仿生扑翼飞行器原理

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《可折叠仿生扑翼飞行器的设计》

《可折叠仿生扑翼飞行器的设计》

《可折叠仿生扑翼飞行器的设计》一、引言随着科技的飞速发展,飞行器技术也在不断突破。

其中,仿生扑翼飞行器因其独特的设计和高效的工作原理,逐渐成为飞行器领域的研究热点。

本文将介绍一种可折叠仿生扑翼飞行器的设计思路,通过详尽的分析与描述,期望能为未来该领域的研究与发展提供有价值的参考。

二、设计背景与目标可折叠仿生扑翼飞行器设计的主要背景是满足现代航空科技对高效、便携、环保的飞行器需求。

其设计目标包括:实现飞行器的轻量化、可折叠性、仿生扑翼运动以及良好的飞行性能。

同时,为满足实际应用场景的需求,如空中拍摄、地形勘察等,该设计应具备高机动性、低噪音和环保等特点。

三、总体设计1. 结构组成可折叠仿生扑翼飞行器主要由机翼、机身、尾翼、起落架等部分组成。

其中,机翼采用仿生扑翼设计,以实现高效的飞行性能。

机身采用轻质材料制成,以降低整体重量。

尾翼和起落架的设计则保证了飞行器的稳定性和安全性。

2. 折叠设计为实现可折叠性,机翼、尾翼等部分采用折叠式结构设计。

在运输和储存过程中,各部分可折叠收起,减小整体体积,方便携带和运输。

四、仿生扑翼运动设计仿生扑翼运动是该设计的重要部分,通过模仿鸟类或昆虫的飞行方式,实现高效飞行。

设计中采用了多轴驱动的仿生扑翼机构,通过电机驱动,实现机翼的上下扑动。

同时,通过调整扑翼的频率和幅度,以适应不同的飞行需求。

五、动力系统设计动力系统采用高效电动驱动方式,包括电池、电机、电调等部分。

电池选用轻量、高能量的锂离子电池,以保证长时间的飞行。

电机和电调则负责驱动仿生扑翼机构,实现高效的飞行性能。

六、控制系统设计控制系统是该设计的核心部分,采用先进的飞行控制算法和传感器技术,实现对飞行器的精确控制。

包括GPS定位、惯性测量单元(IMU)、自动稳定系统等部分,以保证飞行器的稳定性和安全性。

七、总结与展望本文介绍了一种可折叠仿生扑翼飞行器的设计思路,包括结构组成、折叠设计、仿生扑翼运动设计、动力系统和控制系统等方面。

蝴蝶仿生飞行器原理

蝴蝶仿生飞行器原理

蝴蝶仿生飞行器原理
蝴蝶仿生飞行器是一种仿生机器人,其原理是通过模仿蝴蝶的翅膀结构和飞行方式来实现飞行。

具体来说,蝴蝶仿生飞行器的原理包括以下几个方面:
1. 翅膀结构
蝴蝶的翅膀结构非常复杂,由许多细小的鳞片、毛发和膜组成。

这些结构可以使得蝴蝶的翅膀具有轻盈、柔软、强韧和高效的特性。

蝴蝶仿生飞行器的翅膀也采用了类似的结构,通过人工制造出一系列微小的结构单元,如纤维、薄膜和毛发等,来模拟蝴蝶的翅膀结构。

这些结构单元可以使得仿生飞行器的翅膀具有轻盈、柔软、强韧和高效的特性。

2. 翅膀运动
蝴蝶的翅膀运动非常灵活,可以实现多种不同的飞行方式,如滑翔、盘旋、上升和下降等。

蝴蝶仿生飞行器的翅膀也可以通过控制翅膀的运动来实现不同的飞行方式。

具体来说,仿生飞行器的翅膀可以通过电机或者人工控制的方式来实现上下、前后和左右的运动,从而实现不同的飞行方式。

3. 感知和控制
蝴蝶的飞行能力不仅仅取决于翅膀结构和运动方式,还与其感知和控制能力密切相关。

蝴蝶可以通过触角、眼睛和感觉器官等来感知周围环境,从而做出相应的飞行决策。

蝴蝶仿生飞行器也可以通过添加各种传感器和控制器来实现类似的感知和控制能力。

例如,可以添加摄像头、超声波传感器和惯性测量单元等来感知周围环境,从而实现自主飞行和避障等功能。

总之,蝴蝶仿生飞行器的原理是通过模仿蝴蝶的翅膀结构和飞行方式来实现飞行。

