هيكل أحادي

الهيكل الأحادي ( / ˈmɒnəkɒk , -koʊk / MON -ə-ko(h)k ) ، ويُسمى أيضًا الغلاف الهيكلي ، هو نظام هيكلي يتم فيه دعم الأحمال بواسطة الغلاف الخارجي للجسم ، بطريقة مماثلة لقشرة البيضة. كلمة monocoque هي مصطلح فرنسي يعني " الغلاف المفرد". ^[1]

استُخدمت لأول مرة للقوارب، ^[2] تحمل الهياكل الأحادية الحقيقية كلًا من قوى الشد والضغط داخل الجلد ويمكن التعرف عليها من خلال عدم وجود إطار داخلي يحمل الحمل. يمكن اعتبار عدد قليل من الطائرات المعدنية بخلاف تلك ذات الجلود المطحونة على أنها أحادية الهيكل تمامًا، لأنها تستخدم غلافًا معدنيًا أو صفائح معززة بإطارات مثبتة بالجلد، ولكن معظم الطائرات الخشبية توصف بأنها أحادية الهيكل، على الرغم من أنها تتضمن أيضًا إطارات.

على النقيض من ذلك، فإن الهيكل شبه الأحادي هو هجين يجمع بين الجلد المجهد بالشد وهيكل ضاغط يتكون من أضلاع أو إطارات . ^[3] تشمل الهياكل شبه الأحادية الأخرى، والتي لا ينبغي الخلط بينها وبين الهياكل الأحادية الحقيقية، هياكل المركبات الأحادية ، والتي تميل إلى أن تكون مركبة، والأصداف القابلة للنفخ أو خزانات البالونات ، وكلاهما مستقر الضغط.

تم بناء الطائرات المبكرة باستخدام إطارات، عادةً من الخشب أو الأنابيب الفولاذية ، والتي يمكن تغطيتها (أو تغليفها ) بالقماش ^[4] مثل الكتان الأيرلندي أو القطن . ^[5] قدم القماش مساهمة هيكلية بسيطة في الشد ولكن ليس في الضغط وكان موجودًا لأسباب ديناميكية هوائية فقط. من خلال النظر إلى الهيكل ككل وليس فقط مجموع أجزائه، دمج البناء أحادي الهيكل الجلد والإطار في غلاف واحد يتحمل الحمل مع تحسينات كبيرة في القوة والوزن.

ولصنع الهيكل، تم تغليف شرائح رقيقة من الخشب في شكل ثلاثي الأبعاد؛ وهي تقنية تم تبنيها من بناء هيكل القارب. وكان أحد أقدم الأمثلة على ذلك هو قارب سباق Deperdussin Monocoque في عام 1912، والذي استخدم جسمًا مغلفًا مكونًا من ثلاث طبقات من قشرة الحور الملتصقة، والتي وفرت كلًا من الجلد الخارجي والهيكل الرئيسي الحامل للحمل. ^[6] كما أنتج هذا أيضًا سطحًا أكثر سلاسة وقلل السحب بشكل فعال لدرجة أنه كان قادرًا على الفوز بمعظم السباقات التي شارك فيها. ^[6]

تم تطوير هذا النمط من البناء في ألمانيا بواسطة شركة LFG Roland باستخدام شكل Wickelrumpf (الهيكل الملفوف) الحاصل على براءة اختراع والذي تم ترخيصه لاحقًا من قبلهم لشركة Pfalz Flugzeugwerke التي استخدمته في العديد من الطائرات المقاتلة. تم تشكيل كل نصف من هيكل جسم الطائرة فوق قالب ذكر باستخدام طبقتين من شرائح الخشب الرقائقي مع لف القماش بينهما. كان الخشب الرقائقي المستخدم في البداية عرضة للتلف بسبب الرطوبة والتقشير. ^[7]

في حين ظهرت الطائرات المعدنية بالكامل مثل Junkers J 1 في وقت مبكر من عام 1915، إلا أنها لم تكن أحادية الهيكل ولكنها كانت تضيف غلافًا معدنيًا إلى الإطار الأساسي.

