秋路 房圣友

摘? 要：在引入簡(jiǎn)易跑道環(huán)境復(fù)雜性及試飛難度大的基礎(chǔ)上，研究了國(guó)外運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛進(jìn)展，其中C-17、A400M等飛機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛經(jīng)驗(yàn)對(duì)運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道或其他跑道環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證有重要的參考價(jià)值;建立了運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛關(guān)鍵技術(shù)，并展望了簡(jiǎn)易跑道試飛及使用前景，有助于深化相關(guān)專(zhuān)題研究，為建設(shè)簡(jiǎn)易跑道試飛能力及使用能力提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸機(jī);簡(jiǎn)易跑道;試飛進(jìn)展;C-17運(yùn)輸機(jī);A400M運(yùn)輸機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：V351.11? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）27-0016-04

Abstract： Introducing the complexity of unpaved or semi-prepared runways and difficulties of the relevant flight tests， this paper studies the development of transporter flight tests on this kind of runways worldwide， among which the engineering practice of C-17 and A400M is quite valuable. Besides， key technologies involved in the domain of flight tests on such runways are built and prospects of these tests and transporter operation are discussed. This research will be beneficial to further studies and the construction of unpaved runway flight test/operating capacities.

Keywords： transport aircrafts; unpaved or semi-prepared runways; flight test development; C-17; A400M

引言

簡(jiǎn)易跑道一般指道面沒(méi)有經(jīng)過(guò)鋪砌，或僅做簡(jiǎn)單處理即可起降飛機(jī)的跑道，道面材料可能為草皮、砂礫、土壤、碎石、沙質(zhì)、瀝青、珊瑚、金屬鋪板或上述材料的組合，其中草皮、砂礫、土壤三種道面較為常見(jiàn)。相對(duì)永備機(jī)場(chǎng)的跑道，其長(zhǎng)度較短、寬度較窄、道面強(qiáng)度較低且道面環(huán)境復(fù)雜。簡(jiǎn)易跑道具有服務(wù)周期短，保障任務(wù)與保障機(jī)型相對(duì)固定等特點(diǎn)[1]，可承擔(dān)應(yīng)急軍事活動(dòng)或部隊(duì)?wèi)?yīng)急培訓(xùn)等任務(wù)。在簡(jiǎn)易跑道上起降是現(xiàn)代運(yùn)輸機(jī)適應(yīng)條件復(fù)雜的跑道環(huán)境，在最短時(shí)間內(nèi)迅速完成物資調(diào)配、戰(zhàn)場(chǎng)投送、截?fù)簟⑥Z炸等戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，并提高機(jī)動(dòng)靈活性和自身生存力的一項(xiàng)基本性能。

簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行的特殊性、復(fù)雜性及困難程度決定了飛機(jī)的簡(jiǎn)易跑道適應(yīng)性必須通過(guò)試飛驗(yàn)證，而我國(guó)在簡(jiǎn)易跑道試飛領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備相對(duì)薄弱。瞬息萬(wàn)變的國(guó)際形勢(shì)要求我們必須加快相關(guān)研究，以提升我國(guó)武器裝備的全面作戰(zhàn)能力。

1 國(guó)外運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛進(jìn)展

國(guó)外十分重視軍用運(yùn)輸機(jī)在簡(jiǎn)易跑道的使用能力。如美國(guó)C-17、C-130、C-5A、V-22，歐洲A400M、CN235等，在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段均考慮了簡(jiǎn)易跑道適應(yīng)性，且在試飛過(guò)程中對(duì)在簡(jiǎn)易跑道的使用能力進(jìn)行了充分的試驗(yàn)驗(yàn)證。

美軍C-17、C-130飛機(jī)在作戰(zhàn)中已常態(tài)化使用。例如，在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍的C-17飛機(jī)頻繁在簡(jiǎn)易跑道上使用，見(jiàn)圖1。

