Монокок - Monocoque

Deperdussin Monocoque , с деревянным каркасом

Монокок ( / м ɒ п ə ˌ к ɒ к , - ˌ к к / ), также называемый структурный кожи , является структурным система , в которой нагрузка поддерживается внешней кожи объекта, таким образом , подобно яичной скорлупы. Слово « монокок» - это французский термин, обозначающий «одиночную оболочку».

Настоящий монокок, впервые использованный для лодок, несет в себе как растягивающие, так и сжимающие силы внутри обшивки, и его можно распознать по отсутствию несущей внутренней рамы. Немногие металлические самолеты, кроме самолетов с фрезерованной обшивкой, могут строго рассматриваться как чистые монококи, поскольку они используют металлический корпус или листовое покрытие, усиленное шпангоутами, приклепанными к обшивке, но большинство деревянных самолетов описываются как монококи, хотя они также включают в себя рамы.

Напротив, полумонокок представляет собой гибрид, сочетающий в себе обшивку, напряженную при растяжении, и сжимающую структуру, состоящую из лонжеронов и ребер или рам . Другие полумонококи, не путать с настоящими монококами, включают цельные кузова транспортных средств , которые, как правило, представляют собой композиты, а также надувные корпуса или баллонные баллоны , оба из которых имеют стабилизацию давления.

Самолет

LFG Roland C.II с деревянным несущим фюзеляжем Wickelrumpf
Цеппелин Д.И., первый серийный цельнометаллический самолет-монокок

Ранние самолеты конструировались с использованием каркасов, обычно из деревянных или стальных труб, которые затем можно было покрыть (или снять кожу ) тканью, такой как ирландский лен или хлопок . Ткань вносила незначительный вклад в конструкцию при растяжении, но не влияла на сжатие и использовалась только по аэродинамическим причинам. Рассматривая конструкцию в целом, а не только сумму ее частей, конструкция монокока объединила обшивку и раму в единую несущую оболочку со значительным улучшением прочности и веса.

Чтобы сделать скорлупу, тонкие полоски дерева были ламинированы в трехмерную форму; технология, заимствованная из конструкции корпуса лодки. Одним из самых ранних примеров был гоночный автомобиль Deperdussin Monocoque 1912 года, в котором использовался ламинированный фюзеляж, состоящий из трех слоев клееного шпона тополя, который обеспечивал как внешнюю обшивку, так и основную несущую конструкцию. Это также привело к более гладкой поверхности и уменьшению лобового сопротивления настолько эффективно, что удалось выиграть большинство гонок, в которых он участвовал.

Этот стиль конструкции получил дальнейшее развитие в Германии компанией LFG Roland с использованием запатентованной формы Wickelrumpf (обернутый корпус), позже переданной ими по лицензии Pfalz Flugzeugwerke, который использовал ее на нескольких истребителях. Каждая половина корпуса фюзеляжа была сформирована над охватываемой формой с использованием двух слоев фанерных полос с тканевой оберткой между ними. Используемая раньше фанера была подвержена повреждениям от влаги и расслоению.

Хотя цельнометаллические самолеты, такие как Junkers J 1, появились еще в 1915 году, это были не монококи, а добавляли металлическую обшивку к основному каркасу.

Первые металлические монококи построил Клавдий Дорнье , работая на Zeppelin-Lindau. Ему пришлось преодолеть ряд проблем, не в последнюю очередь из-за качества алюминиевых сплавов, достаточно прочных для использования в качестве конструкционных материалов, которые часто образовывали слои, а не представляли собой однородный материал. После неудачных попыток с несколькими большими летающими лодками, в которых некоторые компоненты были монококовыми, он построил Zeppelin-Lindau V1 для испытания фюзеляжа с монококом. Хотя он разбился, он многому научился из его постройки. Дорнье-Цеппелин DI был построен в 1918 году и , хотя слишком поздно для оперативной службы во время войны был первым цельнометаллический монокок самолет в производство.

