Lockheed XF-104 Starfighter был одномоторным, высокопроизводительным, сверхзвуковым перехватчиком -прототипом для серии легких и простых истребителей ВВС США (USAF). Было построено всего два самолета; один самолет использовался в основном для аэродинамических исследований, а другой служил испытательным стендом вооружения, оба самолета были уничтожены в результате несчастных случаев во время испытаний. [1] XF-104 были предшественниками более 2500 серийных Lockheed F-104 Starfighter .
Во время Корейской войны летчики-истребители ВВС США уступали советским летчикам, вооруженным МиГами. Инженеры Lockheed под руководством Келли Джонсона разработали и представили ВВС новый проект, отличающийся своей гладкостью, в частности тонкими крыльями и фюзеляжем в форме ракеты, а также новой системой катапультирования пилота.
Летные испытания XF-104 начались с первого полета в марте 1954 года, столкнувшись с несколькими проблемами, некоторые из которых были решены; однако характеристики XF-104 оказались лучше, чем предполагалось, и, несмотря на то, что оба прототипа были потеряны в результате аварий, ВВС США заказали 17 эксплуатационных испытательных/предсерийных YF-104A. Серийные истребители Starfighter оказались популярными как в ВВС США, так и за рубежом, они использовались в ряде стран, включая Иорданию , Турцию и Японию.
Кларенс Л. «Келли» Джонсон , главный инженер Lockheed's Skunk Works , посетил Корею в декабре 1951 года и поговорил с летчиками-истребителями о том, какой самолет им нужен. В то время летчики ВВС США сражались с МиГ-15 «Фагот» на своих североамериканских F-86 Sabres , и многие из летчиков считали, что МиГи превосходят более крупные и сложные американские самолеты. Летчики просили небольшой и простой самолет с превосходными характеристиками. [2] В частности, один летчик, полковник Габби Габрески , сказал: «Я бы предпочел смотреть с куском жевательной резинки, приклеенным к лобовому стеклу», и сказал Джонсону, что радар «был пустой тратой времени». [2]
По возвращении в США Джонсон немедленно приступил к проектированию именно такого самолета, понимая, что официальные требования скоро будут опубликованы. В марте 1952 года его команда была собрана, и они набросали несколько различных предложений самолетов, начиная от небольших конструкций весом 8000 фунтов (3,6 т) и заканчивая довольно большими конструкциями весом 50 000 фунтов (23 т). L-246, как стал известен проект, оставался по сути идентичным «Model L-083 Starfighter», который в конечном итоге был поставлен. [3]
Проект был представлен ВВС в ноябре 1952 года, которые были достаточно заинтересованы, чтобы создать новое предложение, пригласив несколько компаний к участию. Было получено три дополнительных проекта: Republic AP-55, улучшенная версия его прототипа XF-91 Thunderceptor ; North American NA-212, который в конечном итоге превратился в F-107 ; и Northrop N-102 Fang , новый проект с двигателем General Electric J79 .
Хотя все они были интересны, Lockheed имела непреодолимое лидерство и получила контракт на разработку в марте 1953 года. [3] Тестовые данные из более ранней программы Lockheed X-7 по беспилотному прямоточному воздушно-реактивному двигателю/ракете оказались бесценными для аэродинамических исследований, поскольку XF-104 разделял общую конструкцию крыла и хвоста X-7. [4] [5] Опыт, полученный при работе над Douglas X-3 Stiletto, также использовался на этапе проектирования XF-104. [6] Более 400 избыточных артиллерийских ракет с приборами были запущены для испытания различных аэродинамических профилей и конструкций хвостового оперения; с них фотопленка и телеметрия были извлечены на парашюте. [7]
Деревянный макет был готов к осмотру в конце апреля, а работа над двумя прототипами началась в конце мая. Двигатель J79 еще не был готов, поэтому оба прототипа были спроектированы для использования Wright J65 , лицензированной версии Armstrong Siddeley Sapphire . Строительство первого прототипа XF-104 ( серийный номер в США 53-7786 , номер Buzz FG-786) началось летом 1953 года на заводе Lockheed в Бербанке, штат Калифорния . [8] Этот самолет был оснащен турбореактивным двигателем Wright J65-B-3 без форсажа, построенным Buick . Первый прототип был завершен к началу 1954 года и начал летать в марте. Общее время от заключения контракта до первого полета составило всего один год, очень короткий срок даже тогда и неслыханный сегодня, когда более типичным является 10–15 лет. [5] Строительство второго прототипа (серийный номер 53-7787 ) шло более медленными темпами. [8]
Официальное одобрение проекта XF-104 привело к заключению контракта на постройку 17 испытательных самолетов YF-104A и серийному производству более 2500 самолетов, построенных как в Соединенных Штатах, так и по лицензии по всему миру. [9]
