モノコック

モノコック（/ ˈ m ɒ n ə k ɒ k , - k oʊ k / MON -ə-ko(h)k ）は、構造スキンとも呼ばれ、卵の殻に似た方法で、物体の外部スキンによって荷重が支えられる構造システムです。モノコックという言葉は「単一のシェル」を意味するフランス語です。 ^[1]

最初にボートに使用された^[2]真のモノコックは、外皮の中に引張力と圧縮力の両方を支え、荷重を支える内部フレームがないことで識別できます。ミルドスキンの航空機を除く金属製航空機は、金属シェルまたはシートを使用し、フレームをリベットで留めて補強しているため、厳密に純粋なモノコックと見なすことはできませんが、ほとんどの木製航空機は、フレームも組み込まれているにもかかわらず、モノコックと呼ばれます。

対照的に、セミモノコックは、引張応力を受けた外皮と、縦通材とリブまたはフレームで構成された圧縮構造を組み合わせたハイブリッドです。^[3]真のモノコックと混同しないように注意すべき他のセミモノコックには、複合材であることが多い車両ユニボディや、圧力が安定しているインフレータブルシェルまたはバルーンタンクが含まれます。

初期の航空機は、通常木材または鋼管で作られたフレームを使用して構築され、その後、アイルランド産のリネンや綿などの布地^[4]で覆われていました（またはスキン）。^[5]布地は張力に対しては構造的にわずかな貢献をしましたが、圧縮に対してはまったく貢献せず、空気力学的な理由からのみ存在していました。構造を単なる部品の合計ではなく全体として考慮することにより、モノコック構造はスキンとフレームを単一の耐荷重シェルに統合し、強度と重量を大幅に改善しました。

胴体を作るには、薄い木の板を積層して3次元形状にする。これは船体の構造から採用された技術である。最も初期の例の1つは、 1912年のデペルデュッサン・モノコック・レーサーである。このレーサーは、3層の接着されたポプラ材のベニア板でできた積層胴体を使用しており、これが外皮と主な耐荷重構造の両方を提供した。^[6]これにより、表面がより滑らかになり、抗力が効果的に減少したため、出場したほとんどのレースで優勝することができた。^[6]

この構造スタイルは、ドイツのLFGローランド社によって、特許取得済みのヴィッケルランプ（ラップドハル）フォームを使用してさらに発展しました。これは後に同社からファルツ・フルークツォイクヴェルケ社にライセンス供与され、同社はこれをいくつかの戦闘機に使用しました。胴体シェルの各半分は、布を間に挟んだ2層の合板ストリップを使用して雄型の上で成形されました。最初に使用された合板は、湿気や層間剥離による損傷を受けやすかった。^[7]

ユンカース J 1などの全金属製の航空機は1915 年にはすでに登場していましたが、これらはモノコックではなく、基礎となるフレームワークに金属の外皮を追加したものでした。

最初の金属製モノコックは、ツェッペリン・リンダウで働いていたクラウディウス・ドルニエによって製造されました。 ^[8]彼は多くの問題を克服しなければなりませんでしたが、アルミニウム合金は構造材料として使用できるほど強度が高く、均一な材料ではなく層を形成することが多かったのです。^[8]いくつかの部品がモノコックである大型飛行艇の試みが失敗した後、彼はモノコック胴体をテストするためにツェッペリン・リンダウ V1を製造しました。墜落したものの、彼はその製造から多くのことを学んだ。ドルニエ・ツェッペリン DIは1918年に製造され、戦時中の運用には間に合わなかったものの、生産に入った最初の全金属製モノコック航空機でした。^{[8] [9]}

ドルニエと並行して、ツェッペリン社はアドルフ・ロアバッハも雇用し、彼はツェッペリン・シュターケン E-4/20 を製造した。この機体は1920年に飛行し^[10]、世界初の多発モノコック旅客機となったが、連合国委員会の命令により破壊された。第一次世界大戦の終わりに、連合国技術委員会は、モノコック構造を示す最後のツェッペリン・リンダウ飛行艇の詳細を発表した。英国では、オズワルド・ショートが、 1920年のショート シルバーストリークを皮切りに、金属製モノコック胴体を持つ実験機を数機製造し、空軍省に木製機より優れていることを納得させようとした。利点はあったものの、設計の保守性や生産準備コストなど、さまざまな要因の結果として、アルミニウム合金製モノコックは1930年代半ばまで普及しなかった。ショートは、一連の飛行艇でこの建造方法のメリットを最終的に証明した。金属製の船体は木製の船体のように水を吸収しないため、性能が大幅に向上した。米国では、ノースロップが大きな先駆者であり、ノースロップ アルファで自社とダグラスが使用した技術を導入した。

