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Monocasco ( / ˈm ɒ n ə k ɒ k , - k oʊ k / MON -ə-ko(h)k ) , también llamado piel estructural , es un sistema estructural en el que las cargas son soportadas por la piel externa de un objeto, de manera similar a una cáscara de huevo. La palabra monocasco es un término francés que significa "cáscara única". [1]
Utilizado inicialmente para barcos, [2] un auténtico monocasco soporta fuerzas de tracción y compresión dentro de su revestimiento y se reconoce por la ausencia de un armazón interno que soporte la carga. Pocas aeronaves de metal, aparte de aquellas con revestimiento fresado, pueden considerarse estrictamente monocascos puros, ya que utilizan una carcasa o lámina de metal reforzada con armazones remachados al revestimiento, pero la mayoría de las aeronaves de madera se describen como monocascos, aunque también incorporan armazones.
Por el contrario, un semimonocasco es un híbrido que combina una piel estresada por tracción y una estructura compresiva formada por largueros y costillas o marcos . [3] Otros semimonocascos, que no deben confundirse con los verdaderos monocascos, incluyen las carrocerías unibody de los vehículos , que tienden a ser compuestos, y las carcasas inflables o tanques de globos , ambos estabilizados por presión.
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Los primeros aviones se construían utilizando armazones, normalmente de madera o tubos de acero , que luego podían cubrirse (o revestirse ) con tela [4] como lino irlandés o algodón . [5] La tela hacía 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 la suma de sus partes, la construcción monocasco integró la piel y el armazón en una única carcasa portante con mejoras significativas en la resistencia y el peso.
Para fabricar el armazón 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 monocasco de carreras Deperdussin de 1912, que utilizó un fuselaje laminado compuesto por tres capas de chapa de álamo encolada, que proporcionaba tanto el revestimiento externo como la estructura principal de soporte de carga. [6] Esto también produjo una superficie más lisa y redujo la resistencia aerodinámica de manera tan efectiva que pudo ganar la mayoría de las carreras en las que participó. [6]
Este estilo de construcción fue desarrollado en Alemania por LFG Roland utilizando la forma patentada Wickelrumpf (casco envuelto) que luego fue licenciada por ellos a Pfalz Flugzeugwerke, que la utilizó 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 madera contrachapada utilizada en un principio era propensa a dañarse por la humedad y la delaminación. [7]
Si bien los aviones totalmente metálicos, como el Junkers J 1, habían aparecido ya en 1915, no eran monocascos, sino que añadían una capa de metal a una estructura subyacente.
Los primeros monocascos de metal fueron construidos por Claudius Dornier , mientras trabajaba para Zeppelin-Lindau. [8] Tuvo que superar una serie de problemas, uno de los más importantes fue 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. [8] 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 DI se construyó en 1918 y, aunque demasiado tarde para el servicio operativo durante la guerra, fue el primer avión monocasco completamente de metal en entrar en producción. [8] [9]
En paralelo a Dornier, Zeppelin también empleó a Adolf Rohrbach , quien construyó el Zeppelin-Staaken E-4/20 , que cuando voló en 1920 [10] se convirtió en el primer avión de pasajeros monocasco multimotor, antes de ser destruido por orden de la Comisión Interaliada. Al final de la Primera Guerra Mundial, la Comisión Técnica Interaliada publicó detalles del último hidroavión Zeppelin-Lindau que mostraba 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 configuración de la producción. Short acabaría demostrando las ventajas de este método de construcción con una serie de hidroaviones, cuyos cascos de metal no absorbían agua como los de madera, lo que mejoraba enormemente su rendimiento. En Estados Unidos, Northrop fue un gran pionero, introduciendo técnicas utilizadas por su propia empresa y por Douglas con el Northrop Alpha .
En las carreras de coches, la seguridad del piloto depende de la carrocería del coche, que debe cumplir unas normas estrictas, y sólo unos pocos coches se han construido con estructuras monocasco. [11] [12] Un chasis monocasco de aleación de aluminio se utilizó por primera vez en el coche de carreras de Fórmula 1 Lotus 25 de 1962 y McLaren fue el primero en utilizar 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 coche de producción con un monocasco de fibra de carbono. [13]
El término monocasco se suele aplicar de forma errónea a los coches monocasco . Las carrocerías de los coches comerciales casi nunca son monocascos auténticos, sino que utilizan el sistema monocasco (también conocido como construcción unitaria, construcción integral carrocería-chasis o carrocería-bastidor) [14] , en el que la carrocería del vehículo, su suelo y el chasis forman una única estructura, mientras que el revestimiento añade relativamente poca resistencia o rigidez. [15]
Algunos vehículos blindados de combate utilizan una estructura monocasco con una carrocería formada por placas de blindaje , en lugar de fijarlas a un armazón. Esto reduce el peso para una determinada cantidad de blindaje. Algunos ejemplos son el TPz Fuchs y el RG-33 alemanes .