其核心技术包括翅膀结构设计、翅膀运动控制和感知控制技术等。

这种仿生机器人具有轻盈、柔软、强韧和高效的特性,可以应用于无人机、机器人和航空器等领域。

仿生制造技术

仿生制造技术

飞机高速飞行时,机翼受气 流的冲击常发生颤振,从而 导致机翼断裂、机毁人亡。 科学家从蜻蜓翅膀上的黑色 翅痣(一种较厚的角质组织), 想到了配重,于是“照葫芦 画瓢”,给飞机机翼上装了 配重,从此,飞机的此类事 故大大减少。
仿生制造技术

定义:模仿生物的组织结构或运行方式,制造仿生结构或
仿生系统(产品)的过程称为仿生制造(Bionic
苍蝇 的平衡棒在飞行时以一定的频率进行机械振动 调节翅膀的运动方向,是保持身体平衡的导航仪。
可恶的苍蝇给我们的启示?




免疫力(活蝇蛆可接种于伤口之中,起杀菌清创, 促进愈合之作用。 ) 平衡能力(飞行器的平衡) 嗅觉(传感器、捕蝇器) 棘毛的作用(减粘)
由于生物的种种神奇功能 人们很早便开始关注“仿生学”

龟壳的背甲呈拱形,跨度大,包括许多力学原理。 虽然它只有2 mm的厚度,但使用铁锤敲砸也很难 破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。
这类建筑有许多优点:用料少,跨度大,坚固耐
用。薄壳建筑也并非都是拱形,举世闻名的悉尼 歌剧院则像一组泊港的群帆 因为蛋壳的外形能有
效分散应力,自然界中这种现象还有很多,乌龟
2013年,普林斯顿大学机械和航天工程系副教授迈克尔的研 究小组利用3D打印技术,制造了一种仿生耳,这是一只由生 物材料和电子材料共同组成的人造器官。未来,佩戴上此耳 的人,可能获得超人听力,还可以选择性的过滤掉不想见的 声音,甚至与其他电子设备无线连接。
仿生机构与系统制造

仿生机构与系统制造是以工程仿生学理论为指导,在提取 自然界生物优良性能特征的基础上,模仿生物的形态、结 构、材料和控制原理,设计制造具有生物特征的机构或系 统的过程。随着科技、信息和经济的快速发展,人们对智 能化、人性化和集成化的产品需求迅速增加,尤其体现在 军事、工业、医疗、养老、娱乐和社会服务领域,如仿生 机械装备功能部件、仿生智能肢—体辅助系统和仿生服务 机器人等

仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术

仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术

1. 引言自古以来,人们就梦想着在天空自由翱翔,对鸟在滑翔状态下的研究使人类乘着飞机上了天。

但在一般情况下,昆虫和鸟类翅膀具有很大的机动灵活性,生物超强的飞行能力也引起了人们的极大兴趣,如昆虫利用其薄如蝉翼的翅膀高频振动,能够实现前飞、倒飞、侧飞及倒着降落等特技飞行。

对生物生理结构和飞行机理的研究为仿制出具有更大飞行灵活性的新型扑翼飞行器打下坚实基础。

随着对生物飞行机理的认识和微电子机械技术(MEMS)、空气动力学和新型材料等的快速发展,仿生扑翼飞行器在目前已成为一个新的研究热点。

由于其在军事和民用上均具有广泛的应用前景,许多国家都已在这方面进行了研究,如美国加州大学伯克利分校、日本东京大学等都已经在这个领域进行了深入的研究探索工作,国内的科学家们也开始了这方面的基础和应用研究工作。

本文主要介绍了仿生扑翼飞行器的特点和关键技术,以及其在国内外的研究现状,并进行了对比分析思考,提出了相应的见解。

1. 仿生扑翼飞行器的特点仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行,基于仿生学原理设计制造的新型飞行机器。

