โครงสร้างเชิงกลของเครื่องบินเรียกว่าโครงเครื่องบิน^{[ 1 ]} โดย ทั่วไปโครงสร้างนี้จะรวมถึงลำตัวเครื่องบินล้อลงจอด หางเสือ และปีกและไม่รวมระบบขับเคลื่อน^{[ 2 ]}

การออกแบบโครงสร้างเครื่องบินเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมการบินและอวกาศที่ผสมผสานหลักการทางอากาศพลศาสตร์เทคโนโลยีวัสดุและ วิธี การผลิตโดยมุ่งเน้นที่น้ำหนัก ความแข็งแรง และแรงต้านอากาศรวมถึงความน่าเชื่อถือและต้นทุน

ประวัติศาสตร์การออกแบบโครงสร้างเครื่องบินสมัยใหม่เริ่มต้นขึ้นในสหรัฐอเมริกาในช่วง การบินครั้งแรก ของเครื่องบินไรท์ฟลายเออร์ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ การออกแบบ เครื่องบิน ปีกคงที่

ในปี พ.ศ. 2455 เครื่องบินโมโนค็อกของเดอเพอร์ดัสซิน เป็นผู้บุกเบิกโครงสร้างลำตัวเครื่องบิน แบบโมโนค็อกที่เบา แข็งแรง และเพรียวบางซึ่งสร้างขึ้นจาก ชั้น ไม้อัด บางๆ บนโครงวงกลม ทำให้สามารถทำความเร็วได้ถึง 210 กม./ชม. (130 ไมล์/ชม.) ^{[ 3 ] [ 4 ]}

การพัฒนาในช่วงแรกหลายอย่างได้รับแรงผลักดันจากความต้องการทางทหาร ในช่วง สงครามโลกครั้งที่หนึ่งเครื่องบินที่มีชื่อเสียง จากยุคนั้น ได้แก่ เครื่องบินรบของแอนโทนี ฟอกเกอร์นักออกแบบชาวดัตช์ สำหรับกองทัพอากาศ ของจักรวรรดิเยอรมัน(Luftstreitkräfte)และเรือบินเคอร์ติส ของสหรัฐฯ และ เครื่องบิน ปีกเดียว ทาอูเบของเยอรมนี/ออสเตรีย ซึ่งใช้โครงสร้างแบบผสมผสานระหว่างไม้และโลหะ

ในช่วงปี 1915/16 บริษัท Luft-Fahrzeug-Gesellschaft ของเยอรมนี ได้คิดค้น โครงสร้าง โมโนค็อกที่ทำจากไม้ทั้งหมด โดยมีเพียงโครงภายในที่เป็นโครงกระดูกเท่านั้น โดยใช้แผ่นไม้อัดที่ "ห่อ" อย่างพิถีพิถันในแนวทแยงมุมมากถึงสี่ชั้น รอบแม่พิมพ์คอนกรีตตัวผู้ในครึ่ง "ซ้าย" และ "ขวา" ซึ่งเรียกว่า โครงสร้าง Wickelrumpf (ตัวถังห่อ) ^{[ 5 ]} - ซึ่งปรากฏครั้งแรกในLFG Roland C.II ปี 1916 และต่อมาได้รับอนุญาตให้Pfalz Flugzeugwerkeสำหรับเครื่องบินรบปีกสองชั้น D-series ของตน

ในปี พ.ศ. 2459 เครื่องบินขับไล่ปีกสองชั้น Albatros D.III ของเยอรมัน มี ลำตัว แบบกึ่งโมโนค็อกที่มีแผงไม้อัดรับน้ำหนักติดกาวกับคาน ยาว และผนังกั้น ต่อ มา ได้ถูกแทนที่ด้วยโครงสร้างผิวรับแรง ที่แพร่หลายโดยใช้ โลหะแทนไม้^{[ 3 ]}วิธีการที่คล้ายกับแนวคิดของบริษัท Albatros ถูกนำมาใช้โดยHannoversche Waggonfabrikสำหรับการออกแบบเครื่องบินสองที่นั่งขนาดเบาCL.IIถึงCL.VและโดยSiemens-Schuckertสำหรับ การออกแบบเครื่องบินขับไล่ปีกสองชั้น Siemens-Schuckert D.IIIและD.IV ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าในภายหลัง โครงสร้างของ Albatros D.III มีความซับซ้อนน้อยกว่าแนวคิด LFG Wickelrumpf ที่ได้รับการจดสิทธิบัตร สำหรับการหุ้มภายนอก

