.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 обшивкой , представляет собой структурную систему, в которой нагрузки поддерживаются внешней обшивкой объекта, в По форме напоминает яичную скорлупу. Слово «монокок» в переводе с французского означает «одинарный корпус». [1]
Настоящий монокок , впервые использованный для лодок, [2] несет в себе как растягивающие, так и сжимающие силы, и его можно отличить по отсутствию несущего внутреннего каркаса. Лишь немногие металлические самолеты, за исключением самолетов с фрезерованной обшивкой, можно строго рассматривать как чистые монококи, поскольку в них используется металлический корпус или листовое покрытие, усиленное рамами, приклепанными к обшивке, но большинство деревянных самолетов описываются как монококи, хотя они также включают в себя шпангоуты.
Напротив, полумонокок представляет собой гибрид, сочетающий в себе растягивающую, напряженную обшивку и сжимающую конструкцию, состоящую из лонжеронов и ребер или рам . [3] Другие полумонококи, которые не следует путать с настоящими монококами, включают цельные кузова транспортных средств , которые, как правило, являются композитными, а также надувные оболочки или баллонные баки , оба из которых стабилизированы давлением.
_D.I.jpg/1280px-Zeppelin-Lindau_(Do)_D.I.jpg)
Ранние самолеты строились с использованием каркасов, обычно из деревянных или стальных труб, которые затем можно было покрыть (или обшить ) тканью [4] , например ирландским льном или хлопком . [5] Ткань внесла незначительный структурный вклад в растяжение, но не в сжатие, и существовала только по аэродинамическим причинам. Рассматривая конструкцию в целом, а не просто сумму ее частей, конструкция монокока объединила обшивку и раму в единую несущую оболочку, что значительно улучшило прочность и вес.
Чтобы сделать раковину, тонкие полоски дерева ламинировали, придавая им трехмерную форму; техника, заимствованная из конструкции корпуса лодки. Одним из самых ранних примеров был гоночный самолет Deperdussin Monocoque 1912 года, в котором использовался ламинированный фюзеляж, состоящий из трех слоев клееного шпона тополя, который служил как внешней обшивкой, так и основной несущей конструкцией. [6] Это также обеспечило более гладкую поверхность и настолько эффективно снизило сопротивление, что он смог выиграть большинство гонок, в которых участвовал. [6]
Этот стиль конструкции был дополнительно развит в Германии компанией LFG Roland с использованием запатентованной формы Wickelrumpf (обернутый корпус), позже лицензированной ими для Pfalz Flugzeugwerke , которая использовала ее на нескольких истребителях. Каждая половина обшивки фюзеляжа была изготовлена по шаблону с использованием двух слоев фанерных полос с тканевой обмоткой между ними. Раньше использовавшаяся фанера была склонна к повреждению из-за влаги и расслоения. [7]
Хотя цельнометаллические самолеты, такие как Юнкерс J 1 , появились еще в 1915 году, они не были монококами, а добавляли металлическую обшивку к основной конструкции.
Первые металлические монококи построил Клавдий Дорнье , работая на Цеппелин-Линдау. [8] Ему пришлось преодолеть ряд проблем, не в последнюю очередь качество алюминиевых сплавов было достаточно прочным, чтобы их можно было использовать в качестве конструкционных материалов, которые часто образовывали слои, а не представляли собой однородный материал. [8] После неудачных попыток создания нескольких больших летающих лодок, в которых некоторые компоненты были монококами, он построил Zeppelin-Lindau V1, чтобы проверить фюзеляж-монокок. Несмотря на то, что он разбился, он многому научился из его конструкции. Dornier -Zeppelin DI был построен в 1918 году и, хотя во время войны было слишком поздно для эксплуатации, стал первым цельнометаллическим монококом, поступившим в производство. [8] [9]
Параллельно с Дорнье компания Zeppelin также наняла Адольфа Рорбаха , который построил Zeppelin-Staaken E-4/20 , который, когда он поднялся в воздух в 1920 году [10] , стал первым многомоторным авиалайнером-монококом, прежде чем был уничтожен по приказу Интер- Союзная комиссия. В конце Первой мировой войны Межсоюзная техническая комиссия опубликовала подробную информацию о последней летающей лодке Цеппелин-Линдау, демонстрируя 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 деревянными. Несмотря на преимущества, монококи из алюминиевого сплава не стали обычным явлением до середины 1930-х годов из-за ряда факторов, включая консерватизм конструкции и затраты на организацию производства. В конечном итоге Шорт доказал достоинства этого метода строительства на серии летающих лодок, металлические корпуса которых не впитывали воду, как деревянные корпуса, что значительно улучшало характеристики. В Соединенных Штатах Нортроп был крупным пионером, представив методы, используемые его собственной компанией и Дугласом, с Northrop Alpha .
