽26，28和30。凹槽26和28的尺寸可以容納壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管34和36。導(dǎo)管34攜帶來(lái)自皮托管開口14的壓力信號(hào)，導(dǎo)管36通向前端柱體部12的內(nèi)部的一個(gè)腔室42。示于圖1的一個(gè)靜壓感知開口38通向該腔室42，因此導(dǎo)管36攜帶著來(lái)自腔室42的靜壓信號(hào)。凹槽30被制作成用來(lái)容納適用的電阻加熱器導(dǎo)線40。
在由基座18到前端柱體部12的大約一半處三個(gè)凹槽交匯在一起。交匯在一起的凹槽形成一個(gè)通道39，導(dǎo)管34和36與加熱器導(dǎo)線40一起裝配到該通道中。通道39在接近支柱與前端柱體部12的連接部分處終止。在支柱的外端的一個(gè)短孔41連接到通道39上，并連接到前端柱體部12的管形內(nèi)部上。
可以由一塊實(shí)心的材料(通常為金屬)機(jī)械加工出支柱16，或者可以被鑄造出，如果支柱不是在鑄造過程中被制作出來(lái)，以一個(gè)預(yù)先確定的圖樣機(jī)械加工出凹槽26，28和30和通道39，用來(lái)容納預(yù)先制作成的導(dǎo)管34和36，以及加熱器導(dǎo)線40。
如可以在圖6中所看到的那樣，航空數(shù)據(jù)傳感器的前端柱體部12有一個(gè)頸部12A，它裝配到在支柱16的孔41的外端處的一個(gè)與之相對(duì)的孔中?？梢砸运蟮姆绞桨褍刹糠止潭ㄔ谝黄穑?，用粘合劑，或者，如果是金屬，靠銅焊，這種銅焊是局部的，不會(huì)引起纏繞。
在把前端柱體部12裝到支柱上之前，可以把導(dǎo)管34放到凹槽28中，一端穿過孔41伸展。導(dǎo)管34的一端34A密封地裝配到前端柱體部12的前端的一個(gè)孔中，并當(dāng)組裝完成后，通向皮托管開口14。在前端柱體部12也設(shè)置了一個(gè)靜壓開口38。在圖6中也示出了開口38。靜壓開口38通向腔室42。把導(dǎo)管36放到凹槽26中，一端由孔41伸出，使得當(dāng)把前端柱體部12裝上之后它通向腔室42。在通道39中的材料確保導(dǎo)管36被適當(dāng)?shù)孛芊?，使得它攜帶著在腔室42中存在的靜壓信號(hào)。
在該柱體中使用了一個(gè)支承堵塞隔離塊44，如圖8所示，該塊有圓柱形的開孔34B和36B，用來(lái)分別容納和支承導(dǎo)管34和36。該堵塞隔離塊對(duì)于導(dǎo)管提供了在前端柱體部12中的支承。堵塞隔離塊44也有一個(gè)凹口46，用來(lái)支承電阻加熱器導(dǎo)線40。如可以看到的那樣，加熱器導(dǎo)線40通入到腔室42中，并纏繞著導(dǎo)管34的端部，使導(dǎo)管和前端柱體部12不會(huì)結(jié)冰，為的是防止開口14和38以及導(dǎo)管在使用過程中凍結(jié)被封閉起來(lái)?？梢园讯氯綦x塊僅僅滑動(dòng)到其位置，并把它適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ谇岸酥w部中。
單一的大通道39由凹槽26，28和30的交匯部位伸展到前端柱體部12，該通道容納兩根導(dǎo)管34和36以及加熱器導(dǎo)線40。
通道39在端部55終止，該端部靠近前端柱體部12與支柱16之間的連接線54。支柱設(shè)有連接通道39的端部55并容納兩根導(dǎo)管34和36以及加熱器導(dǎo)線40的開孔41，使得它們可以通入到管形的前端柱體部12和腔室42的內(nèi)部。
用適當(dāng)?shù)姆庋b材料或可硬化的粘合劑(以29示出)把導(dǎo)管34和36以及加熱器導(dǎo)線40緊固在并密封在它們各自的凹槽中和通道39中，比如用一種以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的粘合劑，這種粘合劑是導(dǎo)熱的，并且相對(duì)較快地固化。把導(dǎo)管34和36預(yù)先制作成它們所要求的形狀，包括對(duì)于由前端柱體部12到基座18的曲線必要的的彎曲，這些導(dǎo)管在它們伸展穿過基座18的部位有彎曲部分。相對(duì)著開出在基座18中對(duì)于導(dǎo)管34和36的開孔，為的是對(duì)于導(dǎo)管有適當(dāng)?shù)拈g隙。
作為組裝的第一步，可以把導(dǎo)管和加熱器導(dǎo)線放置到各自的凹槽中，并在通道39中把它們連接起來(lái)，并將穿過開孔41伸展。加熱器導(dǎo)線40纏繞著皮托壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管34。把加熱器導(dǎo)線和導(dǎo)管支承在堵塞隔離塊44上，并且可以用一種封裝材料或粘合劑(比如一種環(huán)氧樹脂，在圖6中以58表示)把它們固定?？梢栽诓糠纸M裝支柱(把頸部12A裝配進(jìn)支柱的端部的開孔41中)之后，可以把前端柱體部12滑進(jìn)其位置。把導(dǎo)管端部34A滑進(jìn)在前端柱體部12的內(nèi)部設(shè)置的開孔中。