วิศวกรชาวเยอรมันHugo Junkersบินเครื่องบินโครงโลหะทั้งหมดเป็นครั้งแรกในปี 1915 ด้วย เครื่องบิน Junkers J 1 แบบ ปีกคานยื่นและผิวรับแรงดึงที่ทำจากเหล็ก^{[ 3 ]}ต่อมาได้มีการพัฒนาเพิ่มเติมโดยใช้ดูราลูมินที่ มีน้ำหนักเบากว่า ซึ่งคิดค้นโดยAlfred Wilmในเยอรมนีก่อนสงคราม ในโครงเครื่องบินJunkers DIในปี 1918 ซึ่งเทคนิคดังกล่าวได้รับการนำไปใช้โดยแทบไม่เปลี่ยนแปลงหลังสงครามโดยทั้งวิศวกรชาวอเมริกันWilliam Bushnell StoutและวิศวกรการบินและอวกาศชาวโซเวียตAndrei Tupolevซึ่งพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์สำหรับเครื่องบินที่มีปีกกว้างถึง 60 เมตรในช่วงทศวรรษ 1930

เครื่องบิน J 1 ในปี 1915 และเครื่องบินขับไล่ DI ในปี 1918 ตามมาด้วยเครื่องบินขนส่งโลหะทั้งหมดลำแรกในปี 1919 คือJunkers F.13ซึ่งทำจากดูราลูมินเช่นเดียวกับ DI มีการสร้างขึ้น 300 ลำ พร้อมกับเครื่องบินโดยสารโลหะทั้งหมด สี่ เครื่องยนต์ ลำแรก คือ Zeppelin-Staaken E-4/20เพียงลำเดียว^{[ 3 ] [ 4 ]} การพัฒนา เครื่องบินพาณิชย์ในช่วงทศวรรษ 1920 และ 1930 มุ่งเน้นไปที่การออกแบบเครื่องบินปีกเดียวโดยใช้เครื่องยนต์เรเดียลบางรุ่นผลิตขึ้นเพียงลำเดียวหรือในปริมาณน้อย เช่นSpirit of St. Louisที่Charles Lindberghบินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ในปี 1927 William Stout ออกแบบ Ford Trimotors ที่ทำจากโลหะทั้งหมดในปี 1926 ^{[ 6 ]}

เครื่องบิน ต้นแบบขับไล่ทางทะเลHall XFHที่บินในปี 1929 เป็นเครื่องบินลำแรกที่มีลำตัวโลหะแบบตอกหมุด : ผิวอลูมิเนียมหุ้มท่อเหล็ก Hall ยังเป็นผู้บุกเบิก การใช้หมุดย้ำแบบเรียบและข้อต่อชนกันระหว่างแผ่นผิวในเรือบินHall PHซึ่งบินในปี 1929 เช่นกัน^{[ 3 ]}เรือบินทดลองBudd BB-1 Pioneerปี 1931 ซึ่งสร้างขึ้นโดยอิงจาก Savoia-Marchetti S.56ของอิตาลี สร้างขึ้นจาก เหล็กกล้าไร้สนิม ที่ทนต่อการกัดกร่อน ประกอบเข้าด้วยกันโดยใช้ การเชื่อมจุดที่พัฒนาขึ้นใหม่โดยบริษัท Buddผู้ ผลิตรถไฟของสหรัฐฯ ^{[ 3 ]}

ปรัชญาโครงสร้างเครื่องบินหุ้มด้วยดูราลูมินลูกฟูกของ Junkers ดั้งเดิมนั้นได้พัฒนามาเป็น เครื่องบินโดยสารสามเครื่องยนต์ Junkers Ju 52 ที่มีต้นกำเนิดในปี 1932 ซึ่ง กองทัพอากาศนาซีเยอรมันใช้ตลอดช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเพื่อการขนส่งและพลร่ม การออกแบบของ Andrei Tupolev ใน สหภาพโซเวียตของ Joseph Stalinได้ออกแบบเครื่องบินโลหะทั้งหมดหลายรุ่นที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งถึงเครื่องบินที่ใหญ่ที่สุดในยุคนั้น คือTupolev ANT-20 ที่มีเครื่องยนต์แปดเครื่อง ในปี 1934 และ บริษัทของ Donald Douglasได้พัฒนา เครื่องบินโดยสารสองเครื่องยนต์ Douglas DC-3 อันเป็นสัญลักษณ์ ในปี 1936 ^{[ 7 ]}เครื่องบินเหล่านี้เป็นหนึ่งในการออกแบบที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดที่เกิดขึ้นในยุคนั้นโดยใช้โครงสร้างเครื่องบินโลหะทั้งหมด

