.JPG/1280px-Deperdussin_Monocoque_(MAE).JPG)
Монокок ( / ˈ m ɒ n ə k ɒ k , - k oʊ k / MON -ə -ko(h)k ), также называемый структурной оболочкой , представляет собой структурную систему, в которой нагрузки поддерживаются внешней оболочкой объекта, подобно яичной скорлупе. Слово « монокок» является французским термином, означающим «единая оболочка». [1]
Впервые использованный для лодок, [2] настоящий монокок несет как растягивающие, так и сжимающие силы внутри оболочки и может быть распознан по отсутствию несущего нагрузку внутреннего каркаса. Немногие металлические самолеты, кроме тех, у которых фрезерованная оболочка, могут строго считаться чистыми монококами, поскольку они используют металлическую оболочку или листы, усиленные шпангоутами, приклепанными к оболочке, но большинство деревянных самолетов описываются как монококи, хотя они также включают шпангоуты.
Напротив, полумонокок представляет собой гибрид, объединяющий растягиваемую обшивку и сжимаемую структуру, состоящую из лонжеронов и нервюр или рам . [3] Другие полумонококи, которые не следует путать с настоящими монококами, включают в себя несущие кузова транспортных средств , которые, как правило, изготавливаются из композитных материалов, а также надувные оболочки или баллоны , которые стабилизированы давлением.
_D.I.jpg/1280px-Zeppelin-Lindau_(Do)_D.I.jpg)
Ранние самолеты строились с использованием каркасов, как правило, из деревянных или стальных труб, которые затем могли быть покрыты (или обшиты ) тканью [4], такой как ирландский лен или хлопок . [5] Ткань вносила незначительный структурный вклад в растяжение, но не в сжатие, и была там только по аэродинамическим причинам. Рассматривая структуру как единое целое, а не просто сумму ее частей, монококовая конструкция объединила обшивку и каркас в единую несущую оболочку со значительными улучшениями прочности и веса.
Для изготовления оболочки тонкие полоски дерева были ламинированы в трехмерную форму; метод, заимствованный из конструкции корпуса лодки. Одним из самых ранних примеров был гоночный самолет Deperdussin Monocoque 1912 года, в котором использовался ламинированный фюзеляж, сделанный из трех слоев клееного тополиного шпона, который обеспечивал как внешнюю обшивку, так и основную несущую конструкцию. [6] Это также создавало более гладкую поверхность и снижало сопротивление настолько эффективно, что он смог выиграть большинство гонок, в которых участвовал. [6]
Этот стиль строительства был далее развит в Германии компанией LFG Roland с использованием запатентованной формы Wickelrumpf (обёрнутый корпус), которая позже была лицензирована компанией Pfalz Flugzeugwerke, использовавшей её на нескольких истребителях. Каждая половина оболочки фюзеляжа была сформирована над матрицей с использованием двух слоёв фанерных полос с тканевой оберткой между ними. Ранняя фанера была подвержена повреждениям от влаги и расслоению. [7]
Хотя цельнометаллические самолеты, такие как Junkers J 1, появились еще в 1915 году, они не были монококами, а имели металлическую обшивку, добавленную к основному каркасу.
Первые металлические монококи были построены Клавдием Дорнье , когда он работал на Zeppelin-Lindau. [8] Ему пришлось преодолеть ряд проблем, не последней из которых было качество алюминиевых сплавов, достаточно прочных для использования в качестве конструкционных материалов, которые часто образовывали слои вместо того, чтобы представлять собой однородный материал. [8] После неудачных попыток с несколькими большими летающими лодками, в которых несколько компонентов были монококами, он построил Zeppelin-Lindau V1, чтобы испытать фюзеляж с монококом. Хотя он и разбился, он многому научился из его конструкции. Dornier-Zeppelin DI был построен в 1918 году и, хотя слишком поздно для оперативной службы во время войны, стал первым цельнометаллическим монококовым самолетом, запущенным в производство. [8] [9]
Параллельно с Дорнье, Zeppelin также нанял Адольфа Рорбаха , который построил Zeppelin-Staaken E-4/20 , который, когда он поднялся в воздух в 1920 году [10], стал первым многомоторным монококовым авиалайнером, прежде чем был уничтожен по приказу Межсоюзнической комиссии. В конце Первой мировой войны Межсоюзническая техническая комиссия опубликовала детали последней летающей лодки Zeppelin-Lindau, показывающие ее монококовую конструкцию. В Великобритании Освальд Шорт построил ряд экспериментальных самолетов с металлическими монококовыми фюзеляжами, начиная с Short Silver Streak 1920 года , пытаясь убедить министерство авиации в его превосходстве над деревом. Несмотря на преимущества, монококи из алюминиевого сплава не стали распространенными до середины 1930-х годов из-за ряда факторов, включая консерватизм дизайна и затраты на наладку производства. В конечном итоге Шорт доказал достоинства метода строительства с помощью серии летающих лодок, чьи металлические корпуса не впитывали воду, как деревянные, что значительно улучшало производительность. В Соединенных Штатах Нортроп был главным пионером, внедряя методы, используемые его собственной компанией, и Дуглас с Northrop Alpha .
