
胴体(/ ˈfjuːzəlɑːʒ /、フランス語のfuselé「紡錘形」に由来)は、航空機の主要部分です。[ 1 ]乗員、乗客、または貨物を収容します。単発機の場合、通常はエンジンも含まれていますが、一部の水陸両用機では、単一のエンジンが胴体に取り付けられたパイロンに取り付けられ、胴体自体が浮体船体として使用されます。胴体はまた、航空機の安定性と操縦性に必要な、操縦翼面と安定翼面を揚力面に対して特定の関係に配置する役割も果たします。

このタイプの構造は、溶接鋼管トラスを使用した軽量航空機の多くで今もなお用いられています。箱型トラス構造の胴体は木材でも構築でき、多くの場合、合板で覆われます。シンプルな箱型構造は、軽量の支持材となる縦通材を追加することで丸みを帯びさせることができ、布張りの外装がより空力的に優れた形状、あるいはより美しい形状を形成できるようになります。

ジオデシック構造要素は、戦間期から第二次世界大戦にかけて、ブリティッシュ・ビッカース社のためにバーンズ・ウォリスによって、胴体全体、すなわち空力形状を形成するために使用されました。このタイプの構造では、複数の平らな帯状のストリンガーがフレームに反対方向に螺旋状に巻き付けられ、かごのような外観を形成します。これは軽量で強度と剛性に優れ、ほぼ完全に木材で作られているという利点がありました。アルミニウム合金を使用した同様の構造は、ビッカース・ワーウィックで使用され、他の構造タイプに必要な材料よりも少ない材料で済みました。ジオデシック構造は冗長性も備えているため、壊滅的な破損を起こさずに局所的な損傷に耐えることができます。構造の上に布製のカバーを被せることで、空力シェルが完成しました(このプロセスを使用した大型戦闘機の例については、ビッカース・ウェリントンを参照してください)。この論理的な発展形は、成形合板を使用した胴体の作成であり、複数のシートを異なる方向に木目が向くように配置して、下図のようなモノコック構造を形成します。

この方法では、胴体の外面が主要構造にもなります。この典型的な初期の形態(ロッキード・ベガを参照)は、合板の層を「プラグ」の上または型の中で成形する成形合板を使用して作られました。この構造の後期の形態では、合板の代わりにポリエステルまたはエポキシ樹脂を含浸させたグラスファイバークロスをスキンとして使用します。アマチュアが製作した航空機で使用されているこの単純な形態では、硬質発泡プラスチックをコアとして使用し、グラスファイバーで覆うことで、型を作る必要がなくなりますが、仕上げに手間がかかります(ルータン・ヴァリエゼを参照)。大型の成形合板航空機の例としては、第二次世界大戦のデ・ハビランド・モスキート戦闘機/軽爆撃機があります。合板スキンの胴体は、薄いスキンが座屈するのを防ぐために集中荷重を支える補強要素が構造に組み込まれているため、真のモノコックではありません。現代の多くのグライダーの量産では、ネガティブ型(雌型)を用いた成形グラスファイバー(ほぼ完成品が得られる)の使用が一般的である。胴体構造に成形複合材を使用する手法は、ボーイング787ドリームライナーのような大型旅客機にも拡大されつつあり(雌型を用いた加圧成形)、その用途は拡大している。