ในปี พ.ศ. 2480 เครื่องบินLockheed XC-35ถูกสร้างขึ้นโดยเฉพาะโดยมีระบบปรับความดันภายในห้องโดยสารเพื่อทำการทดสอบการบินที่ระดับความสูงสูงอย่างกว้างขวาง ซึ่งเป็นการปูทางให้กับเครื่องบินBoeing 307 Stratolinerซึ่งจะเป็นเครื่องบินลำแรกที่มีห้องโดยสารปรับความดันเพื่อเข้าสู่การให้บริการเชิงพาณิชย์^{[ 4 ]}

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองความต้องการทางทหารได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในการออกแบบโครงสร้างเครื่องบินอีกครั้ง เครื่องบินที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด ได้แก่เครื่องบิน C-47 Skytrain , B-17 Flying Fortress , B-25 MitchellและP-38 Lightningของสหรัฐฯ และเครื่องบิน Vickers Wellington ของอังกฤษ ซึ่งใช้วิธีการสร้างแบบทรงโดม และAvro Lancasterซึ่งทั้งหมดเป็นการปรับปรุงใหม่จากแบบดั้งเดิมในทศวรรษ 1930 เครื่องบินเจ็ทลำ แรก ถูกผลิตขึ้นในช่วงสงคราม แต่ไม่ได้ผลิตในปริมาณมาก

เนื่องจากความขาดแคลนอะลูมิเนียมในช่วงสงคราม เครื่องบินขับไล่ ทิ้งระเบิดเดอ ฮาวิลแลนด์ มอสกีโตจึงถูกสร้างขึ้นจากไม้ โดยใช้ไม้อัดปิดทับแกนไม้บัลซาและขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์เพื่อสร้างโครงสร้างโมโนโคก ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาการเชื่อม โลหะต่อโลหะ ที่ใช้ในภายหลังสำหรับเดอ ฮาวิลแลนด์ โคเมตและฟอกเกอร์ F27 และF28 ^{[ 3 ]}

การออกแบบโครงสร้างเครื่องบินพาณิชย์หลังสงครามมุ่งเน้นไปที่เครื่องบินโดยสาร เครื่องยนต์ เทอร์โบพร็อปและต่อมาคือเครื่องยนต์ไอพ่นความเร็วและแรงดึง ที่สูงขึ้นโดยทั่วไป ของเครื่องยนต์เทอร์โบพร็อปและไอพ่นเป็นความท้าทายที่สำคัญ[ ^{8 ] โลหะ}ผสมอะลูมิเนียม ที่พัฒนาขึ้นใหม่ที่มีทองแดงแมกนีเซียมและสังกะสีมีความสำคัญต่อการออกแบบเหล่านี้^{[ 9 ]}

เครื่องบิน Douglas X-3 Stilettoซึ่งบินในปี 1952 และออกแบบมาเพื่อบินด้วยความเร็วเหนือเสียง Mach 2 ซึ่งแรงเสียดทานที่ผิวต้องอาศัยความทนทานต่อความร้อน เป็นเครื่องบิน ที่ทำจากไทเทเนียมลำแรกแต่มีกำลังเครื่องยนต์น้อยและ บินด้วยความเร็ว เหนือเสียง ได้เพียงเล็กน้อย เครื่องบิน Lockheed A-12และSR-71 ที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียง Mach 3.2 ก็ทำจากไทเทเนียมเป็นส่วนใหญ่ เช่นเดียวกับเครื่องบินขนส่งความเร็วเหนือเสียงBoeing 2707 ที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียง Mach 2.7 ซึ่ง ถูกยกเลิกไป ^{[ 3 ]}

เนื่องจากไทเทเนียมที่ทนความร้อนนั้นเชื่อมยากและใช้งานได้ยาก จึงใช้เหล็กนิกเกิล เชื่อมสำหรับเครื่องบินขับไล่ Mikoyan-Gurevich MiG-25 ที่บินด้วยความเร็ว Mach 2.8 ซึ่งบินครั้งแรกในปี 1964 และเครื่องบินขับไล่ North American XB-70 Valkyrie ที่ บินด้วยความเร็ว Mach 3.1 ใช้ แผง รังผึ้งสแตนเลส เชื่อมประสาน และไทเทเนียม แต่ถูกยกเลิกไปก่อนที่จะบินในปี 1964 ^{[ 3 ]}

ระบบช่วยออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2512 สำหรับเครื่องบินMcDonnell Douglas F-15 Eagleซึ่งบินครั้งแรกในปี พ.ศ. 2517 พร้อมกับเครื่องบินGrumman F-14 Tomcatและทั้งสองรุ่นใช้ คอม โพสิตเส้นใยโบรอนในส่วนหาง ในขณะที่โพลีเมอร์เสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนที่มีราคาถูกกว่า^ถูกนำมาใช้สำหรับผิวปีกของเครื่องบินMcDonnell Douglas AV-8B Harrier II , F/A-18 HornetและNorthrop Grumman B-2 Spirit [ ^{3 ]}

