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教学团队介绍

作者:德国赌场 发布时间:2020-10-19 10:30 点击数:

  “空气动力学”是我校飞行器设计工程专业的核心基础课程,是继高等数学、理论力学、材料力学之后的一门专业基础课程。其总体定位是:通过理论教学、实验教学和创新实践三大环节,重点培养学生航空航天意识、提出和解决问题的能力、综合利用所学知识进行创新实践的能力。 本课程依托:

  该课程始建于1952年,其创始人是哥廷根应用力学学派的代表人物、近代流体力学之父普朗特大师的女弟子陆士嘉先生,是我国最早成立的“空气动力学”专业的核心课程,由我校陆士嘉、徐华舫、吴礼义等老一辈科学家亲自授课。该课程起点高、历史沉淀深厚。第二代主讲教授由张炳喧、陆志芳、钱翼稷(精品教材编著者)、沈遐龄(北航优秀主讲教师)等教授组成。

  现任课程组属于第三代,依据该课程深厚的历史底蕴,课程组长期坚持哥廷根应用力学学派的思想,坚持理论联系实际,发扬我校空气动力学的优良传统并不断改革,使该课程的教学水平、教材建设和实验设备等综合指标一直处于国内外同类课程的领先水平。 该课程于2005年获北京市精品课程。2010年获批国家级精品课(全国唯一的一门空气动力学)。 该课程教学实验室于2009年获批国家级航空航天实验教学中心。2018年,面向现代工程的空气动力学课程体系建设与实践,获得北京市教学成果二等奖。

  《空气动力学》课程教学团队有理论课教师10人。其中,教授3人:刘沛清(课程负责人,北京市教学名师),张华(北京市教学名师),潘翀(教育部青年长江学者);副教授5人:屈秋林、郭昊,高振勋,吴宗成,郭辉;讲师2人:胡天翔,肖应超。实验课教师1人,周越工程师。

  刘沛清教授:1982年在华北水利水电学院获学士学位,1989年在河海大学获硕士学位,1995年在清华大学获博士学位。1997年至今,在北京航空航天大学流体力学研究所工作;2000年至今,任教育部流体力学实验室责任教授,博士生指导教师;2003年至2012年,任航空科学与工程学院副院长。现为空气动力学国家级精品课负责人,国家级航空航天实验教学中心主任,国家航空科学技术实验室大型飞机高级人才培训班负责人,中国空气动力学学会第七届理事会理事,第十届流体力学专业委员会工业流体力学专业组组长,《空气动力学学报》和《气体物理》编委。全国“空气动力学”教学指导组组长,被中国科协聘为空气动力学专业全国首席科学传播专家。

  2000年获“全国100篇优秀博士论文”称号,2003年获全国国防系统百名优秀博士、硕士先进工作者称号,2005年获国家教学成果二等奖(排名第4),2009年获北京市优秀教师,2009年获北京市教学成果一等奖。2011年获北京市教学名师。2014年刘沛清负责的“先进飞行器高级人才联合培养基地”获全国示范性全日制工程硕士专业学位研究生联合培养实践基地称号。2018年“面向现代工程的空气动力学课程体系建设与实践”获得北京市教学成果二等奖(排名第一)。承担教学任务:博士生课程“近代流体力学”;硕士生课程“湍流模型及其应用”和“大型客机总体概论”;本科生课程“空气动力学”和“现代大学概论”。

  长期从事空气动力学、水动力学实验和数值模拟工作。近年来结合国家自然科学基金重点、面上项目、国防预研和国防基础等课题,利用理论、实验和数值模拟等多种手段对工程中的一些复杂流动(旋涡分离与控制,高速层流控制技术等)开展了系统深入的研究,解决了一系列气动设计难题。近年来的主要研究方向有:现代飞机旋涡分离及其控制技术,高速层流控制技术,现代高效轻质螺旋桨设计与优化技术,大型飞机起降气动特性、地面效应和水上迫降。研究成果在国内外学术刊物上发表论文300余篇,被SCI、EI收录90多篇,出版著作8部,授权国家发明专利23项。