В автогонках безопасность водителя зависит от кузова автомобиля, который должен соответствовать строгим правилам, и только несколько автомобилей были построены с монококовой структурой. [11] [12] Шасси из алюминиевого сплава с монококом было впервые использовано в гоночном автомобиле Lotus 25 Формулы 1 1962 года, а McLaren был первым, кто использовал полимеры, армированные углеродным волокном, для создания монокока McLaren MP4/1 1981 года . В 1990 году Jaguar XJR-15 стал первым серийным автомобилем с монококом из углеродного волокна. [13]
Термин «монокок» часто неправильно применяется к автомобилям с цельным кузовом . Кузова коммерческих автомобилей почти никогда не являются настоящими монококами, вместо этого они используют систему цельного кузова (также называемую унитарной конструкцией, унитарной конструкцией кузова-шасси или цельной конструкцией кузова-рамы), [14] в которой кузов транспортного средства, его днище и шасси образуют единую структуру, в то время как обшивка добавляет относительно немного прочности или жесткости. [15]
Некоторые бронированные боевые машины используют монококовую конструкцию с корпусом, собранным из броневых листов, а не прикрепленным к раме. Это снижает вес при заданном количестве брони. Примерами служат немецкие TPz Fuchs и RG-33 .
Французский промышленник и инженер Жорж Руа в 1920-х годах попытался усовершенствовать рамы мотоциклов , вдохновленные велосипедами , которым не хватало жесткости. Это ограничивало их управляемость и, следовательно, производительность. Он подал заявку на патент в 1926 году и на Парижском автосалоне 1929 года представил свой новый мотоцикл, Majestic 1930 года в стиле ар-деко. Его новый тип монококового кузова решил проблемы, которые он решал, и вместе с лучшей жесткостью он выполнял двойную функцию, поскольку рама и кузов обеспечивали некоторую защиту от непогоды. Строго говоря, это был скорее полумонокок, поскольку он использовал коробчатую раму из штампованной стали с двойными боковыми направляющими, склепанными вместе с помощью поперечин, вместе с днищем и задними и передними переборками. [2]
Легкий скутер Piatti выпускался в 1950-х годах с использованием монококового полого корпуса из штампованных стальных листов, сваренных вместе, в который снизу устанавливались двигатель и трансмиссия.
Машину можно было наклонить на бок, установив на привинченные подножки для механического доступа. [16]
Скутер с монококовой рамой выпускался Yamaha с 1960 по 1962 год. Модель MF-1 была оснащена двигателем объемом 50 куб. см с трехступенчатой коробкой передач и топливным баком, встроенным в раму. [17]
Мотоцикл с монококовой рамой был разработан испанским производителем Ossa для сезона мотогонок Гран-при 1967 года . [18] Хотя одноцилиндровый Ossa имел на 20 лошадиных сил (15 кВт) меньше, чем его конкуренты, он был на 45 фунтов (20 кг) легче, а его монококовая рама была намного жестче, чем обычные мотоциклетные рамы , что давало ему превосходную маневренность на гоночной трассе. [18] Ossa выиграли четыре гонки Гран-при с монококовым мотоциклом, прежде чем их гонщик погиб после аварии во время гонки 250 куб. см на острове Мэн TT 1970 года , в результате чего завод Ossa отказался от участия в гонках Гран-при . [18]
Известные дизайнеры, такие как Эрик Оффенштадт и Дэн Ханебринк, создали уникальные конструкции монокока для гонок в начале 1970-х годов. [19] Соревнование F750 на гонках Isle of Man TT 1973 года выиграл Питер Уильямс на John Player Special с монококовой рамой, который он помог спроектировать на основе Norton Commando . [20] [21] Honda также экспериментировала с NR500 , гоночным мотоциклом Гран-при с монококом в 1979 году . [22] Мотоцикл имел и другие инновационные особенности, включая двигатель с цилиндрами овальной формы, и в конечном итоге уступил проблемам, связанным с попыткой разработать слишком много новых технологий одновременно. В 1987 году Джон Бриттен разработал Aero-D One, отличающийся композитным монококовым шасси, которое весило всего 12 кг (26 фунтов). [23]
Алюминиевая монококовая рама впервые была использована на серийном мотоцикле с 2000 года на Kawasaki ZX-12R , [24] их флагманском серийном спортбайке, призванном стать самым быстрым серийным мотоциклом . Cycle World в 2000 году описал его как «монококовый хребт... одна балка большого диаметра» и «изготовленный из комбинации литья и штамповки из листового металла». [25]
Цельные рамы велосипедов из углеродного волокна иногда называют монококами; однако, поскольку большинство из них используют компоненты для формирования конструкции рамы (даже если они отлиты в виде единой детали), [26] это рамы, а не монококи, и производители педальных велосипедов продолжают называть их наборами рам.
В моделях P40DC, P42DC и P32ACDM используется корпус монокока.
Различные ракеты использовали монококовые конструкции со стабилизацией давления, такие как Atlas [27] и Falcon 1. [ 28] Atlas был очень легким, поскольку большая часть его структурной поддержки была обеспечена его одностенными стальными баллонными топливными баками , которые сохраняют свою форму при ускорении за счет внутреннего давления. Баллонные баки не являются настоящими монококами, но действуют так же, как надувные оболочки . Обшивка баллонного бака выдерживает только растягивающие силы , в то время как сжатию сопротивляется внутреннее давление жидкости таким же образом, как полумонококи, укрепленные сплошной рамой. Это становится очевидным, когда внутреннее давление теряется и конструкция разрушается. Монококовые баки также могут быть дешевле в производстве, чем более традиционные ортогриды . Будущая ракета-носитель New Glenn компании Blue Origin будет использовать монококовую конструкцию на своей второй ступени, несмотря на потерю массы, чтобы снизить стоимость производства. Это особенно важно, когда ступень является одноразовой , как в случае со второй ступенью New Glenn . [29]
{{cite journal}}: Цитата использует общее название ( помощь )