ครีบหางแนวตั้งของเครื่องบินแอร์บัส A310-300ซึ่งบินครั้งแรกในปี 1985 เป็นโครงสร้างหลักที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ชิ้นแรกที่ใช้ในเครื่องบินพาณิชย์วัสดุคอมโพสิตถูกนำมาใช้มากขึ้นในเครื่องบินโดยสารของแอร์บัสตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ได้แก่ ครีบหางแนวนอนของA320ในปี 1987 และA330 / A340ในปี 1994 และกล่องปีกกลางและลำตัวส่วนท้ายของA380ในปี 2005 ^{[ 3 ]}

เครื่องบินCirrus SR20ซึ่งได้รับการรับรองประเภทในปี 1998 เป็น เครื่องบิน สำหรับการบินทั่วไปที่ผลิตในวงกว้างเป็นครั้งแรกโดยใช้โครงสร้างคอมโพสิตทั้งหมด ตามมาด้วยเครื่องบินขนาดเล็ก อื่นๆ อีกหลายลำ ในช่วงทศวรรษ 2000 ^{[ 10 ]}

เครื่องบินโบอิ้ง 787ซึ่งบินครั้งแรกในปี 2552 เป็นเครื่องบินพาณิชย์ลำแรกที่มีน้ำหนักโครงสร้าง 50% ทำจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ ร่วมกับอะลูมิเนียม 20% และไทเทเนียม 15% วัสดุนี้ช่วยให้มีแรงต้านต่ำลงอัตราส่วนความกว้างต่อความยาวของปีก สูงขึ้น และความดันในห้องโดยสารสูงขึ้นเครื่องบินแอร์บัส A350 คู่แข่ง ซึ่งบินในปี 2556 มีน้ำหนักโครงสร้าง 53% ที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์^{[ 3 ]}มีลำตัวเครื่องบินที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ชิ้นเดียว ซึ่งกล่าวกันว่าสามารถทดแทน "แผ่นอะลูมิเนียม 1,200 แผ่น และหมุดย้ำ 40,000 ตัว" ^{[ 11 ]}

เครื่องบิน Bombardier CSeriesปี 2013 มีปีกที่ขึ้นรูปด้วยเรซินแบบแห้ง และลำตัว ทำจาก โลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียม น้ำหนักเบา เพื่อความทนทานต่อความเสียหายและการซ่อมแซม ซึ่งเป็นการผสมผสานที่สามารถนำไปใช้กับเครื่องบินลำตัวแคบ ในอนาคต ได้^{[ 3 ]}ในปี 2016 เครื่องบินCirrus Vision SF50 กลายเป็น เครื่องบินเจ็ทขนาดเล็กที่ได้รับการรับรองเป็นลำแรกที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ทั้งหมด

ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2560 แอร์บัสได้ติดตั้ง เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างเครื่องบินไทเทเนียมโดยใช้การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุด้วยลำแสงอิเล็กตรอนจากSciaky, Inc. ^{[ 12 ]}

การผลิตโครงเครื่องบินกลายเป็นกระบวนการที่เข้มงวด ผู้ผลิตดำเนินการภายใต้การควบคุมคุณภาพและกฎระเบียบของรัฐบาลอย่างเข้มงวด การเบี่ยงเบนจากมาตรฐานที่กำหนดไว้ถือเป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างมาก^{[ 14 ]}

เครื่องบินโดยสารเจ็ทลำแรกของโลก เดอ ฮาวิลแลนด์ โคเม็ต ถือเป็นจุดสำคัญในการออกแบบการบิน โดยบินครั้งแรกในปี 1949 รุ่นแรกๆ ประสบปัญหาความล้าของโลหะ ในโครงสร้างอย่างรุนแรง ทำให้เกิดอุบัติเหตุหลายครั้งที่ได้รับการเผยแพร่อย่างกว้างขวาง การสอบสวน ของสถาบันวิจัยการบินแห่งราชวงศ์อังกฤษที่สนามบินฟาร์นโบโรห์ได้วางรากฐานให้กับวิทยาศาสตร์การวิเคราะห์การตกของเครื่องบิน หลังจากทำการทดสอบด้วยการปรับความดัน 3,000 รอบในห้องความดันที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ พบว่าความเสียหายของโครงสร้างเกิดจากความเค้นที่กระจุกตัว ซึ่งเป็นผลมาจากหน้าต่างรูปทรงสี่เหลี่ยม หน้าต่างเหล่านี้ได้รับการออกแบบให้ติดกาวและตอกหมุด แต่กลับใช้การตอกหมุดแบบเจาะรูเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากการตอกหมุดแบบเจาะรู เพราะรูที่เกิดจากการตอกหมุดแบบเจาะรูนั้นไม่สมบูรณ์ อาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความล้าบริเวณรอบๆ หมุดได้