モーターレースでは、ドライバーの安全は厳しい規制を満たす車体に依存しており、モノコック構造で製造された車はわずかです。^{[11] [12]}アルミニウム合金のモノコックシャーシは、1962年のロータス25フォーミュラ1レースカーで初めて使用され、マクラーレンは1981年のマクラーレンMP4/1のモノコックを製造するために炭素繊維強化ポリマーを使用した最初の企業でした。1990年には、ジャガーXJR-15がカーボンファイバーモノコックを備えた最初の量産車となりました。^[13]

モノコックという用語は、しばしばユニボディ車に誤って適用されます。市販の自動車のボディは、真のモノコックであることはほとんどありませんが、代わりにユニボディシステム（ユニタリー構造、ユニタリーボディシャーシ、またはボディフレーム一体構造とも呼ばれます）が使用されています。^[14 ]このシステムでは、車両のボディ、フロアパン、シャーシが単一の構造を形成し、スキンは比較的強度や剛性をほとんど追加しません。^[15]

一部の装甲戦闘車両は、フレームに装甲板を取り付けるのではなく、装甲板で車体シェルを組み立てたモノコック構造を採用しています。これにより、一定量の装甲に対する重量が軽減されます。例としては、ドイツのTPz FuchsやRG-33などがあります。

フランスの実業家でエンジニアのジョルジュ・ロイは、1920年代に、当時の自転車にヒントを得たオートバイのフレームの改良を試みた。剛性が足りなかったため、ハンドリングが制限され、性能も低下した。彼は1926年に特許を申請し、1929年のパリ自動車ショーで、アールデコ調の新型オートバイ、1930年型マジェスティックを発表した。新型のモノコックボディは、彼が取り組んだ問題を解決し、剛性が向上したことに加え、フレームと車体が風雨からある程度保護するという二重の役割を果たした。厳密に言えば、セミモノコックに近いもので、ボックスセクションのプレス鋼製フレームに、クロスメンバーでリベット留めされたツインサイドレール、フロアパン、リアバルクヘッド、フロントバルクヘッドを採用していた。^[2]

ピアッティの軽量スクーターは、鋼板プレス部品を溶接したモノコック中空シェルを使用し、その下からエンジンとトランスミッションを搭載した 1950 年代に製造されました。

機械は横に倒してボルトで固定されたフットボードの上に置くことができ、機械的なアクセスが可能であった。^[16]

ヤマハは1960年から1962年にかけてモノコックフレームのスクーターを生産した。モデルMF-1は50ccエンジンを搭載し、3速トランスミッションとフレームに組み込まれた燃料タンクを備えていた。^[17]

モノコックフレームのオートバイは、1967年のグランプリオートバイレースシーズンに向けてスペインのメーカーOssaによって開発された。^[18]単気筒のOssaはライバルよりも20馬力（15kW）低かったが、45ポンド（20kg）軽く、モノコックフレームは従来のオートバイフレームよりもはるかに剛性が高く、レーストラックでの機敏性に優れていた。 ^{[18] Ossaはモノコックバイクで4回のグランプリレースに勝利したが、} 1970年のマン島TTレースの250ccイベント中にライダーがクラッシュして死亡し、Ossa工場はグランプリ競技から撤退した。^[18]

エリック・オフェンシュタットやダン・ハネブリンクなどの著名なデザイナーは、1970年代初頭にレース用のユニークなモノコックデザインを生み出した。^[19] 1973年のマン島TTレースのF750イベントは、ノートン・コマンドーをベースに設計に協力したモノコックフレームのジョン・プレイヤー・スペシャルに乗ったピーター・ウィリアムズが優勝した。^{[20] [21]}ホンダはまた、1979年にモノコックのグランプリレーシングバイクであるNR500の実験を行った。^[22]このバイクは楕円形のシリンダーを備えたエンジンなど他の革新的な機能を持っていたが、一度に多くの新技術を開発しようとすることで生じる問題に最終的に屈した。1987年にジョン・ブリッテンは、重量がわずか12kg（26ポンド）の複合モノコックシャーシを備えたエアロDワンを開発した。^[23]