تم بناء أول هيكل أحادي معدني بواسطة كلاوديوس دورنييه ، أثناء عمله في شركة زيبلين لينداو. ^[8] كان عليه التغلب على عدد من المشاكل، ليس أقلها جودة سبائك الألومنيوم القوية بما يكفي لاستخدامها كمواد هيكلية، والتي غالبًا ما تشكل طبقات بدلاً من تقديم مادة موحدة. ^[8] بعد محاولات فاشلة مع العديد من القوارب الطائرة الكبيرة التي كانت بعض مكوناتها أحادية الهيكل، قام ببناء زيبلين لينداو V1 لاختبار جسم أحادي الهيكل. على الرغم من تحطمها، إلا أنه تعلم الكثير من بنائها. تم بناء دورنييه زيبلين دي آي في عام 1918 وعلى الرغم من تأخرها عن الخدمة التشغيلية أثناء الحرب كانت أول طائرة أحادية الهيكل معدنية بالكامل تدخل الإنتاج. ^{[8] [9]}

بالتوازي مع دورنير، وظفت زبلين أيضًا أدولف روهرباش ، الذي بنى زبلين-ستاكن إي-4/20 ، والتي أصبحت عندما حلقت في عام 1920 ^[10] أول طائرة ركاب أحادية الهيكل متعددة المحركات، قبل أن يتم تدميرها بأوامر من لجنة الحلفاء المشتركة. في نهاية الحرب العالمية الأولى، نشرت اللجنة الفنية المشتركة بين الحلفاء تفاصيل عن آخر قارب طيران زبلين-لينداو يظهر هيكله الأحادي. في المملكة المتحدة، بنى أوزوالد شورت عددًا من الطائرات التجريبية بهياكل أحادية الهيكل المعدنية بدءًا من شورت سيلفر ستريك عام 1920 في محاولة لإقناع وزارة الطيران بتفوقها على الخشب. وعلى الرغم من المزايا، فإن الهياكل الأحادية الهيكل المصنوعة من سبائك الألومنيوم لم تصبح شائعة حتى منتصف الثلاثينيات نتيجة لعدد من العوامل، بما في ذلك المحافظة على التصميم وتكاليف إعداد الإنتاج. أثبت شورت في النهاية مزايا طريقة البناء من خلال سلسلة من القوارب الطائرة، التي لم تمتص هياكلها المعدنية الماء كما فعلت الهياكل الخشبية، مما أدى إلى تحسين الأداء بشكل كبير. في الولايات المتحدة، كان نورثروب رائدًا رئيسيًا، حيث قدم التقنيات المستخدمة من قبل شركته الخاصة ودوجلاس مع نورثروب ألفا .

في سباقات السيارات، تعتمد سلامة السائق على هيكل السيارة، والذي يجب أن يفي باللوائح الصارمة، وقد تم بناء عدد قليل فقط من السيارات بهياكل أحادية الهيكل. ^{[11] [12]} تم استخدام هيكل أحادي الهيكل من سبائك الألومنيوم لأول مرة في سيارة سباق Lotus 25 Formula 1 لعام 1962 وكانت شركة McLaren أول من استخدم البوليمرات المقواة بألياف الكربون لبناء الهيكل الأحادي لسيارة McLaren MP4 / 1 لعام 1981. في عام 1990 أصبحت سيارة جاكوار XJR-15 أول سيارة إنتاجية بهيكل أحادي الهيكل من ألياف الكربون. ^[13]

غالبًا ما يتم تطبيق مصطلح الهيكل الأحادي بشكل خاطئ على السيارات ذات الهيكل الموحد . نادرًا ما تكون هياكل السيارات التجارية عبارة عن هياكل أحادية حقيقية ولكنها تستخدم بدلاً من ذلك نظام الهيكل الموحد (يُشار إليه أيضًا باسم البناء الموحد أو الهيكل الموحد أو الهيكل المتكامل للهيكل والإطار)، ^[14] حيث يشكل هيكل السيارة وأرضيتها والهيكل هيكلًا واحدًا، بينما يضيف الجلد القليل نسبيًا من القوة أو الصلابة. ^[15]

تستخدم بعض المركبات القتالية المدرعة هيكلًا أحادي الهيكل مع هيكل جسم مبني من صفائح مدرعة ، بدلاً من ربطها بإطار. وهذا يقلل الوزن لكمية معينة من الدروع. ومن الأمثلة على ذلك الدبابة الألمانية TPz Fuchs و RG-33 .