В автоспорте безопасность водителя зависит от кузова автомобиля, который должен соответствовать строгим правилам, и лишь немногие автомобили построены с монококовой конструкцией. [11] [12] Монокок из алюминиевого сплава был впервые использован в гоночном автомобиле Lotus 25 Формулы-1 1962 года, а компания McLaren была первой, 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 карбоновым монококом. [13]
Термин «монокок» часто неправильно применяется к автомобилям с цельным кузовом . Кузова коммерческих автомобилей почти никогда не являются настоящими монококами, а вместо этого используют цельную систему (также называемую единой конструкцией, единым кузовом-шасси или цельной конструкцией кузова-рамы), [14] в которой кузов транспортного средства, его план этажа и Шасси образуют единую конструкцию, а обшивка добавляет сравнительно мало прочности и жесткости. [15]
В некоторых боевых бронированных машинах используется несущая конструкция с корпусом, собранным из броневых листов, а не прикрепленным к раме. Это снижает вес данного количества брони. Примеры включают немецкие TPz Fuchs и RG-33 .
Французский промышленник и инженер Жорж Рой в 1920-х годах попытался улучшить велосипедные рамы мотоциклов того времени, которым не хватало жесткости. Это ограничивало их управляемость и, следовательно, производительность. Он подал заявку на патент в 1926 году и на Парижском автомобильном салоне 1929 года представил свой новый мотоцикл Majestic 1930 года в стиле ар-деко. Его новый тип монококового кузова решил проблемы, которые он решал, и наряду с большей жесткостью выполнял двойную функцию, поскольку рама и кузов обеспечивали некоторую защиту от непогоды. Строго говоря, это был скорее полумонокок, поскольку в нем использовалась рама коробчатого сечения из прессованной стали с двумя боковыми направляющими, склепанными вместе через поперечины, а также поддоны пола, а также задние и передние переборки. [2]
Легкий скутер Piatti производился в 1950-х годах с использованием монококового полого корпуса из сваренных вместе штамповок из листовой стали, в который снизу устанавливались двигатель и трансмиссия .
Машину можно было опрокинуть набок, положив на подножки с болтовым креплением для механического доступа. [16]
Скутер с монококовой рамой выпускался компанией Yamaha в 1960–1962 годах. Модель MF-1 оснащалась двигателем объемом 50 куб.см с трехступенчатой коробкой передач и встроенным в раму топливным баком. [17]
Мотоцикл с монококовой рамой был разработан испанским производителем Ossa для мотогоночного сезона Гран-при 1967 года . [18] Хотя одноцилиндровый Ossa имел мощность на 20 лошадиных сил (15 кВт) меньше, чем его конкуренты, он был на 45 фунтов (20 кг) легче, а его несущая рама была намного жестче, чем у обычных мотоциклетных рам , что придавало ему превосходную маневренность на гоночной трассе. [18] Осса выиграл четыре гонки Гран-при на монококовом мотоцикле, прежде чем их гонщик погиб в результате аварии во время гонки объемом 250 куб. См на острове Мэн TT в 1970 году , в результате чего завод в Оссе отказался от участия в соревнованиях Гран-при . [18]
Известные дизайнеры, такие как Эрик Оффенштадт и Дэн Ханебринк, в начале 1970-х годов создали уникальные конструкции монококов для гонок. [19] Гонку F750 на гонках TT на острове Мэн в 1973 году выиграл Питер Уильямс на автомобиле John Player Special с монококом, который он помогал проектировать на основе Norton Commando . [20] [21] Honda также экспериментировала с NR500 , несущим гоночным мотоциклом Гран-при в 1979 году . [22] Мотоцикл имел и другие инновационные особенности, в том числе 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 с композитным несущим шасси весом всего 12 кг (26 фунтов). [23]
Алюминиевая несущая рама была впервые использована на серийном мотоцикле с 2000 года на Kawasaki ZX-12R , [24] их флагманском серийном спортбайке, призванном стать самым быстрым серийным мотоциклом . В 2000 году издание Cycle World описало его как «монококовую основу… единую балку большого диаметра» и «Изготовленную из комбинации литья и штамповки из листового металла». [25]
Цельные велосипедные рамы из углеродного волокна иногда называют монококами; однако, поскольку в большинстве случаев для формирования конструкции рамы используются компоненты (даже если они отлиты как единое целое), [26] это рамы, а не монококи, и производители педальных велосипедов продолжают называть их наборами рам.
В различных ракетах использовались конструкции монокока со стабилизацией давления, такие как Atlas [27] и Falcon 1 . [28] Атлас был очень легким, поскольку основная часть его структурной поддержки обеспечивалась одностенными стальными баллонными топливными баками , которые сохраняли свою форму при ускорении внутренним давлением. Баллонные баллоны не являются настоящими монококами, но действуют так же, как и надувные снаряды . Обшивка баллонного резервуара выдерживает только растягивающие усилия, в то время как сжатию противостоит внутреннее давление жидкости, аналогично полумонококам, скрепленным прочным каркасом. Это становится очевидным, когда внутреннее давление теряется и конструкция разрушается.
{{cite journal}}: Cite использует общий заголовок ( справка )