C-17在穩(wěn)定簡(jiǎn)易跑道上降落的能力已經(jīng)多次在洛杉磯的聯(lián)合預(yù)備培訓(xùn)中心（JRTC）的“水泥蓋”跑道上進(jìn)行驗(yàn)證。JRTC有三條穩(wěn)定的跑道，最初是為C-130建造的，隨后升級(jí)為符合C-17使用標(biāo)準(zhǔn)。升級(jí)10英寸厚度的表層使用了3～4%的普通硅酸鹽水泥。主要的水泥封蓋跑道，已有超過(guò)100架C-17完成著陸（跑道超過(guò)200次通行），并且裝載M1坦克也無(wú)需在跑道、滑行道上進(jìn)行維護(hù)。此外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)亦對(duì)該型飛機(jī)在不穩(wěn)定簡(jiǎn)易跑道上持續(xù)運(yùn)行的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析研究[2]?；趯?duì)該型飛機(jī)的簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行驗(yàn)證，美國(guó)空軍制定了針對(duì)C-17簡(jiǎn)易跑道建設(shè)的單獨(dú)標(biāo)準(zhǔn)《C-17飛機(jī)應(yīng)急作戰(zhàn)簡(jiǎn)易跑道的設(shè)計(jì)，維護(hù)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（1997）》，目的是為涉及C-17應(yīng)急起降和訓(xùn)練的簡(jiǎn)易跑道規(guī)劃設(shè)計(jì)、建造、評(píng)估和維護(hù)的國(guó)防組織提供標(biāo)準(zhǔn)和指南[3]。

1965年，道格拉斯飛機(jī)公司對(duì)具有多輪多支柱起落架的C-5A驗(yàn)證機(jī)在半鋪砌跑道運(yùn)行時(shí)的地面載荷進(jìn)行了詳細(xì)研究。道面強(qiáng)度指標(biāo)為CBR9，漂浮性要求為在特定簡(jiǎn)易跑道修復(fù)之前能夠完成100次著陸、滑行和起飛循環(huán)。建立了起落架著陸、離散不平度滑行、連續(xù)統(tǒng)計(jì)不平度滑行、剎車(chē)、穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎、回轉(zhuǎn)、剎車(chē)等工況下的地面載荷設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及載荷分析方法[4]。

歐洲的C-160、CN235、C-295、C-27J（G222）、A400M等飛機(jī)在試飛過(guò)程同樣進(jìn)行了充分的簡(jiǎn)易跑道驗(yàn)證。A400M飛機(jī)在西班牙的Ablitas進(jìn)行了碎石跑道起降試驗(yàn)，在法國(guó)？魪cury進(jìn)行了草地跑道的起降試驗(yàn)，在英國(guó)伍德布里奇完成沙質(zhì)跑道上起降能力試驗(yàn)，見(jiàn)圖2，截至2016年8月24日，完成了在簡(jiǎn)易跑道起降的試飛驗(yàn)證。

在民用航空領(lǐng)域，國(guó)外已有的與簡(jiǎn)易跑道相關(guān)的咨詢通告如下：

（1）FAA已經(jīng)對(duì)若干運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)在各種未鋪砌跑道（包括草皮跑道、土跑道和碎石跑道）上運(yùn)行完成合格審定，已發(fā)布的咨詢通告AC25-7C中“第8章 適航性：其他項(xiàng)目 232.未鋪砌跑道上的起飛和著陸”提供了有關(guān)飛機(jī)在未鋪砌跑道上運(yùn)行合格審定的通用指導(dǎo)材料，反映了在這些合格審定過(guò)程中所取得的經(jīng)驗(yàn)和形成的政策[5]。

（2）加拿大運(yùn)輸部發(fā)布的咨詢通告AC NO.300-004

《未鋪砌跑道》中提供了未鋪砌跑道剪切強(qiáng)度的測(cè)量與報(bào)告方法，以及碎石鋪面跑道及帶狀草皮鋪面著陸區(qū)狀態(tài)檢查評(píng)估、維護(hù)及維修的建議措施，可用于飛機(jī)在未鋪砌跑道開(kāi)展試驗(yàn)及正常起降時(shí)的道面保障[6]。

2 運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛關(guān)鍵技術(shù)

運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛技術(shù)研究的重點(diǎn)在于簡(jiǎn)易跑道環(huán)境與常規(guī)跑道環(huán)境的差異以及這種差異對(duì)飛機(jī)運(yùn)行帶來(lái)的影響評(píng)估、模擬與驗(yàn)證，其中關(guān)鍵技術(shù)主要有基于模型的運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行安全性評(píng)估技術(shù)、基于鋪砌跑道的簡(jiǎn)易跑道關(guān)鍵特征模擬技術(shù)、簡(jiǎn)易跑道條件下的起落架載荷和擺振穩(wěn)定性分析與驗(yàn)證技術(shù)、針對(duì)簡(jiǎn)易跑道環(huán)境影響的運(yùn)輸機(jī)駕駛技術(shù)、飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中運(yùn)行時(shí)的防護(hù)技術(shù)以及基于關(guān)鍵指標(biāo)在線辨識(shí)的簡(jiǎn)易跑道起降性能預(yù)測(cè)技術(shù)等。