该类飞行器若研制成功,那么与固定翼和旋翼飞行相比,它便具有独特的优点:如原地或小场地起飞,极好的飞行机动性和空中悬停性能以及飞行费用低廉,仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术o 周骥平 武立新 朱兴龙扬州大学机械工程学院[摘 要] 本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其应用,概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。

在此基础上,就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论,并结合目前研究情况,对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。

[关键词] 仿生;扑翼飞行器;微型飞行器;关键技术[Abstract] The concept, characteristics and usage of flapping-wing air vehicle (FAV) are brieflyintroduced. The present research situation and future development trend of FAV are summarized.According to these, several key technologies of FAV are discussed. Taking into account the presentsituation , the future on the research of FAV in China is outlined.[Keywords] Bionics; Flapping-wing air vehicle; Micro air vehicle; Key technology[作者简介]周骥平(1960-),男,扬州大学机械工程学院院长,博士,教授,研究领域: 机电一体化,机械设计理论与方法等.*基金项目:江苏省高校自然科学基金项目资助(02KJD460010)综述2004.6它将举升、悬停和推进功能集于一扑翼系统,可以用很小的能量进行长距离飞行,因此更适合在长时间无能源补充及远距离条件下执行任务。

蝴蝶仿生飞行器原理

蝴蝶仿生飞行器原理

蝴蝶仿生飞行器原理引言:蝴蝶作为昆虫界的飞行高手,其独特的飞行方式一直以来都令人着迷。

蝴蝶仿生飞行器就是以蝴蝶的飞行原理为基础,通过模仿蝴蝶的翅膀结构和飞行姿态来实现飞行器的自主飞行。

本文将介绍蝴蝶仿生飞行器的原理以及其在工程领域中的应用。

一、蝴蝶翅膀的结构蝴蝶的翅膀由脉络和膜翅组成。

脉络是一系列分支的管状结构,支撑着膜翅的形状并使其保持稳定。

膜翅是由薄膜组成的,可以根据蝴蝶的需要进行伸展和收缩。

这种翅膀结构使得蝴蝶可以在空气中灵活地飞行。

二、蝴蝶的飞行姿态蝴蝶的飞行姿态主要包括上升、下降、前进、转弯等动作。

蝴蝶在飞行时利用翅膀的变形和振动来产生升力和推进力。

当蝴蝶的翅膀向下振动时,空气会对翅膀产生阻力,使蝴蝶向上升起。

而当蝴蝶的翅膀向上振动时,空气会对翅膀产生向下的推力,使蝴蝶向前推进。

三、蝴蝶仿生飞行器的原理蝴蝶仿生飞行器通过模仿蝴蝶的翅膀结构和飞行姿态来实现飞行。

首先,蝴蝶仿生飞行器采用了与蝴蝶翅膀相似的膜翅结构,使得飞行器在飞行中可以根据需要伸展和收缩翅膀,从而调节飞行器的升力和推进力。

其次,蝴蝶仿生飞行器通过控制翅膀的振动来产生升力和推进力,使得飞行器能够实现上升、下降、前进和转弯等动作。