  张华教授:1958年8月出生。1982年毕业于北航“空气动力学专业”获工学学士学位,1989年获北航“流体力学”专业工学硕士学位,2006年获北航“流体力学”专业工学博士学位。1986年被聘为北航流体所讲师,1993年被聘为北航流体所副教授,2007年被聘为北航流体所教授。2000年~2006年兼任中国空气动力学会流动显示专业委员会委员。北京市优秀教师,北航优秀主讲教师。长期从事流体力学、空气动力学教学与科研工作,主要研究领域为:旋涡与分离流动、流动控制、风沙两相流动、工业空气动力学、流体力学实验设备研制等。近年作为课题负责人承担或作为主要成员完成了自然科学基金、国防预研基金、大型流体力学设备研制以及国家级教改项目等十余项研究工作,在国内外重要刊物及国际会议发表论文30余篇。获得国家发明专利一项(2007年,排名第4),获得天津市科技创新三等奖一项(2004年,排名第3),天津市科技进步三等奖一项(2008年,排名第3)。主讲本科生、研究生和留学生课程共5门。2000年获得“宝钢教育奖”优秀教师奖,2002年被评为“中国力学学会全国优秀力学教师”,2005年被评为北航优秀主讲教师,2006年被评为北京市优秀教师,2007年获北航第7届“我爱我师”最具亲和力奖,2008年获北航第8届“我爱我师”十佳教师奖,2008年获“西飞奖教金”二等奖。此外还曾获得北航教学成果一等奖、二等奖各一项(排名第1),获得北京市教学成果二等奖一项(排名第4)。

  屈秋林副教授:2008年获得北京航空航天大学流体力学专业博士学位。长期坚持在教学一线,先后承担过本科生必修课《空气动力学》(中文和英文)和《航空工程大型通用软件应用》、研究生必修课《航空工程先进数值计算技术》和选修课《水波动力学》的教学工作。2018年获得北京市“高等教育教学成果奖”二等奖(3/9),2019年获得北航校级青年教师讲课比赛二等奖。科研方面,长期从事飞机起降安全的三个流体力学研究工作,共发表SCI论文43篇、EI论文63篇,授权发明专利13项,现任AIAA Associate Fellow,SCI期刊Aerospace Science and Technology和Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering副主编,2018年入选国家民航局“民航科技创新人才推进计划”。

  郭昊副教授:2007年获得香港中文大学物理学专业博士学位。长期坚持在教学一线,先后承担过本科生必修课《空气动力学》、《航空工程大型通用软件应用》和《课程设计》,本科生选修课《粘性流体力学》、研究生选修课《飞机气动噪声控制原理及应用》和《水波动力学》的教学工作。2010年获北航教学成果奖一等奖(3/5),2013年获优秀班主任,2014年指导学生获校级优秀硕士论文奖,2018年获得北京市“高等教育教学成果奖”二等奖(2/9),科研方面,长期从事气动噪声、湍流理论及民机减阻降噪技术研究工作,共发表SCI论文30余篇。

  潘翀教授:2009年获得北京航空航天大学工学博士学位。现为北京航空航天大学航空学院流体力学研究所所长,青年长江学者。于2011年加入航空科学与工程学院的《空气动力学》教学团队,参与学院大二、大三的空气动力学的教学工作。2018年获全国徐芝纶力学优秀教师奖,多次获北京航空航天大学青年教师讲课比赛奖励,主持北京航空航天大学校级教改项目两项。现任中国力学学会湍流与流动稳定性专业委员会委员、北京力学学会副主任委员。主要从事流体力学的实验和理论研究。发表SCI论文四十篇,获授权国家发明专利十余项。获国家技术发明二等奖、教育部技术发明一等奖等省部级以上科技奖励四项。

  高振勋副教授:2011年获得北京航空航天大学流体力学专业博士学位。航空学院工会主席,空气动力学系书记。目前承担本科生国家级精品课《空气动力学》及研究生《现代飞机设计空气动力学》等课程的教学任务,担任第七届中国空气动力学会高超声速专业委员会委员,第九届航空学会气动专委会委员。主要研究方向为计算流体力学和高超声速空气动力学。作为负责人承担了纵向课题15项,包括国家自然科学基金青年基金和面上项目各1项、国家数值风洞重点项目1项、国防科技基金1项,××××重大专项课题1项、863课题4项、航空基金课题1项,并与航天一院、航天四院、航天五院、沈阳飞机设计研究所等单位开展了多项横向课题研究。目前共发表SCI论文36篇,第一或通讯作者发表SCI论文25篇,EI文章12篇。2019年获中国力学学会全国徐芝纶力学优秀教师奖,2018年,2018年获北京市高等教育教学成果奖二等奖(排名第8)。

