stringtranslate.com

Монокок

Deperdussin Monocoque , с деревянной конструкцией корпуса

Монокок ( / ˈ m ɒ n ə k ɒ k , - k k / MON -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.

Самолеты

LFG Roland C.II с деревянным фюзеляжем-монококом Wickelrumpf
Zeppelin DI, первый серийный цельнометаллический монококовый самолет

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, состоящий 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 монококовый фюзеляж. 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 .

Транспортные средства

Гоночные автомобили

McLaren MP4/1 1981 года с монококом из композитного углеродного волокна

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]

Дорожные автомобили

ГАЗ М-72 был первым в мире серийным полноприводным автомобилем с несущим кузовом (1955). [ необходима цитата ]

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]

Бронетехника

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 .

Двухколесные транспортные средства

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 двумя 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.

Ямаха МФ-1

Машину можно было наклонить на бок, установив на привинченные подножки для механического доступа. [16]

Гонщик Гран-при Оссы 1968 года, 250 куб.см.

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.

Железные дороги

В моделях P40DC, P42DC и P32ACDM используется корпус монокока.

Ракеты

Первая ступень ракеты Falcon 1

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]

Смотрите также

Ссылки

Цитаты

  1. ^ Словарь Merriam-Webster, 2011
  2. ^ ab Garson, Paul (май–июнь 2018 г.). «Ар-деко на колесах: 1930 Majestic». Motorcycle Classics . Получено 6 октября 2018 г. .
  3. ^ Airframe and Powerplant Mechanics Airframe Handbook (Publication AC65-15A) . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство транспорта США, Отдел стандартов Федерального управления гражданской авиации. 1976. стр. 4. ISBN 0-16-036209-1.
  4. ^ Мегсон, 1972, стр.198
  5. ^ Робертсон, 1996, стр. 1–2
  6. ^ ab Аэронавтика, 1912, стр. 112
  7. ^ FAA, 2001, стр. 1.2
  8. ^ abc Терри, 1981, стр. 97–117
  9. ^ Гросс, 1998
  10. ^ Хаддоу, Гросс, 1988, стр. 289–293.
  11. ^ [1] Monocoque – Survival Cell, Технический словарь F1
  12. ^ [2] Пассивная безопасность автомобиля, Стивен Де Гроот, 26 марта 2006 г.
  13. ^ "1991 Jaguar XJR-15".
  14. ^ Политика NAAA по структурным повреждениям от 1 января 2011 г., получено 29 марта 2012 г.
  15. ^ Аллан, Роб. The Killeen Cars Дата доступа: октябрь 2014 г.
  16. ^ The Motor Cycle , двухстраничный дорожный тест, 7 марта 1957 г., стр. 298-299. Доступ 15 июня 2019 г.
  17. ^ 1960 MF-1 yamaha-motor.com Получено 23 марта 2021 г.
  18. ^ abc Robinson, James (сентябрь 2001 г.). "Santiago Herrero – Spanish Flyer". Classic Racer (91): 35–40. ISSN  1470-4463.
  19. ^ "8W – Кто? – Эрик Оффенштадт". Forix.autosport.com . Получено 20.10.2010 .
  20. ^ Результаты гонки F750 iomtt.com. Получено 27 декабря 2019 г.
  21. ^ "Motorcycle Technology – Future Perfect – Up To Speed". motorcyclistonline.com . Получено 17 декабря 2011 г. .
  22. ^ "Нетрадиционное: принятие рамы "панцирь креветки"". Вызов духу Honda . Honda Motor Co., Ltd . Получено 26.12.2009 .
  23. ^ "The Aero Bike". Britten Motorcycle Company. Архивировано из оригинала 2009-06-15 . Получено 2009-06-19 .
  24. ^ "Kawasaki Technology". Kawasaki Heavy Industries Motorcycle & Engine . Архивировано из оригинала 12 января 2017 года . Получено 18 декабря 2016 года .
  25. ^ Андерсон, Стив (январь 2000 г.). "MEAN GREENIES". Cycle World . стр. 34. Получено 27 декабря 2019 г.
  26. ^ "Carbon Fiber". Архивировано из оригинала 24 февраля 2013 г. Получено 16 февраля 2013 г., Velocite-bikes.com
  27. ^ Уэйд, Марк. "Encyclopedia Astronautica – Atlas". Архивировано из оригинала 14 августа 2008 г. Получено 14 ноября 2011 г.
  28. ^ Уэйд, Марк. "Encyclopedia Astronautica – Falcon 1". Архивировано из оригинала 11 ноября 2011 г. Получено 14 ноября 2011 г.
  29. ^ Everyday Astronaut (2024-08-15). Первый взгляд на новый завод Blue Origin Glenn Factory с Джеффом Безосом! . Получено 2024-08-15 – через YouTube.

Библиография