เครื่องบินเทอร์โบพร็อป Lockheed L-188 Electraซึ่งบินครั้งแรกในปี 1957 กลายเป็นบทเรียนราคาแพงเกี่ยวกับการควบคุมการสั่นสะเทือนและการวางแผนรับมือกับความล้าของโลหะ อุบัติเหตุ เครื่องบิน ตกของเที่ยวบิน Braniff Flight 542 ในปี 1959 แสดงให้เห็นถึงความยากลำบากที่อุตสาหกรรมการผลิตโครงสร้างเครื่องบินและ ลูกค้า สายการบินอาจประสบเมื่อนำเทคโนโลยี ใหม่มา ใช้

เหตุการณ์นี้สามารถเปรียบเทียบได้กับ อุบัติเหตุ เครื่องบินแอร์บัส A300ตกขณะขึ้นบินของเที่ยวบิน 587 ของสายการบินอเมริกันแอร์ไลน์ในปี 2544 หลังจากที่หางเสือแนวตั้งหลุดออกจากลำตัวเครื่องบิน ซึ่ง ทำให้เกิดความสนใจในประเด็นการใช้งาน การบำรุงรักษา และการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับวัสดุคอมโพสิตที่ใช้ในโครงสร้างเครื่องบินรุ่นใหม่หลายรุ่น^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}เครื่องบิน A300 เคยประสบปัญหาโครงสร้างอื่นๆ มาก่อน แต่ไม่มีปัญหาใดร้ายแรงเท่านี้

เมื่อศตวรรษที่ 20 ดำเนินไป อะลูมิเนียมกลายเป็นโลหะสำคัญในเครื่องบิน บล็อกกระบอกสูบของเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนเครื่องบินของพี่น้องไรท์ที่คิตตี้ฮอว์กในปี 1903 เป็นชิ้นส่วนหล่อชิ้นเดียวจากโลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีทองแดง 8% ใบพัดอะลูมิเนียมปรากฏขึ้นตั้งแต่ปี 1907 และฝาครอบ ที่นั่ง ฝาครอบเครื่องยนต์ ตัวยึดหล่อ และชิ้นส่วนที่คล้ายกันที่ทำจากอะลูมิเนียมก็เป็นที่นิยมใช้กันในช่วงเริ่มต้นของสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ในปี 1916 แอล. เบรเกต์ ได้ออกแบบเครื่องบินทิ้งระเบิดลาดตระเวน ซึ่งเป็นการนำอะลูมิเนียมมาใช้ในโครงสร้างการทำงานของเครื่องบินเป็นครั้งแรก เมื่อสงครามสิ้นสุดลง ฝ่ายสัมพันธมิตรและเยอรมนีได้ใช้โลหะผสมอะลูมิเนียมสำหรับโครงสร้างของลำตัวและปีก^{[ 18 ]}

โครงสร้างลำตัวเครื่องบินเป็นงานที่ต้องการความแข็งแรงสูงที่สุดสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม การบันทึกพัฒนาการของโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงจึงเป็นการบันทึกพัฒนาการของโครงสร้างลำตัวเครื่องบินด้วยเช่น กัน ดูราลูมิน ซึ่ง เป็น โลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงและสามารถอบชุบความร้อนได้ชนิดแรก ถูกนำมาใช้ครั้งแรกสำหรับโครงสร้างของเรือเหาะแบบแข็งโดยเยอรมนีและฝ่ายสัมพันธมิตรในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 ดูราลูมินเป็นโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดง-แมกนีเซียม มีต้นกำเนิดในเยอรมนีและได้รับการพัฒนาในสหรัฐอเมริกาในชื่อโลหะผสม 17S-T (2017-T4) โดยส่วนใหญ่ใช้ในรูปของแผ่นและแผ่นโลหะ

