Monocasco

Deperdussin Monocoque, con construcción de conchas de madera

Monocoque (MON-ə-ko(h)k), también llamado piel estructural, es un sistema estructural en el que las cargas son soportadas por un objeto' s piel externa, de manera similar a una cáscara de huevo. La palabra monocasco es un término francés para "carcasa única".

Utilizado por primera vez para barcos, un verdadero monocasco lleva fuerzas de tracción y compresión dentro de la piel y se puede reconocer por la ausencia de un marco interno de carga. Pocos aviones de metal, aparte de los que tienen revestimientos fresados, pueden considerarse estrictamente monocascos puros, ya que utilizan una carcasa o láminas de metal reforzadas con marcos remachados al revestimiento, pero la mayoría de los aviones de madera se describen como monocascos, aunque también incorporan marcos.

Por el contrario, un semimonocasco es un híbrido que combina una piel estresada por tracción y una estructura de compresión compuesta por largueros y nervaduras o marcos. Otros semimonocascos, que no deben confundirse con los verdaderos monocascos, incluyen monocascos de vehículos, que tienden a ser compuestos, y carcasas inflables o tanques de globos, ambos estabilizados por presión.

Aviones

LFG Roland C.II con madera Wickelrumpf monocoque fuselaje

Zeppelin D.I, el primer avión monocoque de producción

Los primeros aviones se construían con armazones, generalmente de madera o tubos de acero, que luego se podían cubrir (o despellejar) con tela como el lino irlandés o el algodón. El tejido hizo una contribución estructural menor en tensión pero ninguna en compresión y estaba allí solo por razones aerodinámicas. Al considerar la estructura como un todo y no solo como la suma de sus partes, la construcción monocasco integró el revestimiento y el marco en una sola capa de carga con mejoras significativas en cuanto a resistencia y peso.

Para hacer el caparazón, se laminaron finas tiras de madera en forma tridimensional; una técnica adoptada de la construcción de cascos de barcos. Uno de los primeros ejemplos fue el piloto de carreras Deperdussin Monocoque en 1912, que utilizó un fuselaje laminado formado por tres capas de chapa de álamo encolada, que proporcionaba tanto el revestimiento externo como la estructura de carga principal. Esto también produjo una superficie más suave y una resistencia reducida de manera tan efectiva que pudo ganar la mayoría de las carreras en las que participó.

Este estilo de construcción fue desarrollado aún más en Alemania por LFG Roland utilizando la forma patentada Wickelrumpf (cuerpo envuelto) que luego otorgaron a Pfalz Flugzeugwerke, quien la usó en varios aviones de combate. Cada mitad de la carcasa del fuselaje se formó sobre un molde macho utilizando dos capas de tiras de madera contrachapada con una envoltura de tela entre ellas. La primera madera contrachapada utilizada era propensa a sufrir daños por la humedad y la delaminación.

Aunque los aviones totalmente metálicos, como el Junkers J 1, ya habían aparecido en 1915, no eran monocascos, sino que añadían una piel de metal a una estructura subyacente.

Los primeros monocascos de metal fueron construidos por Claudius Dornier, mientras trabajaba para Zeppelin-Lindau. Tuvo que superar una serie de problemas, entre ellos la calidad de las aleaciones de aluminio lo suficientemente fuertes como para usarlas como materiales estructurales, que con frecuencia formaban capas en lugar de presentar un material uniforme. Después de intentos fallidos con varios hidroaviones grandes en los que algunos componentes eran monocascos, construyó el Zeppelin-Lindau V1 para probar un fuselaje monocasco. Aunque se estrelló, aprendió mucho de su construcción. El Dornier-Zeppelin D.I fue construido en 1918 y, aunque demasiado tarde para el servicio operativo durante la guerra, fue el primer avión monocasco totalmente metálico en entrar en producción.

Paralelamente a Dornier, Zeppelin también empleó a Adolf Rohrbach, quien construyó el Zeppelin-Staaken E-4/20, que cuando voló en 1920 se convirtió en el primer avión monocasco multimotor, antes de ser destruido por orden de la Inter- Comisión Aliada. Al final de la Primera Guerra Mundial, la Comisión Técnica Interaliada publicó detalles del último hidroavión Zeppelin-Lindau mostrando su construcción monocasco. En el Reino Unido, Oswald Short construyó una serie de aviones experimentales con fuselajes monocasco de metal, comenzando con el Short Silver Streak de 1920 en un intento de convencer al Ministerio del Aire de su superioridad sobre la madera. A pesar de las ventajas, los monocascos de aleación de aluminio no se volverían comunes hasta mediados de la década de 1930 como resultado de una serie de factores, incluido el conservadurismo del diseño y los costos de instalación de producción. Short eventualmente demostraría los méritos del método de construcción con una serie de botes voladores, cuyos cascos de metal no absorbían agua como lo hacían los cascos de madera, mejorando en gran medida el rendimiento. En los Estados Unidos, Northrop fue un gran pionero al introducir técnicas utilizadas por su propia empresa y Douglas con Northrop Alpha.

Vehículos

Coches de carreras

1981 McLaren MP4/1, con un monocoque compuesto de fibra de carbono

En el automovilismo, la seguridad del piloto depende de la carrocería del coche, que debe cumplir unas estrictas normativas, y solo unos pocos coches se han construido con estructuras monocasco. Un chasis monocasco de aleación de aluminio se usó por primera vez en el auto de carreras de Fórmula 1 Lotus 25 de 1962 y McLaren fue el primero en usar polímeros reforzados con fibra de carbono para construir el monocasco del McLaren MP4/1 de 1981. En 1990, el Jaguar XJR-15 se convirtió en el primer automóvil de producción con un monocasco de fibra de carbono.