حاول الصناعي والمهندس الفرنسي جورج روي في عشرينيات القرن العشرين تحسين إطارات الدراجات النارية المستوحاة من الدراجات في ذلك الوقت، والتي كانت تفتقر إلى الصلابة. وقد حد هذا من قدرتها على المناورة وبالتالي من أدائها. وتقدم بطلب للحصول على براءة اختراع في عام 1926، وفي معرض باريس للسيارات عام 1929 كشف عن دراجته النارية الجديدة، Majestic 1930 المصممة على طراز آرت ديكو. وقد حل نوع الهيكل الجديد أحادي الهيكل المشاكل التي عالجها، وإلى جانب الصلابة الأفضل، فقد قامت بوظيفتين، حيث وفر الهيكل والهيكل بعض الحماية من العوامل الجوية. وبالنظر إليها بدقة، كانت أقرب إلى هيكل أحادي شبه، حيث استخدمت إطارًا من الصلب المضغوط على شكل صندوق مع قضبان جانبية مزدوجة مثبتة معًا عبر عوارض متقاطعة، إلى جانب أحواض الأرضية والحواجز الخلفية والأمامية. ^[2]

تم إنتاج سكوتر بياتي الخفيف في الخمسينيات من القرن العشرين باستخدام غلاف مجوف أحادي الهيكل مصنوع من صفائح الفولاذ الملحومة معًا، حيث تم تركيب المحرك وناقل الحركة من الأسفل.

يمكن إمالة الماكينة على جانبها، والاعتماد على مساند القدم المثبتة بالمسامير للوصول الميكانيكي. ^[16]

أنتجت شركة ياماها دراجة بخارية ذات إطار أحادي الهيكل في الفترة من 1960 إلى 1962. وكان الطراز MF-1 يعمل بمحرك سعة 50 سم مكعب مع ناقل حركة ثلاثي السرعات وخزان وقود مدمج في الإطار. ^[17]

تم تطوير دراجة نارية ذات إطار أحادي الهيكل من قبل الشركة المصنعة الإسبانية أوسا لموسم سباقات الجائزة الكبرى للدراجات النارية لعام 1967. [ ^18] على الرغم من أن أوسا ذات الأسطوانة الواحدة كانت أقل بمقدار 20 حصانًا (15 كيلو واط) من منافسيها، إلا أنها كانت أخف وزنًا بمقدار 45 رطلاً (20 كجم) وكان إطارها الأحادي الهيكل أكثر صلابة من إطارات الدراجات النارية التقليدية ، مما يمنحها رشاقة فائقة على مضمار السباق. ^[18] فازت أوسا بأربعة سباقات جائزة كبرى بالدراجة أحادية الهيكل قبل أن يموت متسابقها بعد حادث أثناء حدث 250 سم مكعب في سباق جزيرة مان TT عام 1970 ، مما تسبب في انسحاب مصنع أوسا من منافسة الجائزة الكبرى . ^[18]

ابتكر مصممون بارزون مثل إريك أوفنستادت ودان هانبرينك تصميمات أحادية الهيكل فريدة من نوعها للسباقات في أوائل السبعينيات. ^[19] فاز بيتر ويليامز بسباق F750 في سباقات Isle of Man TT لعام 1973 على دراجة John Player Special ذات الإطار الأحادي والتي ساعد في تصميمها بناءً على Norton Commando . ^{[20] [21]} جربت هوندا أيضًا NR500 ، وهي دراجة نارية أحادية الهيكل لسباق الجائزة الكبرى في عام 1979. ^[22] كانت الدراجة تتميز بميزات مبتكرة أخرى، بما في ذلك محرك بأسطوانات بيضاوية الشكل، واستسلمت في النهاية للمشاكل المرتبطة بمحاولة تطوير العديد من التقنيات الجديدة في وقت واحد. في عام 1987، طور جون بريتن Aero-D One، والتي تتميز بهيكل أحادي الهيكل مركب يزن 12 كجم فقط (26 رطلاً). ^[23]

تم استخدام إطار أحادي الهيكل من الألومنيوم لأول مرة في دراجة نارية تم إنتاجها بكميات كبيرة منذ عام 2000 على دراجة ZX-12R من إنتاج شركة Kawasaki ، ^[24] وكانت دراجتهم الرياضية الرائدة تهدف إلى أن تكون أسرع دراجة نارية إنتاجية . وقد وصفتها مجلة Cycle World في عام 2000 بأنها "هيكل أحادي الهيكل ... شعاع واحد كبير القطر" و"مصنوع من مزيج من الصب والختم بالصفائح المعدنية". ^[25]

تُوصف إطارات الدراجات المصنوعة من قطعة واحدة من ألياف الكربون أحيانًا بأنها أحادية الهيكل؛ ومع ذلك، نظرًا لأن معظمها يستخدم مكونات لتشكيل بنية الإطار (حتى لو تم تشكيلها في قطعة واحدة)، ^[26] فهذه إطارات وليست أحادية الهيكل، وتستمر صناعة الدراجات ذات الدواسات في الإشارة إليها باسم مجموعات الإطارات.