Параллельно с Дорнье Цеппелин также нанял Адольфа Рорбаха , который построил Цеппелин-Штаакен Е-4/20 , который, когда он взлетел в 1920 году, стал первым многомоторным авиалайнером-монококом, прежде чем был уничтожен по приказу Межсоюзнической комиссии. В конце Первой мировой войны Межсоюзническая техническая комиссия опубликовала подробную информацию о последней летающей лодке Zeppelin-Lindau, показав ее монококовую конструкцию. В Великобритании Освальд Шорт построил ряд экспериментальных самолетов с металлическими фюзеляжами-монококами, начиная с модели Short Silver Streak 1920 года, в попытке убедить министерство авиации в своем превосходстве над деревом. Несмотря на преимущества, монококи из алюминиевого сплава не стали бы обычным явлением до середины 1930-х годов в результате ряда факторов, включая консервативность конструкции и затраты на установку производства. В конечном итоге Шорт доказал достоинства этого метода строительства с помощью серии летающих лодок, чьи металлические корпуса не впитывали воду, как деревянные корпуса, что значительно улучшало характеристики. В Соединенных Штатах Нортроп был главным пионером, внедрив методы, используемые его собственной компанией и Дугласом с Northrop Alpha .

Транспортные средства

Гоночные машины

McLaren MP4 / 1 1981 года с композитным монококом из углеродного волокна.

В автоспорте безопасность водителя зависит от кузова автомобиля, который должен соответствовать строгим нормам, и лишь некоторые автомобили были построены с монококовыми конструкциями. Из алюминиевого сплава монокок шасси впервые было использовано в 1962 году Лотос 25 Формула 1 гоночного автомобиль и McLaren был первым использовать углеродные армированные полимеры для построения монокока из 1981 McLaren MP4 / 1 . В 1990 году Jaguar XJR-15 стал первым серийным автомобилем с монококом из углеродного волокна.

Дорожные автомобили

ГАЗ М-72 был впервые в мире серийно выпускаемым Монокок привод на четыре колеса (1955).

Термин монокок часто неправильно к цельным автомобилям. Кузова коммерческих автомобилей почти никогда не представляют собой настоящие монококи, а вместо этого используют систему unibody (также называемую цельной конструкцией, унитарная конструкция кузов-шасси или интегральная конструкция кузов-рама), в которой используются коробчатые секции, переборки и трубы, обеспечивающие большую часть прочности кузова. транспортное средство, в то время как кожа добавляет относительно небольшую прочность или жесткость.

Бронетехника

Некоторые боевые бронированные машины используют несущую конструкцию с корпусом, состоящим из броневых листов, а не прикрепляют их к раме. Это снижает вес для данного количества брони. Примеры включают немецкий TPz Fuchs и RG-33 .

Двухколесная техника

Французский промышленник и инженер Жорж Рой попытался в 1920-х годах 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, а на Парижской автомобильной выставке 1929 года представил свой новый мотоцикл Majestic 1930 в стиле ар-деко. Его новый тип монококового корпуса решил проблемы, которые он решал, и, наряду с большей жесткостью, он выполнял двойную функцию, поскольку рама и кузов обеспечивали некоторую защиту от элементов. Строго говоря, это был скорее полумонокок, так как в нем использовалась рама коробчатого сечения из штампованной стали с двумя боковыми направляющими, склепанными вместе поперечинами, а также днища днища, а также задние и передние переборки.

Пиатти света самоката был произведен в 1950 - е годы с использованием монокок полой оболочки из листовой стали прессовок сварены друг с другом, в которые были установлены двигатель и коробка передач снизу.

Ямаха МФ-1

Машину можно было опрокинуть на бок, опираясь на прикрученные подножки для механического доступа.

Гонщик Гран-при Ossa 250 cc 1968 года

Монокок обрамления самокат был произведен Yamaha от 1960-1962. Модель MF-1 оснащалась двигателем объемом 50 куб. См с трехступенчатой ​​трансмиссией и топливным баком, встроенным в раму.

Мотоцикл с монококовой рамой был разработан испанским производителем Ossa для сезона гонок на Гран-при 1967 года . Хотя одноцилиндровый Ossa имел 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 мотоциклов , что придавало ему превосходную маневренность на гоночной трассе. Ossa выиграла четыре гонки Гран-при с байком-монококом, прежде чем их гонщик погиб после аварии во время гонки 250 куб.см на трассе TT 1970 на острове Мэн , в результате чего фабрика Ossa отказалась от участия в соревнованиях Гран-при .