2.1 基于模型的運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行安全性評(píng)估技術(shù)

簡(jiǎn)易跑道承載能力差、表面不平整、道面摩擦特性復(fù)雜，加之大型運(yùn)輸機(jī)載重大，這些因素使得大型運(yùn)輸機(jī)在簡(jiǎn)易跑道起降危險(xiǎn)性極高，因此在試飛設(shè)計(jì)階段、飛行試驗(yàn)階段、使用階段均需開(kāi)展不同角度及程度的安全性評(píng)估，以保證飛機(jī)安全性及使用性。

建立飛機(jī)-簡(jiǎn)易跑道相互作用的動(dòng)力學(xué)模型，并開(kāi)展基于模型的運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試驗(yàn)及運(yùn)行安全評(píng)估，可以預(yù)測(cè)飛機(jī)及跑道相互作用，評(píng)估跑道能否滿足飛機(jī)的起降要求，確定開(kāi)始試驗(yàn)的狀態(tài)，能極大減少試驗(yàn)周期并緩解飛行試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)模擬飛機(jī)起降對(duì)跑道損壞程度，預(yù)測(cè)飛機(jī)簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行特性，可以為簡(jiǎn)易跑道使用提供安全余量預(yù)測(cè)并支撐跑道維護(hù)決策。

2.2 基于鋪砌跑道的簡(jiǎn)易跑道關(guān)鍵特征模擬技術(shù)

相比于常規(guī)鋪砌跑道，簡(jiǎn)易跑道對(duì)飛機(jī)性能、起落架載荷及擺振穩(wěn)定性等的影響與多個(gè)因素有關(guān)，如道面強(qiáng)度、不平整度、摩擦特性、道面變形等，在簡(jiǎn)易跑道試飛時(shí)，多個(gè)因素同時(shí)作用，很難分析單個(gè)因素對(duì)飛機(jī)運(yùn)行的影響，因此在常規(guī)鋪砌跑道環(huán)境下進(jìn)行簡(jiǎn)易跑道關(guān)鍵特征及指標(biāo)模擬并開(kāi)展驗(yàn)證，有助于確定每個(gè)因素的獨(dú)立影響規(guī)律，不僅能夠驗(yàn)證建模仿真技術(shù)與結(jié)果，且能為簡(jiǎn)易跑道試飛設(shè)計(jì)及試飛方法研究提供依據(jù)，以便循序漸進(jìn)開(kāi)展試驗(yàn)，有效降低真實(shí)簡(jiǎn)易跑道環(huán)境試飛時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，設(shè)置凸起的激勵(lì)板可以模擬道面不平整度，設(shè)置不平衡胎壓可以一定程度模擬道面變形的影響等。

2.3 簡(jiǎn)易跑道條件下的起落架載荷和擺振穩(wěn)定性分析與驗(yàn)證技術(shù)

飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道起飛、著陸時(shí)，起落架使用載荷及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性會(huì)明顯增大，降低了起落架系統(tǒng)使用安全性。此外，飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道起降時(shí)通常會(huì)降低輪胎壓力以提高在軟質(zhì)跑道上的通過(guò)性，同時(shí)道面不平整度會(huì)對(duì)起落架形成額外激勵(lì)，這些因素都增大了起落架擺振的可能性及風(fēng)險(xiǎn)性。相比于常規(guī)跑道條件下的起落架載荷與擺振穩(wěn)定性分析與試驗(yàn)，簡(jiǎn)易跑道條件下的影響因素更多且更復(fù)雜，需開(kāi)展針對(duì)性研究。

該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)起落架動(dòng)力學(xué)建模和簡(jiǎn)易跑道表面摩擦特性、道面強(qiáng)度及不平度建模，研究起落架與簡(jiǎn)易跑道相互作用載荷的仿真分析技術(shù)，探索起落架載荷和擺振穩(wěn)定性分析與驗(yàn)證技術(shù)。

2.4 針對(duì)簡(jiǎn)易跑道環(huán)境影響的運(yùn)輸機(jī)駕駛技術(shù)