En la década de 1920, el industrial e ingeniero francés Georges Roy intentó mejorar los chasis de las motocicletas de inspiración ciclista de la época, que carecían de rigidez, lo que 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 Déco. Su nuevo tipo de carrocería monocasco resolvió los problemas que había abordado y, junto con una mejor rigidez, cumplía una doble función, ya que el chasis y la carrocería proporcionaban cierta protección contra los elementos. En sentido estricto, era más bien una semimonocasco, ya que utilizaba un chasis de acero prensado de sección cuadrada con dos rieles laterales remachados entre sí mediante travesaños, junto con paneles de piso y mamparos traseros y delanteros. [2]
En los años 50 se fabricó un scooter ligero Piatti utilizando una carcasa hueca monocasco de chapa de acero prensada soldada entre sí, en la que se instalaban desde abajo el motor y la transmisión.
La máquina se podía inclinar hacia un lado y apoyarla sobre los estribos atornillados para acceder mecánicamente. [16]
Yamaha fabricó un scooter con chasis monocasco entre 1960 y 1962. El modelo MF-1 estaba equipado con un motor de 50 cc con una transmisión de tres velocidades y un tanque de combustible incorporado al chasis. [17]
El fabricante español Ossa desarrolló una motocicleta con chasis monocasco para la temporada de carreras de motos del Gran Premio de 1967. [ 18] Aunque la Ossa monocilíndrica tenía 20 caballos de fuerza (15 kW) menos que sus rivales, era 45 libras (20 kg) más ligera y su chasis monocasco era mucho más rígido que los chasis de motocicletas convencionales , lo que le otorgaba una agilidad superior en la pista de carreras. [18] Ossa ganó cuatro carreras de Gran Premio con la motocicleta 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 de Gran Premio . [18]
Diseñadores notables como Eric Offenstadt y Dan Hanebrink crearon diseños monocasco únicos para carreras a principios de la década de 1970. [19] El evento F750 en las carreras TT de la Isla de Man de 1973 fue ganado por Peter Williams en la John Player Special con marco monocasco que ayudó a diseñar basándose en Norton Commando . [20] [21] Honda también experimentó con la NR500 , una motocicleta de carreras monocasco de Grand Prix en 1979. [ 22] 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 la Aero-D One, con un chasis monocasco compuesto que pesaba solo 12 kg (26 lb). [23]
En 2000, Kawasaki utilizó por primera vez un chasis monocasco de aluminio en una motocicleta de producción en serie: la ZX-12R [24] , su emblemática motocicleta deportiva de producción en serie destinada a ser la motocicleta de producción en serie más rápida . En 2000, Cycle World la describió como una "columna vertebral monocasco... una única viga de gran diámetro" y "fabricada a partir de una combinación de piezas fundidas y estampaciones de chapa metálica". [25]
Los cuadros de bicicleta de fibra de carbono de una sola pieza a veces se describen como monocascos; sin embargo, como la mayoría utiliza componentes para formar una estructura de cuadro (incluso si están moldeados en una sola pieza), [26] estos son cuadros, no monocascos, y la industria de bicicletas a pedales continúa refiriéndose a ellos como conjuntos de cuadros.
Los modelos P40DC, P42DC y P32ACDM utilizan una carcasa monocasco.
Varios cohetes han utilizado diseños monocasco estabilizados por presión, como Atlas [27] y Falcon 1. [ 28] El Atlas era muy ligero ya que una parte importante de su soporte estructural lo proporcionaban sus tanques de combustible de globo de acero de pared simple , que mantienen su forma mientras están bajo aceleración por la presión interna. Los tanques de globo no son verdaderos monocascos, sino que actúan de la misma manera que los caparazones inflables . La piel de un tanque de globo solo maneja fuerzas de tracción , mientras que la compresión es resistida por la presión interna del líquido de una manera similar a los semimonocascos reforzados por un marco sólido. Esto se vuelve obvio cuando se pierde la presión interna y la estructura colapsa. Los tanques monocasco también pueden ser más baratos de fabricar que las ortorredes más tradicionales . El próximo vehículo de lanzamiento New Glenn de Blue Origin utilizará una construcción monocasco en su segunda etapa a pesar de la penalización de masa para reducir el costo de producción. Esto es especialmente importante cuando la etapa es prescindible , como con la segunda etapa de New Glenn . [29]
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