Известные дизайнеры, такие как Эрик Оффенштадт и Дэн Ханебринк, создали уникальные конструкции монококов для гонок в начале 1970-х годов. F750 событие в 1973 году остров Мэн TT гонок выиграл Питер Уильямс на монокок рамах John Player Special , что он помог разработать на основе Norton Commando . Honda также экспериментировала с NR500 , монококовым гоночным мотоциклом Гран-при в 1979 году . У мотоцикла были и другие инновационные особенности, в том числе двигатель с цилиндрами овальной формы, и в конечном итоге он уступил проблемам, связанным с попытками одновременно разработать слишком много новых технологий. В 1987 году Джон Бриттен разработал Aero-D One с композитным монококовым шасси, которое весило всего 12 кг (26 фунтов).

Алюминиевая рама монокока была впервые использована на серийном мотоцикле с 2000 года на Kawasaki ZX-12R , их флагманском серийном спортбайке, призванном стать самым быстрым серийным мотоциклом . В 2000 году Cycle World описал его как «несущий каркас ... единая балка большого диаметра» и «Изготовленный из комбинации отливок и штамповки из листового металла».

Цельный углеродного волокна рамы велосипеда иногда описываются как monocoques; однако, поскольку большинство компонентов используют компоненты для формирования рамной конструкции (даже если они отлиты в виде единой детали), это рамы, а не монококи, и индустрия педалей продолжает называть их наборами фреймов.

Ракеты

Ракета Falcon 1 первой ступени

Различные ракеты использовали конструкции монококов со стабилизированным давлением, такие как Atlas и Falcon 1 . Атлас был очень легким, поскольку большую часть его структурной опоры обеспечивали одностенные стальные баллонные топливные баки , которые сохраняли свою форму при ускорении за счет внутреннего давления. Баллонные баллоны - это не настоящие монококи, они действуют так же, как надувные снаряды . Обшивка баллона-баллона выдерживает только растягивающие усилия, в то время как сжатию противостоит внутреннее давление жидкости, подобно полумонококам, закрепленным прочной рамой. Это становится очевидным, когда теряется внутреннее давление и конструкция разрушается.

Смотрите также

использованная литература

Цитаты

Список используемой литературы

  • Грош, Питер (1998). Dornier DI . Мини-файл данных Windsock № 12. Хартфордшир, Великобритания: Albatros Publications. ISBN 9780948414923.
  • Haddow, GW; Гросс, Питер М. (1988). Немецкие гиганты - Немецкие R-Planes 1914-1918 (третье изд.). Лондон: Патнэм. С. 289–293. ISBN 0851778127..
  • Мегсон, THG (1972). Конструкции самолетов для студентов инженерных специальностей . Лондон: Эдвард Арнольд Паблишерс ЛТД. ISBN 0-7131-3393-7.
  • Робертсон, Брюс (1996). Цвета и маркировка британских самолетов времен Первой мировой войны . Беркхэмпстед: Albatros Publications Inc., стр. 1-2. ISBN 0-948414-65-0.
  • «Определение монокока» . Словарь Мерриама-Вебстера . Британская энциклопедия. 26 сентября 2011 г.
  • Шацберг, Эрик (1999). Крылья из дерева, Крылья из металла: культура и технический выбор в материалах американских самолетов, 1914–1945 . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0691087733.
  • Терри, Джерард (1981). "Развитие наземных самолетов Дорнье 1914–1918". Журнал Cross & Cockade Великобритании . Общество историков авиации времен Первой мировой войны. 12 (3): 97–117.
  • Приемлемые методы, приемы и практики - Осмотр и ремонт самолетов (Публикация AC 43.13-1B) . Вашингтон, округ Колумбия: Отдел стандартов Федерального управления гражданской авиации Министерства транспорта США. 2001. с. 1.2. ISBN 0-16-036209-1.
  • Неизвестно (1912). "неизвестный". Воздухоплавание (октябрь): 112. Cite использует общий заголовок ( справка )