  吴宗成副教授:2007年获得北京航空航天大学流体力学博士学位。长期坚持在教学一线,先后承担过本科生必修课《空气动力学》和《课程设计》,研究生课程《现代飞行器空气动力学》的教学工作。“现代飞行器空气动力学”获批校级研究生精品课程。合编研究生重点教材“现代飞机设计空气动力学”,曾获航空航天科技教育奖。主要研究方向:计算流体力学、飞行器优化设计等,参与主持了多项课题研究,发表论文多篇。

  郭辉副教授:1989年获得北航空气动力学专业学士学位,1992年获北京空气动力研究所空气动力学专业硕士学位,1999年获北航流体力学专业博士学位。1992-1995年在北京空气动力研究所工作;1999年至今在北航流体所工作。主讲课程包括本科生“空气动力学”,“流体力学基础”,“流体力学综合试验”,“航空航天概论现场课”;研究生“实验流体力学”等。2019年指导学生获冯如杯学生学术科技作品竞赛二等奖,冯如杯学生创业大赛铜奖。研究方向为实验流体力学、边界层转捩和湍流、流动控制、实验测量技术等。作为负责人承担国家自然科学基金面上项目一项。在“Experiments in Fluids”和“Journal of Turbulence”等期刊上发表论文多篇。2005-2006年曾赴香港理工大学合作交流。

  胡天翔讲师:2014获得英国巴斯大学流体力学博士学位。自2014年至今在北京航空航天大学航空科学与工程学院从事教学科研工作,于2016年加入航空科学与工程学院的《空气动力学》教学团队参与学院大二、大三的空气动力学的教学工作,北京市高等教育教学成果二等奖。申请人长期指导学生的课外实践活动,获评第二十七届冯如杯优秀指导教师。自2015年开始担任航空科学与工程学院150514班主任,于2019年获评校级优秀班主任。主要研究方向为空气动力学、飞行器气动设计,研究项目包括,非定常涡动力学,仿生流动控制技术,微型飞行器气动及总体设计,螺旋桨气动及噪声一体化设计等,共发表SCI文章20余篇,获授权国家发明专利6项。

  肖应超讲师:2010年获北京航空航天大学航空宇航推进理论与工程专业博士学位。中共党员。2013年国家计算流体力学实验室博士后出站,2014年至今在北京航空航天大学航空科学与工程学院空气动力学系/流体力学研究所从事教学科研工作,国家级精品课程《空气动力学》教学团队主要成员,理论课主讲教师和实验课主讲教师,主讲本科生必修课程《空气动力学A》、《流体力学实验》、任修课程《空气动力学B(2)》,主讲《空气动力学》教学实验“动量定律实验”、“伯努利方程实验”、“雷诺实验”和“激波观测实验”,负责讲授研究生专业课程《流场显示理论与应用》,长期指导本科生专业实践和科技实践,担任航空科学与工程学院140514班班主任,荣获本科生社会实践优秀指导教师和本科生生产实习优秀指导教师。主要研究方向为空气动力学,高超声速气动热力学,热化学非平衡流;电磁气体动力学及应用,电磁与多场耦合流动模拟;等离子体动力学,等离子体模拟与诊断;新型空天推进与动力技术,电磁流体动力技术;流动显示、测量与光谱诊断。

  周越工程师:2018年获得北京航空航天大学流体力学专业博士学位。长期坚持在教学一线,先后承担过本科生必修课《航空航天概论》、《空气动力学》、《材料力学》、《航空工程大型通用软件应用》,本科生选修课《流体力学综合实验》、《计算流体力》,研究生选修课《流体力力学实验II》等的教学工作。2018年获北航“凡舟”教育基金实验教学类二等奖(1/1),2000年获生产实习优秀指导教师二等奖,2019年指导学生获全国工业流体力学会议青年优秀论文奖。科研方面,长期从事计算流体力学和血流动力学方面的研究工作,共发表SCI论文3篇。

