碳纖維在60年前就已經問世，但是用於造戰鬥機原來這麼曲折

軍情 05-10

與傳統上飛機使用的鋁合金相比，複合材料不僅重量輕、強度好、勁度高、還耐熱、耐腐蝕，又有很好的抗疲勞性，因此在講求性能的軍用飛機上應該是最受歡迎的材料。

複合材料是由強度較高的纖維（fiber）與強度低但能使纖維維持於一定位置的基體（matrix）材料所組成。纖維使基體的強度增加，而基體又將纖維固結在一起，使各纖維平均分擔負載，並保護纖維免於外界的機械性或化學性磨損，二者相得益彰。

複合材料在飛機上的運用早在第二次世界大戰時就開始了，當時的飛機雷達罩就是用玻璃纖維強化塑料（Fiberglass-Reinforced Plastic）製造的，但這只是普通的複合材料。

複合材料發展到今天，先進複合材料已成為主流，這種材料主要是由碳纖維（石墨纖維）、硼纖維、陶瓷（ceramic）纖維等，與環氧樹脂（epoxy）、聚珗亞胺樹脂（polyimide）等基體所組成的複合材料。

先進複合材料的發展，始於20世紀60年代對纖維絲（filament）及積層板（lamina）的研究，當時美國對複合材料的結構零件的設計與製造也不遺餘力大力開發，這些努力的成果就是首次應用在F-14生產型水平尾翼上的硼纖維-環氧樹脂複合材料蒙皮，與金屬件相比，重量減輕18%。

此時複合材料的應用只是作為金屬的代用品，用在不承受主要負載的次要結構處，這樣既能擁有複合材料的輕重量優點，也比較能得到航空工業界低風險要求的認同。

1958年，美國俄亥俄州克里夫蘭市（Cleveland）的帕馬技術中心（Parma Technical Center），物理學家貝肯（Roger Bacon）發現了高性能碳纖維。在之後幾年裡，中心的科學家就開發出一套製造方法，把人造絲（rayon）經由熱拉伸（hot-stretching）方式，讓碳纖維分子對齊而增加纖維的勁度（stiffness），製造出高模數（high-modulus）的碳纖維

20世紀60年代中期，日本和英國的研究人員相繼開發出不需熱拉伸，而是經由氧化再碳化聚丙烯晴纖維，就可制出高強度（high-strength）、高模數的碳纖維。20世紀70至80年代中期，由於碳纖維-環氧樹脂在性能和價格上都比硼纖維-環氧樹脂優異，所以成為最受歡迎的複合材料原料，被用於F-15、B-1、F-16的生產型結構件上。

1978年，碳纖維複合材料開始用於製造戰鬥機主結構，如F-18和AV-8B的翼盒（wing box），和金屬件比較，這兩種翼盒各減輕了11%和17%的重量。

這個時期複合材料在飛機結構上的應用取得了長足的發展，格魯曼（Grumman）X-29前掠翼驗證機、比例複合材料公司（Scaled Composites）不需空中加油就能環球飛行的「航行家」（Voyager）、貝爾-波音V-22「魚鷹」（Osprey）傾轉旋翼機由於特殊的要求，也只有複合材料才能適用。

X-29的機翼蒙皮是由單向性（unidirectional）複合材料預浸布（pre-impregnated）沿不同方向一層層粘貼而成，讓機翼結構具有各向異性（anisotropic）特性，以滿足氣動發散（divergence）和顫震（flutter）的需求。

20世紀90年代，先進複合材料的發展重點是在維持結構性能不變的條件下，降低製造成本。以前的複合材料設計及製造，都只是把複合材料當成金屬的替代品。製造出來的零組件仍用固定件（fastener）相互接合，大幅抵銷了複合材料輕重量的優點，組裝複合材料零件耗費人力較多，也推高了整體成本，因此這個時期的發展重心在於把複合材料的製造及組裝成本，降低到低於金屬零件的程度。

20世紀90年代初，美國空軍研究實驗室了解到與傳統金屬材料比較，先進複合材料雖然具有大幅減輕飛機結構重量的潛力，但航空工業界卻不願使用，僅少量應用於新研製的飛機中。例如在F-22項目初期，預定複合材料使用量會佔全機重量的一半，但最後實際使用量只佔全機重量的四分之一。雖然美國當時一些其它的戰鬥機如F-15、F-16、F-18都已有少量使用複合材料的先例，但F-22在考慮複合材料結構的製造成本