تستخدم P40DC وP42DC وP32ACDM جميعها غلافًا أحادي الهيكل.

استخدمت صواريخ مختلفة تصميمات أحادية الهيكل مستقرة الضغط ، مثل أطلس ^[27] وفالكون 1. ^[28] كان أطلس خفيفًا جدًا حيث تم توفير جزء كبير من دعمه الهيكلي من خلال خزانات الوقود البالونية الفولاذية ذات الجدار الواحد ، والتي تحافظ على شكلها أثناء التسارع بالضغط الداخلي. خزانات البالون ليست أحادية الهيكل حقيقية ولكنها تعمل بنفس طريقة الأصداف القابلة للنفخ . يتعامل غلاف خزان البالون فقط مع قوى الشد بينما يقاوم الضغط السائل الداخلي بطريقة مماثلة للأغلفة شبه أحادية الهيكل المدعومة بإطار صلب. يصبح هذا واضحًا عند فقدان الضغط الداخلي وانهيار الهيكل. يمكن أن يكون تصنيع الخزانات أحادية الهيكل أرخص أيضًا من الشبكات التقويمية التقليدية . ستستخدم مركبة الإطلاق نيو جلين القادمة من بلو أوريجين هيكلًا أحادي الهيكل في مرحلتها الثانية على الرغم من عقوبة الكتلة من أجل تقليل تكلفة الإنتاج. هذا مهم بشكل خاص عندما تكون المرحلة قابلة للاستهلاك ، كما هو الحال مع المرحلة الثانية من نيو جلين . ^[29]

• هيكل العمود الفقري
• الجسم على الإطار
• صانع العربات
• قائمة السيارات المصنوعة من ألياف الكربون
• إطار الفضاء
• هيكل القشرة الرقيقة
• إطار السيارة

• جروسز، بيتر (1998). دورنير دي . ملف بيانات Windsock Mini رقم 12. هيرتفوردشاير، المملكة المتحدة: منشورات الباتروس. رقم ISBN 9780948414923.
• Haddow, GW; Grosz, Peter M. (1988). The German Giants - The German R-Planes 1914-1918 (الطبعة الثالثة). لندن: Putnam. ص 289-293. ISBN 0851778127..
• ميجسون، تي إتش جي (1972). هياكل الطائرات لطلاب الهندسة . لندن: دار نشر إدوارد أرنولد المحدودة. رقم ISBN 0-7131-3393-7.
• روبرتسون، بروس (1996). ألوان وعلامات الطائرات البريطانية خلال الحرب العالمية الأولى . بيركهامبستيد: دار نشر ألباتروس، ص 1-2. رقم ISBN 0-948414-65-0.
• "تعريف أحاديات الخلية". قاموس ميريام وبستر . الموسوعة البريطانية. 26 سبتمبر 2011.
• شاتزبيرج، إيريك (1999). أجنحة من الخشب، أجنحة من المعدن: الثقافة والاختيار التقني في مواد الطائرات الأمريكية، 1914-1945 . برينستون، نيوجيرسي: مطبعة جامعة برينستون. رقم ISBN 978-0691087733.
• تيري، جيرارد (1981). "تطوير طائرات دورنير الأرضية 1914-1918". مجلة كروس وكوكيد البريطانية . 12 (3). جمعية مؤرخي الطيران في الحرب العالمية الأولى: 97-117.
• الأساليب والتقنيات والممارسات المقبولة – فحص وإصلاح الطائرات (النشر AC 43.13-1B) . واشنطن العاصمة: قسم معايير إدارة الطيران الفيدرالية بوزارة النقل الأمريكية. 2001. ص. 1.2. ISBN 0-16-036209-1.
• غير معروف (1912). "غير معروف". علم الطيران (أكتوبر): 112. {{cite journal}}: استشهد باستخدام عنوان عام ( مساعدة )