如果需要，在組裝過程中，在導(dǎo)管34的端部34A上可以使用一種適當(dāng)?shù)拿芊鈩?br> 把導(dǎo)管和加熱器導(dǎo)線用粘合劑(用導(dǎo)熱的封裝材料29，通常為一種可固化的液態(tài)環(huán)氧樹脂)由支柱的第二側(cè)面緊固它們各自的凹槽中。一旦封裝材料29固化了，可以很容易地用砂紙打磨側(cè)面21的支柱的外表面(它與側(cè)面20的表面相對(duì))，或用其它方法研磨，把多余的封裝材料除去，并形成經(jīng)精整加工的表面，使側(cè)面21的表面的被機(jī)械加工的部分的型面連續(xù)起來(lái)。用來(lái)固定導(dǎo)管和加熱器的材料(比如環(huán)氧樹脂)粘到形成凹槽的支柱的表面上，并在兩根軸線上增加了強(qiáng)度和抗彎曲的能力。固定材料把導(dǎo)管固定到支柱結(jié)構(gòu)中形成一個(gè)整體，這也增加了薄支柱的強(qiáng)度。
在這一步組裝完成之后，可以把基座18緊固到支柱上，隨后整個(gè)航空數(shù)據(jù)傳感器已經(jīng)制作好了，可以裝到飛行器上去使用。當(dāng)然，在壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管上可以使用適當(dāng)?shù)慕宇^，用來(lái)把它們連接到飛行器中已有的傳感器上。
航空數(shù)據(jù)傳感器的組裝相對(duì)來(lái)說(shuō)是容易的，這是因?yàn)榭梢灶A(yù)先制作出導(dǎo)管，并可以容易地把導(dǎo)管插入，因?yàn)橹е?6是由一塊實(shí)心的材料制成的，并且凹槽只是由一個(gè)側(cè)面制作出來(lái)的。使用環(huán)氧樹脂型的封裝材料不需要高度的加熱，所以纏繞不成為一個(gè)問題?？梢杂谜澈蟿┌亚岸酥w部12固定在其位置上。如果前端柱體部是用粘合劑固定的，沿著支柱16不需要進(jìn)行銅焊，支柱的材料可以由種類廣泛的重量輕，強(qiáng)度高，容易進(jìn)行機(jī)械加工的材料(包括復(fù)合材料，鋁合金和鈦合金)中挑選。材料的挑選不再被限制為能很好地銅焊的材料和有高強(qiáng)度的材料，比如當(dāng)今在使用的鈹銅合金。
去掉了中空的結(jié)構(gòu)，從而在側(cè)面表面20和21之間的寬度可以被減到最小。在實(shí)際使用中，例如，采用大約1/8英寸外徑的導(dǎo)管的情況下，支柱的總厚度可以被制作成比1/4英寸還薄。
如上面所提到的那樣，放置加熱器和壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管只需要把它們放置到凹槽中，隨后在前端柱體部12上滑動(dòng)。
圖4示出一種可以被用作支柱的適用的機(jī)翼截面形狀。也如在圖1中所示出的，支柱的前邊緣以一種空氣動(dòng)力學(xué)上有效的構(gòu)形由它的外端向里彎曲，朝向基座。支柱混合進(jìn)圓柱形前端柱體段中，如可以看到的那樣。支柱的構(gòu)形相對(duì)于以皮托管開口的軸線為中心的平分平面可以是對(duì)稱的，或者支柱可以在橫向上由前端柱體部12偏斜。換句話說(shuō)，在圖3中所示出的對(duì)稱關(guān)系不是本質(zhì)性的。
本發(fā)明的支柱可以被做得比已有的支柱薄得多，并且沒有中空的內(nèi)部。重量明顯地減小，減小三個(gè)數(shù)量級(jí)或更多，在跨音速區(qū)的阻力數(shù)可以由傳統(tǒng)的支柱減小高到大約50％。制作支柱的實(shí)心材料塊使得可以減小其尺寸，因?yàn)椴恍枰虚L(zhǎng)的壁形成用來(lái)容納加熱器的凹部，也不需要有彼此分離開的壁用來(lái)形成一個(gè)全長(zhǎng)度的腔室來(lái)容納壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管。
在本發(fā)明的支柱中的加熱器導(dǎo)線靠近該支柱的中部，這使得熱量可以基本上均勻傳遞到支柱的兩個(gè)側(cè)面用來(lái)實(shí)現(xiàn)除冰，有效地利用加熱器。
雖然參考著優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)技術(shù)熟悉的人將認(rèn)識(shí)到在形式和細(xì)節(jié)上可以作出改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.用于航空數(shù)據(jù)傳感器的一種實(shí)心支柱，它有所要求的截面形狀，一個(gè)基座端和一個(gè)外端；該支柱有由基座端向外端伸展的第一側(cè)面，該第一側(cè)面的表面由前端到尾端被平滑地構(gòu)形成所要求的形狀；所述支柱有由前端到尾端伸展的第二側(cè)面，并有在其中間形成的至少一個(gè)凹槽，用來(lái)容納一根壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管；以及一種充滿凹槽并把導(dǎo)管固定在凹槽中的定位材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的支柱，其特征在于第二側(cè)面中的凹槽在把導(dǎo)管固定在其位置之后被構(gòu)形成平滑的有型線的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