Coches de carretera

El GAZ M-72 fue el primer monocoque producido por la serie mundial en cuatro ruedas (1955).

El término monocasco con frecuencia se aplica incorrectamente a los automóviles monocasco. Las carrocerías de automóviles comerciales casi nunca son verdaderos monocascos, sino que utilizan el sistema unibody (también conocido como construcción unitaria, carrocería-chasis unitaria o construcción integral carrocería-bastidor), que utiliza secciones en caja, mamparos y tubos para proporcionar la mayor parte de la fuerza del vehículo, mientras que la piel añade relativamente poca fuerza o rigidez.

Vehículos blindados

Algunos vehículos de combate blindados utilizan una estructura monocasco con una carrocería construida a partir de placas de blindaje, en lugar de unirlas a un bastidor. Esto reduce el peso de una determinada cantidad de armadura. Los ejemplos incluyen el alemán TPz Fuchs y RG-33.

Vehículos de dos ruedas

El industrial e ingeniero francés Georges Roy intentó en la década de 1920 mejorar los cuadros de motocicleta inspirados en bicicletas de la época, que carecían de rigidez. Esto limitaba su manejo y, por lo tanto, su rendimiento. Solicitó una patente en 1926, y en el Salón del Automóvil de París de 1929 presentó su nueva motocicleta, la Majestic 1930 de estilo Art-Deco. Su nuevo tipo de carrocería monocasco resolvió los problemas que había abordado y, junto con una mayor rigidez, cumplía una doble función, ya que el marco y la carrocería brindaban cierta protección contra los elementos. Estrictamente considerado, era más un semi-monocasco, ya que usaba un marco de acero prensado de sección en caja con rieles laterales gemelos remachados entre sí a través de travesaños, junto con paneles de piso y mamparos delanteros y traseros.

Un scooter ligero Piatti se fabricó en la década de 1950 utilizando una carcasa hueca monocasco de chapa de acero prensada soldada entre sí, en la que se instalaron el motor y la transmisión desde abajo.

Yamaha MF-1

La máquina se puede volcar sobre un costado, descansando sobre los estribos atornillados para el acceso mecánico.

1968 Ossa 250 cc Grand Prix racer

Yamaha produjo un scooter con estructura monocasco entre 1960 y 1962. El modelo MF-1 estaba propulsado por un motor de 50 cc con una transmisión de tres velocidades y un tanque de combustible incorporado en el bastidor.

El fabricante español Ossa desarrolló una motocicleta con estructura monocasco para la temporada de carreras de motociclismo del Gran Premio de 1967. Aunque la Ossa monocilíndrica tenía 20 caballos de fuerza (15 kW) menos que sus rivales, era 45 libras (20 kg) más liviana y su bastidor monocasco era mucho más rígido que los bastidores de motocicletas convencionales, lo que le otorgaba una agilidad superior en la pista de carreras. Ossa ganó cuatro carreras de Grandes Premios con la moto monocasco antes de que su piloto muriera después de un accidente durante el evento de 250 cc en el TT de la Isla de Man de 1970, lo que provocó que la fábrica de Ossa se retirara de la competencia del Gran Premio.

Diseñadores notables como Eric Offenstadt y Dan Hanebrink crearon diseños monocasco únicos para las carreras a principios de la década de 1970. El evento F750 en las carreras TT de la Isla de Man de 1973 fue ganado por Peter Williams en el John Player Special con marco monocasco que ayudó a diseñar basado en Norton Commando. Honda también experimentó con la NR500, una motocicleta de carreras Grand Prix monocasco en 1979. La motocicleta tenía otras características innovadoras, incluido un motor con cilindros de forma ovalada, y finalmente sucumbió a los problemas asociados con el intento de desarrollar demasiadas tecnologías nuevas a la vez. En 1987, John Britten desarrolló el Aero-D One, con un chasis monocasco compuesto que pesaba solo 12 kg (26 lb).

Se utilizó por primera vez un cuadro monocasco de aluminio en una motocicleta de producción masiva del año 2000 en la ZX-12R de Kawasaki, su motocicleta deportiva de producción insignia destinada a ser la motocicleta de producción más rápida. Fue descrito por Cycle World en 2000 como una "columna vertebral monocasco... una sola viga de gran diámetro" y "Fabricado a partir de una combinación de piezas fundidas y estampados de chapa metálica".

Los cuadros de bicicleta de fibra de carbono de una sola pieza a veces se describen como monocascos; sin embargo, como la mayoría usa componentes para formar una estructura de cuadro (incluso si están moldeados en una sola pieza), estos son cuadros, no monocascos, y la industria de las bicicletas de pedales continúa refiriéndose a ellos como conjuntos de cuadros.

Cohetes

Falcon 1 cohete de primera etapa

Varios cohetes han utilizado diseños monocasco estabilizados por presión, como el Atlas y el Falcon 1. El Atlas era muy liviano, ya que la mayor parte de su soporte estructural lo proporcionaban sus tanques de combustible tipo globo de acero de una sola pared, que mantienen su forma mientras bajo aceleración por presión interna. Los tanques de globos no son verdaderos monocascos, sino que actúan de la misma manera que las conchas inflables. La piel de un tanque de globo solo maneja fuerzas de tracción, mientras que la presión del líquido interno resiste la compresión de una manera similar a los semi-monocascos reforzados por un marco sólido. Esto se hace evidente cuando se pierde la presión interna y la estructura colapsa.