運(yùn)輸機(jī)在簡(jiǎn)易跑道上滑行、起飛、著陸過(guò)程與在常規(guī)跑道上運(yùn)行具有完全不同的受力特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，因此飛行員操縱、關(guān)鍵子系統(tǒng)使用方法及限制均有差別。因此，有必要分析簡(jiǎn)易跑道環(huán)境對(duì)運(yùn)輸機(jī)駕駛技術(shù)的影響。

該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)理論分析、建模仿真、模擬器飛行等方式研究運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛時(shí)不同試驗(yàn)科目的試飛員操縱方法及程序，并建立簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中的運(yùn)輸機(jī)駕駛技術(shù)指南，以服務(wù)于簡(jiǎn)易跑道試飛及部隊(duì)簡(jiǎn)易跑道能力建設(shè)。

2.5 飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中運(yùn)行時(shí)的防護(hù)技術(shù)

飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，由于道面松散、起落架?chē)姙R等因素，試驗(yàn)機(jī)極易遭受損傷，可能遭受損傷的子系統(tǒng)/關(guān)鍵部位有動(dòng)力裝置、環(huán)控系統(tǒng)、機(jī)身下表面、機(jī)腹下部的子系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身及起落架艙門(mén)的表面漆層、天線、防撞燈、排氣孔和排水孔、主起落架內(nèi)側(cè)艙門(mén)、主起落架輪軸和支柱、主起落架艙結(jié)構(gòu)、主起落架艙內(nèi)的沖壓空氣進(jìn)氣孔、電纜等[7]。在飛行試驗(yàn)階段，部分測(cè)試設(shè)備或傳感器等亦可能遭受損傷。

為了確保飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中能夠安全運(yùn)行或順利完成試飛驗(yàn)證，同時(shí)盡量降低飛機(jī)維護(hù)的人力、物力、財(cái)力及時(shí)間消耗，研究飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中運(yùn)行時(shí)的受損形式并建立防護(hù)要求至關(guān)重要。

該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)理論評(píng)估、建模仿真、飛行試驗(yàn)等途徑開(kāi)展，確定飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中運(yùn)行/試驗(yàn)時(shí)的易受損部位、受損形式及受損程度，建立防護(hù)要求并給出防護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)準(zhǔn)則建議，為防護(hù)設(shè)備的研制與使用提供支撐。

2.6 基于關(guān)鍵指標(biāo)在線辨識(shí)的簡(jiǎn)易跑道起降性能預(yù)測(cè)技術(shù)

相比于常規(guī)鋪砌跑道，簡(jiǎn)易跑道條件下影響飛機(jī)起降性能的影響因素較多且隨著飛機(jī)通行而不斷變化，不確定性高且很難通過(guò)傳統(tǒng)的理論計(jì)算方法進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)先評(píng)估，如道面變形對(duì)摩擦特性的影響、剎車(chē)用量對(duì)道面變形的影響等。從降低飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行時(shí)沖出跑道的風(fēng)險(xiǎn)、減小試飛員或飛行員的心理負(fù)擔(dān)的角度出發(fā)，必須研究適用于簡(jiǎn)易跑道條件的起降性能預(yù)測(cè)技術(shù)。

該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)分析簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中影響起降性能的主要因素，研究并建立關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)建立基于道面條件測(cè)量與在線辨識(shí)的關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)測(cè)方法與起降性能預(yù)測(cè)模型，在起飛、著陸前根據(jù)道面條件測(cè)量結(jié)果、滑行過(guò)程中的關(guān)鍵指標(biāo)辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行性能預(yù)測(cè)，為飛行員提供起飛滑跑距離、中止起飛距離或著陸滑跑距離預(yù)測(cè)結(jié)果[8]。

3 運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛及使用前景展望

3.1 運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛展望

簡(jiǎn)易跑道試飛的目標(biāo)是驗(yàn)證飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中的適應(yīng)性，涵蓋飛行性能、起落架載荷與關(guān)鍵子系統(tǒng)適應(yīng)能力等，其試驗(yàn)道面與試驗(yàn)內(nèi)容取決于飛機(jī)在特定簡(jiǎn)易跑道條件下的使用任務(wù)需求與適應(yīng)性設(shè)計(jì)指標(biāo)，屬于面向任務(wù)的試飛設(shè)計(jì)與驗(yàn)證范疇。