的支柱，其特征在于一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的加熱器被固定在沿著所述支柱伸展的一個(gè)凹槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的支柱，其特征在于支柱的截面形狀包括一個(gè)通常為機(jī)翼的形狀，支柱的中心線沿著機(jī)翼形狀的翼弦，并且該支柱的最大厚度為翼弦的15％到45％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的支柱，其特征在于所述第二側(cè)面在靠近基座端有多個(gè)凹槽，分開的細(xì)長(zhǎng)件被置于這些凹槽中，這些凹槽彼此分開，所述凹槽在外端附近交匯成一個(gè)單一的通道，所述單一的通道的尺寸可以容納來(lái)自至少一個(gè)凹槽的一根導(dǎo)管和在第二凹槽中的一個(gè)加熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的支柱，其特征在于支柱的外端交匯到一個(gè)通常為圓柱形的柱體部中，一個(gè)內(nèi)部的開孔至少穿過支柱的外端的一部分，通道通向該開孔。
7.用來(lái)感知傳感器上的外部開口處的壓力的一種航空數(shù)據(jù)傳感器，它包括有實(shí)心的截面的一根支柱，只由它的一個(gè)側(cè)表面在該支柱的橫向上向里伸展的至少一個(gè)凹槽，所述凹槽的尺寸可以容納該航空數(shù)據(jù)傳感器的一根細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)管，該導(dǎo)管沿著支柱的長(zhǎng)度伸展，前端部有一根通常朝向流體流動(dòng)的方向的軸線，并有至少一個(gè)開口，用來(lái)對(duì)細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)管提供壓力信號(hào)，該傳感器還有充滿凹槽的一種材料，把導(dǎo)管固定在凹槽中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的航空數(shù)據(jù)傳感器，其特征在于該傳感器包括加熱器導(dǎo)線，所述支柱有用來(lái)容納加熱器導(dǎo)線的第二凹槽，此凹槽由支柱的與所提到的第一凹槽相同的側(cè)面向支柱的里面形成，把所述加熱器導(dǎo)線嵌入用來(lái)把導(dǎo)線固定在支柱中的熱傳導(dǎo)材料中，為的是對(duì)航空數(shù)據(jù)傳感器進(jìn)行加熱。
9.制作航空數(shù)據(jù)傳感器的一種方法，它包括如下步驟制作出一根實(shí)心的支柱，它有所要求的截面形狀；設(shè)置沿著支柱的長(zhǎng)度伸展的至少一個(gè)凹槽，它的尺寸可以容納一個(gè)細(xì)長(zhǎng)件；把細(xì)長(zhǎng)件放到該至少一個(gè)凹槽中，并把該件固定在凹槽中；以及把支柱精整加工成所要求的氣動(dòng)力學(xué)型面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于包括以下步驟在支柱的外端設(shè)置一個(gè)前端柱體，并把該柱體固定到通向在支柱的外端形成的一個(gè)開孔的位置，該開孔通向該至少一個(gè)凹槽，并且該細(xì)長(zhǎng)件由凹槽穿過該開孔通到柱體的內(nèi)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于在支柱中設(shè)置了至少三個(gè)凹槽，所有這些凹槽都由支柱的同一側(cè)面向里伸展，在靠近開孔的部位它們交匯成單一的通道，把分開的細(xì)長(zhǎng)件放到凹槽中，這包括把分開的導(dǎo)管放到這些凹槽中的兩個(gè)中和把一個(gè)加熱器放到第三個(gè)凹槽中，以及使導(dǎo)管和加熱器穿過通道和開孔，伸展進(jìn)柱體的內(nèi)部。
全文摘要
由一整塊材料制作成的一根航空數(shù)據(jù)傳感器支柱(16)有被精整加工成平滑的型面的一側(cè)(20)，并在支柱(16)的與之相對(duì)的側(cè)面上有凹槽(26，28，30)，用來(lái)容納壓力信號(hào)攜帶導(dǎo)管(34，36)，或其它細(xì)長(zhǎng)件，比如一個(gè)加熱器(40)。用充滿封裝材料(29)的方法把加熱器(40)和導(dǎo)管(34，36)固定在其位置，并在充滿之后把凹槽(26，28，30)的打開的那些側(cè)面進(jìn)行精整加工，從而對(duì)于支柱(16)的與之相對(duì)的側(cè)面(21)提供所要求的型面。因?yàn)橄擞煞蛛x開的壁所形成的中空的內(nèi)部空間，所以支柱(16)有薄的截面。
文檔編號(hào)G01P5/165GK1137827SQ95191090
公開日1996年12月11日 申請(qǐng)日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月28日
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