โลหะผสม 7075-T6 (ความแข็งแรงคราก 70,000 psi) ซึ่งเป็นโลหะผสมอะลูมิเนียม-สังกะสี-แมกนีเซียม-ทองแดง ถูกนำมาใช้ในปี 1943 ตั้งแต่นั้นมา โครงสร้างเครื่องบินส่วนใหญ่จึงถูกกำหนดให้ใช้โลหะผสมประเภทนี้ เครื่องบินลำแรกที่ออกแบบด้วย 7075-T6 คือเครื่องบินทิ้งระเบิดลาดตระเวน P2V ของกองทัพเรือ โลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงกว่าในซีรีส์เดียวกัน คือ 7178-T6 (ความแข็งแรงคราก 78,000 psi) ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 1951 แต่โดยทั่วไปแล้วไม่ได้เข้ามาแทนที่ 7075-T6 ซึ่งมีความเหนียวแตกหักที่เหนือกว่า

โลหะผสม 7178-T6 ใช้เป็นหลักในชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการประสิทธิภาพสูงสุดภายใต้แรง อัด

โลหะผสม 7079-T6 ถูกนำมาใช้ในสหรัฐอเมริกาในปี 1954 ในชิ้นส่วนขึ้นรูปที่มีความหนามากกว่า 3 นิ้ว โลหะผสมนี้ให้ความแข็งแรงสูงกว่าและมีความยืดหยุ่น ตามขวาง มากกว่า 7075-T6 ปัจจุบันมีจำหน่ายในรูปแบบแผ่น แผ่นหนา การอัดขึ้นรูป และการตีขึ้นรูป

โลหะผสม X7080-T7 มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้น สูง กว่า 7079-T6 และกำลังได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ในชิ้นส่วนที่มีความหนา เนื่องจากมีความไวต่อ อัตรา การชุบแข็งค่อนข้างต่ำ จึงสามารถผลิตชิ้นงานที่มีความแข็งแรงสูงและมีแรงเค้นจากการชุบแข็งต่ำได้ในชิ้นส่วนที่มีความหนา

การเคลือบผิวด้วยโลหะผสมอะลูมิเนียมได้รับการพัฒนาขึ้นในขั้นต้นเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของแผ่นโลหะ 2017-T4 และลดความต้องการในการบำรุงรักษาเครื่องบินอะลูมิเนียม การเคลือบผิวบนแผ่นโลหะ 2017 และต่อมาบนแผ่นโลหะ 2024-T3 ประกอบด้วยอะลูมิเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ที่ยึดติดทางโลหะวิทยาเข้ากับพื้นผิวด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านของแผ่นโลหะ

การป้องกันด้วยไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นภายใต้สภาวะเปียกหรือชื้น อาศัยศักยภาพทางไฟฟ้า ที่สูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด ของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ เมื่อเทียบกับโลหะผสม 2017 หรือ 2024 ในสภาวะ T3 หรือ T4 เมื่อโลหะผสม 7075-T6 และโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu อื่นๆ ปรากฏขึ้น โลหะผสมอะลูมิเนียม-สังกะสีหุ้ม 7072 จึงถูกพัฒนาขึ้นเพื่อให้มีศักยภาพทางไฟฟ้าสัมพัทธ์ที่เพียงพอต่อการปกป้องโลหะผสมที่แข็งแรงใหม่เหล่านี้

อย่างไรก็ตาม เครื่องบินสมรรถนะสูงที่ออกแบบตั้งแต่ปี 1945 เป็นต้นมา ได้ใช้โครงสร้างผิวที่ขึ้นรูปจากแผ่นโลหะหนาและวัสดุอัดขึ้นรูปอย่างแพร่หลาย ทำให้ไม่สามารถใช้ ผิวภายนอก แบบเคลือบด้วยโลหะผสมได้ ส่งผลให้ความต้องการในการบำรุงรักษาเพิ่มขึ้น และกระตุ้นให้เกิดโครงการวิจัยและพัฒนาเพื่อหาโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงขึ้นและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้นโดยไม่ต้องเคลือบผิว

โดยทั่วไปแล้ว การหล่อโลหะผสมอะลูมิเนียมถูกนำมาใช้ในชิ้นส่วนที่ไม่ใช่โครงสร้างของเครื่องบิน เช่น ตัวยึดรอก ตัวยึดมุม ตัวเสริม คลิป และท่อต่างๆ นอกจากนี้ยังมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในตัววาล์ว ที่ซับซ้อน ของระบบควบคุมไฮดรอลิก ปรัชญาของผู้ผลิตเครื่องบินบางรายยังคงเป็นการระบุให้ใช้ชิ้นส่วนหล่อเฉพาะในส่วนที่หากชิ้นส่วนนั้นเสียหายจะไม่ทำให้เครื่องบิน ตก การมีระบบสำรองในระบบควบคุมด้วยสายเคเบิลและไฮดรอลิกทำให้สามารถใช้ชิ้นส่วนหล่อได้