  空气动力学一直是我校飞行器设计工程专业的必修课,每年授课人数300人左右。从2000年至今,为适应航空航天人才培养的需求,在学校教学改革的推动下,该课程的教学计划和教学大纲在不断地修订和完善,其课程建设的总体思路是:依据科学、工程与人文一体化的教育思想,坚持以国家航空航天创新人才需求为牵引,坚持哥廷根应用力学学派的办学理念,弘扬陆士嘉先生的精神,为我国培养优秀的空气动力学复合型人才而服务。

  在教学大纲制定中,坚持总体建设思路,从提升学生认知水平、培养学生动手能力、增强学生创新实践意识的培养目标入手,始终把培养学生的动手能力和创新实践作为教学改革的根本任务,重视理论、实验和实践教学活动之间的有机结合,实现互通、互动、互进的教学过程,构建和完善了“理论教学、实验教学、创新实践”为一体的层次化、综合化、实践性的进阶型教学体系,使学生在探索的过程中学习,在学习的过程中实践,在实践的基础上创新。鉴于该课程是一门理论与实际紧密结合的专业基础课程,在课程改革方面,坚持课程的历史沿革、主体理论体系的构建与传承、实验验证与工程应用。坚持以伯努利原理的共性知识为核心,通过知识整合和增加适当的新知识点,突出数学与流动的完美结合,重视理论联系实际(哥廷根应用力学学派思想),引导学生善于从鸟的飞行原理、自然现象和实验过程中获取灵感、凝练科学思想、激发学习兴趣、提高创新意识。

  在空气动力学A部分:以理想流体力学和粘性流体力学的经典内容为基础,重点突出空气动力学的基本概念、基本原理和方法,以及低速、亚声速、跨声速和超声速翼型绕流气动特性,以体现课程的基础性。在空气动力学B部分:针对现代飞行器的发展趋势,重点突出飞行器的机翼气动设计概念和方法论,包括大展弦比直机翼、后掠翼和三角翼等绕流现象和气动特性,旋涡控制技术和基本方法,以体现课程的前沿性和时代性,进一步拓宽学生的视野,加深学生对本课程的理解和认识。此外,要求学生积极参加课外科技活动,综合利用所学到的空气动力学理论开展创新实践。课程面向国内和国际学生分别进行中英文授课,教学内容如下:

  (1)理论课96学时,包括:流体静力学、运动学与动力学,势流、粘流与边界层,可压缩流,低/亚/跨/超声速翼型和机翼的气动特性和计算,翼身组合体气动特性和计算,高升力装置气动特性;

  (2)实验课16学时,8大实验为:能量方程验证、动量定理验证、雷诺实验、平板边界层、激波观察、三角翼前缘涡和圆柱绕流显示、翼型测压、现代战斗机低速测力实验;

  (3)课程设计16学时,内容为:完成一架飞机的气动布局设计,根据《飞机设计手册》初步评估气动性能,并用CFD校核气动性能。

  在实验实践教学体系方面,坚持以理论教学为主导,整合空气动力学实验教学科目,根据学生的认知过程,分基础性实验、综合性实验和创新实践三部分,形成分阶段、分层次、进级型的培养模式,增设课程设计和课外科技活动,增强学生的集成创新意识的培养。

  围绕空气动力学的讲授内容,实验课程共安排8项实验,总共16个学时。其中,空气动力学A安排7项实验,空气动力学B安排1项实验。

  (1)课堂教学环境:重视物理现象描述与数学方程推导的结合,重视理论与工程应用的结合。重视板书、PPT、视频的有机结合。

  (2)实验教学环境:配合理论教学,整合8大实验,更新实验设备,引进先进的测试技术,重视理论对实验的指导。

  (3)实践教学环境:在课程设计中,以C919气动设计为主线,锻炼学生综合利用所学知识解决问题的能力;将学生的创新意识与课外科技活动紧密结合并纳入到实践教学体系之中,突出创新实践教学环节。

  (4)课外教学环境:利用微信公众号《空气动力学教学平台》和《风流知音》,创建微信教材和微信教学平台,将空气动力学的理论知识等首次编制成系列的微信教材(50多篇),面向国内外传播,受到同行和广大学生的高度好评。