四、蝴蝶仿生飞行器的应用蝴蝶仿生飞行器的原理在工程领域中有着广泛的应用。

首先,在飞行器设计中,蝴蝶仿生飞行器的原理可以用于改进飞行器的操控性能和飞行稳定性。

通过模仿蝴蝶的翅膀结构和飞行姿态,可以设计出更加灵活、稳定的飞行器,提高飞行器的操控能力。

其次,在无人机领域,蝴蝶仿生飞行器的原理可以用于提高无人机的飞行效率和能耗。

通过模仿蝴蝶的飞行方式,可以设计出更加节能、高效的无人机,延长其续航时间。

此外,蝴蝶仿生飞行器的原理还可以应用于风力发电机的设计中,通过模仿蝴蝶的翅膀结构和飞行姿态,可以提高风力发电机的转化效率,实现更加稳定和高效的发电。

结论:蝴蝶仿生飞行器通过模仿蝴蝶的翅膀结构和飞行姿态,实现了飞行器的自主飞行。

一种仿生蝴蝶扑翼飞行器及其拉线式转向机构的制作方法

一种仿生蝴蝶扑翼飞行器及其拉线式转向机构的制作方法

一种仿生蝴蝶扑翼飞行器及其拉线式转向机构的制作方法仿生蝴蝶扑翼飞行器是一种通过模仿蝴蝶独特的飞行方式而设计的飞行器。

它能够在空中灵活操控,具有较好的机动性能和稳定性。

在本文中,将介绍一种制作仿生蝴蝶扑翼飞行器及其拉线式转向机构的方法。

首先,我们需要准备一些材料和工具。

材料包括轻质的材料如薄金属片或塑料片,弹性线或者细线,小型电机,螺旋桨等。

工具则包括剪刀,胶水,钳子,锉子等。

1. 制作翅膀:使用剪刀将薄金属片或塑料片剪成蝴蝶翅膀的形状,大小可自行决定。

确保两个翅膀相对称,并且具有足够的扑翼空间。

然后使用锉子修整翅膀的边缘,使其光滑,减少空气阻力。

最后使用胶水将两个翅膀连接在一起,并且确保翅膀能够自由地扑动。

2. 安装电机和螺旋桨:选择一个小型电机并安装在飞行器的中心位置上。

将螺旋桨固定在电机轴上,确保可以有效地产生推力。

3. 制作拉线式转向机构:在飞行器的尾部或机身两侧的翅膀上,通过胶水或螺丝固定一个小轴。

使用弹性线或者细线将此小轴连接到电机上。

当电机旋转时,它将通过拉线转动翅膀,实现方向的改变。

完成以上步骤后,我们就成功地制作了仿生蝴蝶扑翼飞行器及其拉线式转向机构。

在使用时,只需将电机连接到能源供应,并确保翅膀可以自由地扑动。

通过控制电机的转动速度和方向,我们可以实现飞行器的正常飞行以及转向。

总结:仿生蝴蝶扑翼飞行器及其拉线式转向机构的制作方法相对简单,只需准备适当的材料和工具,并按照上述步骤进行操作即可。

这种飞行器的设计灵感来自于蝴蝶的飞行方式,具有较好的机动性能和稳定性。

通过不断改进和调整,希望能够进一步完善这种仿生飞行器,并应用到更多实际应用场景中。

蝴蝶仿生飞行器原理

蝴蝶仿生飞行器原理

蝴蝶仿生飞行器原理蝴蝶,作为一种翅膀轻盈的昆虫,其独特的飞行方式一直以来都引起了人们的好奇和探究。

蝴蝶仿生飞行器正是受到了蝴蝶的飞行原理的启发而设计的一种飞行器。

本文将介绍蝴蝶仿生飞行器的原理及其应用。

蝴蝶的翅膀是其飞行的关键,它们的翅膀由许多小而薄的鳞片组成,这些鳞片可以灵活地移动和改变角度。

当蝴蝶飞行时,它们通过调整翅膀的角度和振动频率来产生升力和推力,从而实现飞行的目的。

蝴蝶仿生飞行器利用了蝴蝶的飞行原理,通过模拟蝴蝶的翅膀结构和运动方式来实现飞行。

首先,仿生飞行器的翅膀采用了类似于蝴蝶翅膀的鳞片结构,这种结构可以使飞行器的重量减轻,并且具有一定的柔韧性。

其次,仿生飞行器的翅膀可以通过机械装置调整角度和振动频率,从而产生升力和推力。

这种设计使得仿生飞行器能够在空中保持平衡并实现稳定的飞行。

蝴蝶仿生飞行器的应用非常广泛。

首先,在军事领域,仿生飞行器可以用于进行侦查和监视任务。

其翅膀的柔韧性和稳定性使得飞行器可以在复杂的环境中自由飞行,并收集情报信息。

其次,在科研领域,仿生飞行器可以用于进行气象观测和环境监测。