เทคโนโลยีการหล่อโลหะได้ก้าวหน้าไปอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา โลหะผสมที่ใช้กันมาอย่างยาวนาน เช่น 355 และ 356 ได้รับการปรับปรุงเพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่สูงขึ้น โลหะผสมใหม่ๆ เช่น 354, A356, A357, 359 และ Tens 50 ได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับการหล่อที่มีความแข็งแรงสูง ความแข็งแรงสูงนี้มาพร้อมกับความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความน่าเชื่อถือในการใช้งานที่ดียิ่งขึ้น

การเชื่อมจุดและการเชื่อมตะเข็บด้วยความต้านทานไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการเชื่อมโครงสร้างรอง เช่น แฟริ่ง ฝาครอบเครื่องยนต์ และแผ่นเสริมแรง เข้ากับผนังกั้นและแผ่นผิวตัวถัง อย่างไรก็ตาม ความยากลำบากในการควบคุมคุณภาพส่งผลให้การใช้การเชื่อมด้วยความต้านทานไฟฟ้าสำหรับโครงสร้างหลักมีน้อย

การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิคมีข้อดีในด้านเศรษฐกิจและการควบคุมคุณภาพสำหรับการเชื่อมต่อชิ้นงานในกระบวนการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแผ่นโลหะบาง อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

การยึดติดด้วยกาวเป็นวิธีการเชื่อมต่อที่ใช้กันทั่วไปทั้งในโครงสร้างหลักและโครงสร้างรอง การเลือกใช้ขึ้นอยู่กับปรัชญาการออกแบบของผู้ผลิตเครื่องบิน วิธีนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการยึดชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรง เช่น ชิ้นส่วนรูปทรงหมวกเข้ากับแผ่นโลหะ และแผ่นปิดหน้าเข้ากับแกนรังผึ้งนอกจากนี้ การยึดติดด้วยกาวยังทนต่อสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น การแช่น้ำทะเลและสภาพบรรยากาศต่างๆ ได้ดี

โครงสร้างหลักของเครื่องบินที่ทำจากอะลูมิเนียม เชื่อมด้วยวิธีฟิวชั่นแทบจะไม่มีอยู่เลย เนื่องจากโลหะผสมความแข็งแรงสูงที่ใช้มี คุณสมบัติ การเชื่อม ต่ำ และประสิทธิภาพของรอยเชื่อมต่ำ โลหะผสมบางชนิด เช่น 2024-T4 ยังมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนลดลงในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนหากปล่อยทิ้งไว้ในสภาพที่เชื่อมแล้ว

กระบวนการเชื่อมที่ได้รับการปรับปรุงและโลหะผสมที่เชื่อมได้ที่มีความแข็งแรงสูงขึ้นซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาได้เปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับโครงสร้างหลักที่เชื่อมได้ ตัวอย่างเช่น ความสามารถในการเชื่อมและความแข็งแรงของโลหะผสม 2219 และ 7039 และความสามารถในการบัดกรีและความแข็งแรงของ X7005 เปิดเส้นทางใหม่สำหรับการออกแบบและการผลิตโครงสร้างอากาศยาน

เครื่องบินขนาดเล็กส่วนใหญ่มีโครงสร้างลำตัวแบบกึ่งโมโนค็อกที่ทำจากอะลูมิเนียมทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เครื่องบินขนาดเล็กบางลำมีโครงสร้างรับน้ำหนักแบบโครงถักท่อหุ้มด้วยผ้าหรืออะลูมิเนียม หรือทั้งสองอย่าง โดยปกติแล้วแผ่นอะลูมิเนียมจะมีขนาดความหนาขั้นต่ำที่ใช้งานได้จริง คือ 0.015 ถึง 0.025 นิ้ว แม้ว่าข้อกำหนดด้านความแข็งแรงในการออกแบบจะค่อนข้างต่ำ แต่แผ่นอะลูมิเนียมจำเป็นต้องมีความแข็งแรงและความแข็งในระดับปานกลางเพื่อลดความเสียหายจากพื้นผิว เช่น หิน เศษวัสดุ เครื่องมือช่าง และการใช้งานทั่วไป ปัจจัยหลักอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเลือกโลหะผสมสำหรับการใช้งานนี้ ได้แก่ ความต้านทานการกัดกร่อน ต้นทุน และรูปลักษณ์ โลหะผสม 6061-T6 และ alclad 2024-T3 เป็นตัวเลือกหลัก