アルミニウムモノコックフレームは、2000年にカワサキのZX-12R ^[24]で初めて量産バイクに採用されました。ZX -12Rは、最速の量産バイクを目指した主力スポーツバイクです。2000年にCycle World誌はこれを「モノコックバックボーン...単一の大径ビーム」および「鋳造と板金打ち抜き加工の組み合わせで製造」と評しました。^[25]

一体型のカーボンファイバー製 自転車フレームはモノコックと呼ばれることもありますが、ほとんどがフレーム構造を形成するために部品を使用しているため（一体成形されている場合でも）、^これらはモノコックではなくフレームであり、自転車業界では引き続きフレームセットと呼んでいます。

P40DC 、P42DC、P32ACDM はすべてモノコック シェルを採用しています。

アトラス^[27]やファルコン1 ^[28]など、さまざまなロケットで圧力安定化モノコック設計が採用されている。アトラスは非常に軽量だった。構造サポートの大部分が単層鋼製バルーン燃料タンクによって提供されていたためである。バルーン燃料タンクは内部圧力によって加速されても形状を維持する。バルーンタンクは真のモノコックではなく、インフレータブルシェルと同じように機能する。バルーンタンクの外皮は引張力のみを処理し、圧縮は固体フレームで支えられたセミモノコックと同様に内部の液体圧力によって抵抗される。これは、内部圧力が失われて構造が崩壊したときに明らかになる。モノコックタンクは、従来のオーソグリッドよりも製造コストが安い場合もある。ブルーオリジンの次期ニューグレン打ち上げロケットは、製造コストを削減するために、質量のペナルティにもかかわらず、第2段にモノコック構造を採用する。これは、ニューグレンの第2段のように、ステージが使い捨てである場合に特に重要である。 ^[29]

• バックボーンシャーシ
• ボディオンフレーム
• コーチビルダー
• カーボンファイバーモノコック車の一覧
• スペースフレーム
• 薄殻構造
• 車両フレーム

ウィキメディア・コモンズには、モノコックに関連するメディアがあります。

• ピーター・グロシュ (1998)。ドルニエ DI。 Windsock Mini データファイル # 12。英国ハートフォードシャー: Albatros Publications。ISBN 9780948414923。
• Haddow, GW; Grosz, Peter M. (1988)。『ドイツの巨人 - ドイツのR型飛行機 1914-1918』（第3版）。ロンドン：パトナム。pp. 289–293。ISBN 0851778127。。
• メグソン、THG (1972)。工学部学生のための航空機構造。ロンドン：エドワード・アーノルド出版社。ISBN 0-7131-3393-7。
• ロバートソン、ブルース (1996)。第一次世界大戦のイギリスの飛行機の色とマーク。バークハムステッド：アルバトロス出版、pp. 1-2。ISBN 0-948414-65-0。
• 「モノコックの定義」。メリアム・ウェブスター辞典。ブリタニカ百科事典。2011年9月26日。
• シャッツバーグ、エリック（1999年）。『木の翼、金属の翼：アメリカの航空機材料における文化と技術的選択、1914-1945年』プリンストン、ニュージャージー：プリンストン大学出版局。ISBN 978-0691087733。
• テリー、ジェラード (1981)。「ドルニエ陸上機の開発 1914-1918」。クロス＆コケード グレートブリテンジャーナル。12 (3)。第一次世界大戦航空歴史家協会: 97-117。
• 許容される方法、技術、および実践 - 航空機の検査と修理（出版物AC 43.13-1B）。ワシントンDC：米国運輸省連邦航空局標準部。2001年。p. 1.2。ISBN 0-16-036209-1。
• 不明 (1912)。「不明」。航空学(10 月): 112。 {{cite journal}}:引用は一般的なタイトルを使用します (ヘルプ)