它可以携带各种传感器,对大气中的温度、湿度、气压等参数进行实时监测,从而为气象预测和环境保护提供数据支持。

此外,在救援行动中,仿生飞行器也可以发挥重要作用。

它可以飞入灾区进行搜救和救援,为受灾群众提供帮助。

蝴蝶仿生飞行器的原理虽然简单,但是其应用却十分广泛。

它不仅可以模拟蝴蝶的飞行方式,还可以结合现代科技,实现更多的功能。

随着科技的不断发展,相信蝴蝶仿生飞行器会在更多领域展现出其独特的价值和优势。

总结起来,蝴蝶仿生飞行器利用了蝴蝶的翅膀结构和运动方式来实现飞行,其翅膀的鳞片结构和机械装置使得飞行器可以产生升力和推力,并保持平衡和稳定。

蝴蝶仿生飞行器的应用广泛,包括军事侦查、科学研究和救援行动等领域。

相信随着科技的发展,蝴蝶仿生飞行器将会展现出更多的潜力和价值。

扑翼飞行原理探究

扑翼飞行原理探究
关键词 扑翼飞行 高升力 推动力 0 引言 动物的飞行是借助于翅膀来完成的,鸟类的翅膀具有特殊的样子,截 面如图 1 所示,它的上外表略微凸起,当鸟在空中飞行的时候,具有肯定 的水平速度,翅膀上外表的空气流速大于下外表的空气流速,依据伯努利 原理,上外表受到的空气压力小于下外表的空气压力,上下外表的气压差 产生了高升力,鸟可借助于这个力在空中滑翔。 人们对鸟类翅膀的讨论创立了空气动力学,发明了飞机,推动了人类 航空事业的进展。但鸟类的飞行与飞机不同,飞机属于固定翼飞行,飞行 时它的机翼是固定不动的,起飞时,首先要具有足够高的水平速度,才能
类除外〕。康奈尔大学物理学家简?王说,我们或许不该把昆虫看成小型 动的物体摩擦阻力很大,当速度到达 2 马赫〔600m/s〕以上就会出现气动
飞机,而应当把它们看作空气中的游泳者。就像人游泳时通过将水推开来 加热现象。压差阻力是由于物体运动时,其一个外表会推动空气一起运动,
前进一样,翅膀拍动时,将的空气推开,便得到一个空气的反作用力,即 迫使空气产生肯定程度的压缩,气压增大,而另一外表的空气则产生肯定
空气的阻力,这个阻力就是起飞的动力。这个观点同样适用于鸟类的飞行。 程度的拉伸,气压减小,相对两个外表的气压差而产生的阻力。压差阻力
我们难免会提出这样的疑问:鸟类飞行时,翅膀大多是上下扑动的。 的大小跟运动物体的速度和迎风面积有关。
当翅膀下拍时,受到空气的反作用力向上,而翅膀向上拍时,受到空气的
翅膀拍动时,速度并不高,阻力主要是压差阻力,大小跟翅膀的有效
空气阻力包括摩擦阻力和压差阻力。摩擦阻力是指物体运动方向的切 反作用力〕,大小为 F1,方向垂直于翅面向上。上拍时,所用时间为 t2,
向受到空气分子的摩擦而产生的阻力,是由于流体的粘滞性造成的,其大 受到空气向下的平均阻力大小为 F2.鸟儿的体重为 G。
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仿生扑翼飞行器原理
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仿生扑翼飞行器原理
一.扑翼飞行器简介
扑翼飞行器是区别于固定翼飞行器、旋转翼飞行器的另一类飞行器,其飞行原理直
接来自自然界的鸟类和昆虫的飞行方式。与固定翼和旋转翼相比有明显的优势。与固定翼
飞行器相比,它可同时将举升、悬停、推进等功能集中在一个扑翼系统中;与旋转翼飞行
器相比,它的能量利用率更高,即可推进飞行,也可滑翔飞行,而且更灵活。

二.飞行器的飞行原理
传统飞行器大致可分为三类:一类是根据牛顿第二定律,即作用力与反作用力定
律,获得空气的反作用力进行飞行的,包括各类固定、旋转、扑翼飞行器;第二类是阿基
米德原理,获取空气的浮力进行飞行,如各类飞艇,热气球;第三类是根据动量守恒定理
飞行的,如,火箭,宇宙飞船的飞行等。