  鉴于空气动力学是一门理论与实际紧密结合的专业基础课程。在教学过程中,注重理论与实际、科学与技术、数理与应用密切结合是哥廷根学派的治学理念和学术风格,强调科学知识的综合应用、科学与工程的紧密结合和集成创新实践的培养,瞄准空气动力学教学实践中的人文情怀、专业基础、综合实验、创新实践等方面的教学改革,在教学过程中突出空气动力学的“专业性、工程性和综合性”特色。

  在理论教学课堂上结合空气动力学的发展历程,注重将大学精神和空气动力学大师成就有计划地引入课堂教学中,为便于学习和参考,刘沛清教授专门编著了《流体力学通论》著作,深受国内工科大学欢迎。大力弘扬陆士嘉先生的精神,为后来者起到示范作用。

  按照知识创新的思路和理念展开教学活动,努力尝试和推进由问题而来(发端于问题),到问题而去(终结于问题),实现在思考解决问题的过程中激发学习兴趣、传授新知识、提高新认识,在探讨问题中学会发现规律、提出理论并指导实践和应用。

  针对理论、实验和创新实践教学环节,多次审定教学大纲,更新教学内容,有效地加强新知识的学习与应用。 在理论教学中,适当介绍现代空气动力学的发展需求与最新研究成果,激发学生兴趣、开阔学生视野、提高学生的创新意识; 在实验教学中,综合利用现代流动显示技术和CFD数值模拟技术,适当将一些空气动力学中复杂流动现象清晰地呈现给学生,使学生在学习过程中,不仅能够充分利用现有理论分析物理过程,而且能够获得新知识; 在创新实践教学过程中,重视理论与实践的结合,特别是将各种新的测量技术手段应用实践环节中,注重新概念、新技术的应用与开发。

  以建设一流空气动力学实验室为目标,在沙河校区实验室建设中,充分借鉴国际著名大学空气动力学实验室的建设经验,结合现代空气动力学教学内容和新型的测试技术,在学校和工信部的大力支持下,投入1000多万建设费用,购置测力、测速、测压、测声等国际先进测量设备,在沙河新校区建成了包括风洞和水槽设备在内的全套新型的现代化教学实验室,也是我校国家级航空航天实验教学中心的主体实验室。

  将学生的创新意识与课外科技活动紧密结合并纳入到实践教学体系之中,突出创新实践教学环节,是加强现代高等工程教育理念的重要环节。针对本课程特点,对实践教学环节进行了大胆的改革,注重理论、实验、实践教学的紧密结合,借鉴国家级航空航天实验教学中心的教学平台,构建了现代空气动力学创新实践教学的层次化、综合化、创新性的递进式实践教学体系,对提高学生的创新能力与意识的培养起到了重要作用。

  利用微信公众号《空气动力学教学平台》和《风流知音》,创建微信教材,将空气动力学的理论知识、风洞和水洞实验知识、飞行原理等首次编制成系列的微信教材(50多篇),面向国内外传播,受到同行和广大学生的高度好评,极大地提高学生的自学能力。学生可通过评论与教师交流,提高了学生课内和课外的学习效果,激发了学生的学习兴趣。

  本章主要介绍空气动力学定义、研究对象和任务、研究方法和分类以及空气动力学的发展史,特别是在现代飞行器研制中所起的先导性作用。学习要点:

  本章主要介绍流体的连续介质假设、流的基本力学属性(如易流动性、压缩性与弹性、粘滞性与牛顿内摩擦定律等)、流体微团的受力分类、静止流体内部任一点压强的各向同性特征等,导出欧拉平衡微分方程组及其积分形式,介绍了标准大气特性。学习要点:

  第二章:流体运动学与动力学基础 (12学时,1,2,3,4,5,6,7;习题1,2,3)

  本章主要介绍描述流体运动拉格朗日方法和欧拉方法、流体质点运动特征(流线、迹线等)以及流体质点物理量随时间的变化率(包括速度、加速度、物理量的随体导数等)等。推导流体微团的基本运动形式分解定理、流场的散度和旋度以及流体微团的连续性方程和运动微分方程组(欧拉运动微分方程组)。介绍伯努利积分方程及其应用、雷诺输运方程和流体运动的积分方程组;介绍流体微团的旋涡运动及其特征。学习要点:

  (1)熟悉流体质点运动的两种描述方法及其流体质点运动要素的表征(包括速度、加速度、物理量的随体导数等);

  (2)掌握流体微团的基本运动形式分解及其个运动分量的数学表达式,流场的散度和旋度以及流体旋涡运动及其特征;

  (3)熟练掌握欧拉运动微分方程组及其积分形式、雷诺输运方程和流体运动的积分方程组的推导过程;

  本章介绍理想不可压缩流体平面势流的控制方程及其解法。引入速度势函数和流函数概念,阐述奇点叠加原理及其解法,介绍源(汇)、偶极子和点涡的基本解,以及钝体绕流和圆柱绕流(有、无环量)的特征和势流解。学习要点:

  (2)掌握奇点叠加原理、源(汇)、偶极子和点涡的基本解以及钝体绕流和圆柱绕流的特征和势流解。

  本章介绍粘性流体力学基础,包括粘性流体运动的应力状态、广义牛顿内摩擦定理(本构关系)、粘性流动微分方程组(Navier-Stokes方程组)的推导、粘性流体运动的基本性质、层流和湍流的基本特性以及相似性原理和量纲分析等。学习要点:

  (1)熟悉粘性流体运动的基本特性,粘性流体运动的应力状态和广义牛顿内摩擦定理(本构关系);

  (2)熟练掌握粘性流动微分方程组(Navier-Stokes方程组)的推导过程及其各项的物理意义;

  本章介绍不可压缩流体大雷诺数壁面绕流边界层的概念及其性质、边界层控制方程组及其近似求解、边界层动量积分方程及其求解、边界层分离现象及其特征以及绕流物体阻力与飞机减阻技术等。学习要点:

  本章介绍可压缩空气动力学基础,包括热力学第一定律、气体微团运动能量方程、声波速度和马赫数、一维可压缩定常流动理论、微小扰动的传播特征(马赫锥和马赫波)、膨胀波与超声速壁面外折角绕流、压缩波与激波、可压缩流体边界层流动、激波与边界层干扰、可压缩一维摩擦管道流动以及收缩喷管和拉瓦尔喷管的工作性能等。

  (1)熟悉可压缩空气运动的热力学第一定律、气动微团运动能量方程的推导过程及各项物理意义;

  (2)熟悉声波速度、马赫数定义、微小扰动的传播特征(马赫锥和马赫波等基本概念和物理意义;

  (3)熟练掌握一维可压缩定常流动理论的推导过程及其应用、膨胀波与激波等基本方程;

  (4)了解可压缩流体边界层流动、激波与边界层干扰、可压缩一维摩擦管道流动以及收缩喷管和拉瓦尔喷管的工作性能等。

  本章介绍二维低速翼型绕流的气动特性,包括翼型的几何参数、翼型发展历史、翼型的空气动力系数、翼型绕流与气动特性、库塔-儒可夫斯基后缘条件与环量的确定、翼型绕流升力产生的机理、翼型绕流物面近区边界层的发展、定常不可压缩绕翼型势流的解、薄翼型理论以及实用低速翼型的气动特性等。学习要点:

  (2)熟练掌握库塔-儒可夫斯基后缘条件与环量的确定、翼型绕流升力产生的机理、翼型绕流物面近区边界层的发展以及定常不可压缩绕翼型势流的解和薄翼型理论;

  本章介绍亚声速薄翼型绕流气动特性,包括亚声速可压缩翼型绕流现象、理想定常可压流动速度势函数方程推导、小扰动线化理论、二维波纹壁面亚声速绕流线化理论解、压缩性修正方法及其应用(普朗特-葛劳渥压缩性修正、卡门-钱学森压缩性修正和赖特压缩性修正)。学习要点:

  (2)熟练掌握小扰动线化理论和求解过程以及压缩性修正方法及其应用(普朗特-葛劳渥压缩性修正、卡门-钱学森压缩性修正和赖特压缩性修正);

  本章介绍超声速和跨声速薄翼型绕流现象及其气动特性,包括超声速和跨声速薄翼型绕流线化理论、气动力特性和相仿律等。学习要点:

  (2)熟悉跨声速翼型绕流临界马赫数的概念、跨声速薄翼型绕流现象与气动力特性、跨声速小扰动势流方程与相仿律。


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