以C-17軍用運(yùn)輸機(jī)相對(duì)完整的簡(jiǎn)易跑道試飛驗(yàn)證為例，美軍在進(jìn)行C-17飛機(jī)簡(jiǎn)易跑道起降能力試驗(yàn)時(shí)，以“全球到達(dá)”為目標(biāo)，先后進(jìn)行了未鋪砌和粗糙跑道的研制測(cè)試與評(píng)估試驗(yàn)、第一階段簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行試驗(yàn)、AM-2鋁合金跑道試驗(yàn)、穩(wěn)定的簡(jiǎn)易跑道試驗(yàn)、不穩(wěn)定的簡(jiǎn)易跑道試驗(yàn)等[2]。其中，第一階段簡(jiǎn)易跑道運(yùn)行試驗(yàn)選取了分別位于加利福尼亞州的亨特·利格特堡、威斯康辛州的麥科堡、阿肯色州的查菲堡和位于加利福尼亞州愛(ài)德華茲空軍基地內(nèi)羅杰斯干湖床上的兩處著陸區(qū)作為試驗(yàn)跑道，采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠代表全球大部分的泥土類(lèi)型，試驗(yàn)評(píng)估了C-17飛機(jī)在不同泥土類(lèi)型、不同氣候條件、不同土壤含水量和不同著陸區(qū)劣化狀況下簡(jiǎn)易跑道起降試驗(yàn)飛機(jī)的起飛和著陸性能，測(cè)量泥土抗剪能力、確定著陸區(qū)劣化率、表面不平整度、松散度和跑道摩擦系數(shù)等[9-11]。

3.2 運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道使用前景展望

軍用運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道使用能力不僅能夠提升部隊(duì)作戰(zhàn)能力、快速反應(yīng)能力和戰(zhàn)時(shí)快速恢復(fù)能力，且有利于在一定程度實(shí)現(xiàn)國(guó)防力量分散化，同時(shí)能夠極大拓展其使用范圍，如執(zhí)行抗震救災(zāi)、搶險(xiǎn)救援、抗疫保障等特殊任務(wù)。

民用運(yùn)輸機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中的使用能力不僅能夠降低航空公司運(yùn)營(yíng)航線對(duì)鋪砌跑道的依賴，拓展飛機(jī)的覆蓋范圍，亦能從一定程度改善地形復(fù)雜地區(qū)交通不便等現(xiàn)狀。

以美軍簡(jiǎn)易跑道使用現(xiàn)狀為例，根據(jù)美國(guó)國(guó)防規(guī)劃指導(dǎo)要求，美國(guó)陸軍和空軍聯(lián)合實(shí)施的戰(zhàn)略旅級(jí)部隊(duì)空運(yùn)具有進(jìn)入非許可環(huán)境的能力。C-17飛機(jī)既具備戰(zhàn)略空運(yùn)空投能力，又具備空中加油能力和優(yōu)秀的起降能力，成為美軍戰(zhàn)略旅級(jí)部隊(duì)空運(yùn)的首選飛機(jī)。按照美軍構(gòu)想，C-17飛機(jī)具備繞過(guò)中間基地將超大型貨物運(yùn)送到全球任何一處的前線小型機(jī)場(chǎng)和簡(jiǎn)易跑道的直接運(yùn)輸能力，這也是其超越C-5、C-130、B-747等運(yùn)輸機(jī)的最主要的優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)美國(guó)“全球快速反應(yīng)”的軍事戰(zhàn)略的重要手段[2]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的國(guó)外運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛發(fā)展情況對(duì)建設(shè)簡(jiǎn)易跑道試驗(yàn)條件、開(kāi)展簡(jiǎn)易跑道試飛、構(gòu)建簡(jiǎn)易跑道使用能力等提供了寶貴的參考價(jià)值，剖析的簡(jiǎn)易跑道試飛關(guān)鍵技術(shù)決定了運(yùn)輸機(jī)能否順利開(kāi)展簡(jiǎn)易跑道適應(yīng)性驗(yàn)證、能否形成簡(jiǎn)易跑道起降能力以及能否安全執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸任務(wù)，研究成果為運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)易跑道試飛提供了有效支撐，同時(shí)可為飛機(jī)在簡(jiǎn)易跑道環(huán)境中運(yùn)行與維護(hù)、跑道維護(hù)、飛行員訓(xùn)練等提供技術(shù)保障。

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