由上可知扑翼飞行器的动力来源是空气对飞行器的反作用力。从简单飞艇入手,飞
行器的上升原因是因为空气对其竖直向上的推力大于其自身的重力。要获得前进方向的运
动必须还得有一个水平的推力,这样飞行器才能完成基本的飞行。比如固定翼飞行器,一
般由引擎提供水平的推力,机翼在高速气流的作用下产生升力,再如直升飞机,由引擎提
供升力,螺旋桨与水平面的夹角产生的分力作为推力。

综上所述,扑翼飞行器必须能同时获得空气对其在水平和竖直方向上的足够的反作
用力,即升力和推力,才能完成简单飞行。

三.对鸟类飞行的分析
尽管人类对飞行器的研究有了辉煌
的成就,但是鸟类仍是地球上最棒的
‘飞行器’。这里以鸽子作为研究对
象。鸽子可以在前进方向上以任何角度
飞行,还可以从容的变化飞行姿势,随
时转弯,随意的起飞降落,同时飞行动
作可以清楚的观察。

鸽子的飞行主要归功于它灵活有力
的翅膀和尾翼。下面我们将试着简单的说明一下鸽子的飞行原理。根据前面的飞行原理,
鸽子的翅膀必须能产生竖直向上的升力和水平的推力(这两个力不一定是严格的水平和竖
直)。

1.升力的产生:在这里我们先假设空气是静止的。鸽子的翅膀可以围绕身体作一定
角度的摆动,向下摆动时翅膀展开,向上摆动时翅膀折叠成到V形,而且往返摆动的时间
不相等(这个有待验证)。由于翅膀上下摆动时受力面积不同,从而导致翅膀上下摆动时
的受力大小不同,向下摆动时空气对翅膀的反作用力F1(竖直向上)大于向上摆动时空
气对翅膀的反作用力F2(竖直向下),


当F1>G时,产生向上的升力
连续的飞行动作是一个循环的过程,循环单元就是翅膀做一次上下摆动,向上摆动
记作T1,向下摆动记作T2。
在t1时,产生向上的速度v,在t2时,f2和g会产生向下加速度,使v减小,鸽
子减速上升直到速度为零,再下降,如果在没有降到初始位置前下一个循环开始,那么鸽
子就可以在宏观上产生竖直向上的运动。

2.推力的产生:
水平推力是由气流方向对翅膀反作用力的水平分量提供的。若以向右为飞行前进方
向,则当翅膀下摆时,翅膀截面与水平面呈一个锐角,翅膀上摆时,翅膀截面与水平面呈
一个钝角,两种情况对应的空气反作用力方向相反,但都会产生一个与前进方向相同的推
力,鸽子在水平方向前进。

鸽子的翅膀由骨架、肌肉、皮肤和羽毛组成。骨架较硬,肌肉羽毛相对有弹性。这是
由于肌肉羽毛的弹性,使翅膀在摆动的时候翅膀的后沿一只跟随着前沿运动并一直滞后于
前沿,因此翅膀截面会在翅膀上下摆动时与水平面的夹角产生近似互为余角的变化。

3.转向原理:
鸽子的转向种类很复杂,根据日常生活的观察,有大半径转向、小半径转向、在滑翔
中转向,在飞行中转向。这些转向都依靠翅膀的不对称摆动、尾翼转动和展合以及躯干扭
动的相互配合而实现的,鸽子具体是如何通过控制这些器官来实现转向,这个过程复杂我
们也无法解释,但可以抓住主要因素,从原理上简单的进行分析。

我认为鸽子的转向主要依靠翅膀的不对称摆动实现。按性质可分为动力转向和阻力转
向。

1. 动力转向:翅膀的不对称摆动可以为飞行提供不对称的动力和阻力,假设鸽
子在水平面飞行,空气相对静止,如果两侧翅膀提供的推力不同,就会使两
侧翅膀上产生的速度不同,从原理上说翅膀提供了一个与鸽子前进方向有一
定夹角的力,我们知道如果物体受力的方向与运动的方向不共线,那么该物
体就会作曲线运动,因此鸽子会转向

2. 阻力转向:如果鸽子在滑翔中控制翅膀的形状,使翅膀左右的阻力不相等,
那么就会产生一个和前进方向不共线的阻力,也会使鸽子转向。

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