โดยทั่วไปแล้วแผ่นผิวของเครื่องบินขนาดเล็กที่ออกแบบและผลิตในปัจจุบันจะเป็นแผ่นอลูมิเนียมอัลลอยด์ Alclad 2024-T3 โครงสร้างภายในประกอบด้วยคานรับน้ำหนัก คานขวาง ผนังกั้น คานขวาง และอุปกรณ์ยึดต่างๆ ที่ทำจากอลูมิเนียมอัดขึ้นรูป แผ่นขึ้นรูป การตีขึ้นรูป และการหล่อ

โลหะผสมที่ใช้มากที่สุดสำหรับชิ้นส่วนขึ้นรูปด้วยการอัดรีดคือ 2024-T4 สำหรับชิ้นส่วนที่มีความหนาน้อยกว่า 0.125 นิ้ว และสำหรับการใช้งานทั่วไป และ 2014-T6 สำหรับชิ้นส่วนที่หนากว่าและรับแรงดึงสูงกว่า โลหะผสม 6061-T6 มีการใช้งานอย่างมากสำหรับการอัดรีดที่ต้องการชิ้นส่วนบางและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม โลหะผสม 2014-T6 เป็นโลหะผสมหลักสำหรับการตีขึ้นรูป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับล้อลงจอดและกระบอกไฮดรอลิก โลหะผสม 6061-T6 และโลหะผสม 6151-T6 ซึ่งใช้สำหรับการตีขึ้นรูปเช่นกัน มักถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ประกอบอื่นๆ ด้วยเหตุผลด้านความประหยัดและประสิทธิภาพการทนต่อการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น เมื่อชิ้นส่วนนั้นไม่รับแรงดึงสูง

โลหะผสม 356-T6 และ A356-T6 เป็นโลหะผสมหลักที่ใช้ในการหล่อชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ตัวยึด คันโยก รอก และอุปกรณ์ต่างๆ ล้อผลิตจากโลหะผสมเหล่านี้โดยวิธีการหล่อแบบถาวรหรือการหล่อทราย นอกจากนี้ การหล่อแบบด้วยแม่พิมพ์ในโลหะผสม A380 ก็เหมาะสมสำหรับการผลิตล้อเครื่องบินขนาดเล็กเช่นกัน

สำหรับโครงสร้างที่มีความเค้นต่ำในเครื่องบินขนาดเล็ก บางครั้งจะใช้โลหะผสม 3003-H12, H14 และ H16; 5052-O, H32, H34 และ H36; และ 6061-T4 และ T6 โลหะผสมเหล่านี้ยังเป็นตัวเลือกหลักสำหรับถังเชื้อเพลิง น้ำมันหล่อลื่น และน้ำมันไฮดรอลิก ท่อ และท่อและตัวยึดอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่ต้องมีการเชื่อม โลหะผสม 3003, 6061 และ 6951 ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบบัดกรีและอุปกรณ์ไฮดรอลิก โลหะผสมที่พัฒนาขึ้นใหม่ เช่น 5086, 5454, 5456, 6070 และโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม-สังกะสีที่เชื่อมได้แบบใหม่ มีข้อได้เปรียบด้านความแข็งแรงเหนือกว่าโลหะผสมที่กล่าวมาข้างต้น

การประกอบแผ่นโลหะของเครื่องบินขนาดเล็กส่วนใหญ่ทำได้โดยใช้หมุดย้ำที่ทำจากโลหะผสม 2017-T4, 2117-T4 หรือ 2024-T4 สกรูโลหะแผ่นแบบเกลียวในตัวมีให้เลือกใช้ในโลหะผสมอะลูมิเนียม แต่สกรูเหล็กชุบแคดเมียมมักใช้กันทั่วไปมากกว่าเพื่อให้ได้ความแข็งแรงในการรับแรงเฉือนและความสามารถในการขับเคลื่อนที่สูงกว่า โลหะผสม 2024-T4 ที่เคลือบด้วยอะโนไดซ์เป็นมาตรฐานสำหรับสกรู สลักเกลียว และน็อตอะลูมิเนียมที่ผลิตตามข้อกำหนดทางทหาร อย่างไรก็ตาม โลหะผสม 6262-T9 นั้นเหนือกว่าสำหรับน็อต เนื่องจากมีความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นได้เกือบสมบูรณ์^{[ 19 ]}

• ลองเกอรอน
• อดีต
• คอร์ด (การบิน)
• แฟริ่งเครื่องบิน
• ครีบหางแนวตั้ง

• Michael Gubisch (9 กรกฎาคม 2018). "การวิเคราะห์: โครงสร้างลำตัวเครื่องบินแบบคอมโพสิตมีความเป็นไปได้สำหรับเครื่องบินลำตัวแคบหรือไม่?" . Flightglobal .