これは、全アルミニウム製胴体を製造する際の好ましい方法です。まず、胴体の断面形状をした一連の型枠を、剛性のある治具に固定します。次に、これらの型枠を、ストリンガーと呼ばれる軽量の縦方向部材で接合します。これらの部材は、リベット留めまたは特殊な接着剤で接着されたアルミニウム板で覆われます。その後、治具を分解して完成した胴体シェルから取り外し、配線、制御装置、座席や荷物入れなどの内装機器を取り付けます。現代の大型航空機のほとんどはこの技術を使用して製造されていますが、この方法で製造された複数の大きなセクションをファスナーで接合して完全な胴体を形成します。最終製品の精度は高価な治具に大きく左右されるため、この方法は、多数の同一の航空機を生産する量産に適しています。このタイプの初期の例としては、ダグラス・エアクラフト社のDC-2およびDC-3民間航空機、ボーイング社のB-17フライングフォートレスなどがあります。ほとんどの金属製軽飛行機はこのプロセスを使用して製造されています。
モノコック構造とセミモノコック構造はどちらも「応力外皮構造」と呼ばれ、翼や尾翼、エンジンなどの個別の質量体からの外部荷重の全部または一部が表面被覆材によって支えられます。さらに、内部加圧による荷重もすべて(外皮張力として)外部被覆材によって支えられます。
部品間の荷重配分は、主に構築に使用可能な部品の寸法、強度、弾性、および設計が「自己治具式」であるかどうか(つまり、位置合わせのための完全な治具を必要としないかどうか)によって決定される設計上の選択である。

初期の航空機は、布で覆われた木製フレームで構成されていました。単葉機が普及するにつれて、強度を高めるために金属フレームが採用され、最終的には外装表面全体を金属で覆った全金属構造の航空機へと発展しました。これは1915年後半に初めて開発されました。現代の航空機の中には、ボーイング787のように、主要な操縦翼面、翼、または胴体全体に複合材料を使用しているものもあります。787では、より高い与圧レベルと大きな窓によって乗客の快適性が向上するとともに、軽量化によって運航コストを削減できます。ボーイング787は、全アルミニウム製の場合よりも1,500ポンド(680kg)軽量です。
エアバスA320のコックピットの風防は、時速650km (350ノット)までの鳥の衝突に耐える必要があり、化学強化ガラスで作られています。通常、ガラスまたはプラスチックの3層または3プライで構成されています。内側の2層はそれぞれ厚さ8mm(0.3インチ)で構造的な役割を果たし、外側の約3mmのプライは異物による損傷や摩耗に対するバリアであり、多くの場合、疎水性コーティングが施されています。キャビン内の曇りを防ぎ、 -50 ℃(-58 °F)からの氷を溶かす必要があります。これは以前は自動車の後部窓に似た細いワイヤーで行われていましたが、現在はプライ間に挟まれた透明なナノメートル厚の酸化インジウムスズコーティングによって実現されており、導電性があり熱を伝達します。曲面ガラスは空力性能を向上させますが、視界基準を満たすにはより大きなガラス板も必要です。エアバスA320のコックピットの風防は4~6枚のパネルで構成され、各パネルの重量は35kg (77ポンド)です。平均的な航空機は耐用年数の間に3~4枚の風防を交換し、市場はOEMと高利益率のアフターマーケットで均等に分けられています。[ 1 ]
客室窓は、ガラスよりもはるかに軽い延伸アクリルガラスで作られており、複数のパネルで構成されています。外側のパネルは客室の最大圧力の4倍を支えるように設計されており、内側のパネルは冗長性のため、そして乗客の近くには傷防止用のパネルがあります。アクリルはクレイジングを起こしやすく、細かいひび割れのネットワークが現れますが、研磨することで光学的な透明性 を回復できます。コーティングされていない窓の場合、除去と研磨は通常2~3年ごとに行われます。[ 1 ]
ノースロップYB-49フライングウィングやノースロップB-2スピリット爆撃機のような「フライングウィング」航空機には、独立した胴体はありません。代わりに、胴体に相当する部分は、翼構造の厚みを増した部分となっています。
逆に、独立した翼を持たず、胴体を使って揚力を発生させる航空機設計も少数ながら存在する。例としては、アメリカ航空宇宙局(NASA)の実験的なリフティングボディ設計や、ヴォート社のXF5U-1フライングフラップジャックなどが挙げられる。
ブレンデッドウィングボディは、上記の要素を組み合わせたものと考えることができます。胴体内部に有効荷重を載せ、揚力を発生させます。現代の例としては、ボーイングX-48が挙げられます。この設計アプローチを採用した初期の航空機の一つに、バーネリCBY-3があります。この機体は、揚力を発生させるために翼型形状に成形されていました。