Видимые изменения от XF-104 до серийных версий Starfighter включают в себя более длинный фюзеляж (для размещения двигателя J79 и дополнительного внутреннего топлива) и убирающуюся вперед носовую стойку шасси (кроме двухместных версий) для увеличения зазора для катапультируемого вниз кресла. В ходе программы испытаний YF-104A был добавлен подфюзеляжный киль для повышения устойчивости. Входные ударные конусы и обтекатель хребта фюзеляжа между фонарем и килем, в котором размещались топливные трубопроводы, были дополнительными функциями. [3] [10] [11] Серийные самолеты также будут иметь переработанную конструкцию киль с использованием лонжеронов из нержавеющей стали для устранения проблемы флаттера. [12] Поскольку внутренняя емкость топливного бака была низкой, что ограничивало полезную дальность полета самолета, дополнительная емкость была обеспечена на более поздних версиях за счет удлинения передней части фюзеляжа. [9]
Чтобы достичь желаемых характеристик, Lockheed выбрала минималистский подход: дизайн, который достигал бы высоких характеристик путем обертывания самого легкого, наиболее аэродинамически эффективного планера вокруг одного мощного двигателя. Акцент был сделан на минимизации сопротивления и массы . [13]
XF-104 имел радикальную конструкцию крыла. Большинство сверхзвуковых реактивных самолетов используют стреловидное или треугольное крыло. Это обеспечивает разумный баланс между аэродинамическими характеристиками, подъемной силой и внутренним пространством для топлива и оборудования. Однако наиболее эффективной формой для высокоскоростного сверхзвукового полета оказалось небольшое прямое трапециевидное крыло средней установки с малым удлинением и высокой нагрузкой на крыло . Крыло было чрезвычайно тонким, с отношением толщины к хорде всего 3,4%. [14] Передние кромки крыла были настолько тонкими (0,016 дюйма/0,41 мм) и настолько острыми, что представляли опасность для наземных экипажей, и во время наземных операций приходилось устанавливать защитные ограждения. Тонкость крыльев означала, что топливные баки и шасси приходилось размещать в фюзеляже. Гидравлические приводы, приводящие в движение элероны, имели толщину всего один дюйм (25 мм), чтобы поместиться в доступное пространство, и были известны как приводы Piccolo из-за их сходства с этим музыкальным инструментом. Крылья имели электрически управляемые передние и задние закрылки для увеличения подъемной силы на низкой скорости. XF-104 не имел системы управления пограничным слоем серийного самолета. [15]
После обширных испытаний в аэродинамической трубе стабилизатор был установлен в верхней части плавника для оптимальной устойчивости и контроля относительно оси тангажа . [15] Поскольку вертикальный хвостовой плавник был лишь немного короче длины каждого крыла и почти столь же аэродинамически эффективен, он мог действовать как крыло при применении руля направления (явление, известное как « голландский крен »). Чтобы компенсировать этот эффект, крылья были наклонены вниз, чтобы получить 10° ксеноморфный . Руль направления управлялся вручную и дополнялся небольшой поверхностью демпфера рыскания , установленной в нижней части плавника. [15]
Фюзеляж XF-104 имел высокий коэффициент тонкости , т. е. резко сужающийся к носу, и небольшую лобовую площадь 25 кв. футов (2,3 м2 ) . [16] Фюзеляж был плотно упакован, в нем находились кабина , авионика , пушка, все внутреннее топливо, шасси и двигатель. [13] Воздухозаборники, спроектированные Беном Ричем , имели фиксированную геометрию без входных конусов , поскольку самолет с двигателем J65 не мог развивать скорость 2 Маха . Они были похожи на воздухозаборники F-94 Starfire , будучи установлены немного в стороне от фюзеляжа, с внутренней разделительной пластиной для отвода воздуха из пограничного слоя . Сочетание этих особенностей обеспечивало чрезвычайно низкое сопротивление, за исключением большого угла атаки , при котором индуцированное сопротивление становилось очень высоким.
XF-104 отличался необычным катапультируемым вниз креслом Stanley B. Были опасения, что современные конструкции катапультируемых кресел не будут иметь достаточной взрывной силы, чтобы преодолеть высокую хвостовую часть «T». В случае, если кресло не сработало, можно было вручную открыть нижний люк фюзеляжа и затем покинуть самолет под действием силы тяжести. Самолеты серии F-104 позже были переоборудованы в кресла с катапультированием вверх, но люк в фюзеляже сохранили как полезную функцию обслуживания. [1]
Первый XF-104 (Lockheed 083-1001, серийный номер 53-7786 ) был доставлен на авиабазу Эдвардс в обстановке строгой секретности в ночь с 24 на 25 февраля, где летчик-испытатель Lockheed Тони Левье должен был провести начальные испытания. [3] 28 февраля 1954 года XF-104 совершил запланированный подскок примерно на пять футов от земли во время высокоскоростного руления, но его первый официальный полет состоялся 4 марта. [17] Во время этого полета шасси не убиралось, и Левье приземлился после полета на низкой скорости продолжительностью около 20 минут. [8] Корректировки и дальнейшие полеты показали, что проблема заключалась в низком давлении в гидравлической системе. [8] Плохая погода удерживала XF-104 на земле до 26 марта, когда были выполнены дальнейшие полеты с нормальной уборкой шасси. [8]
Второй прототип (Lockheed 083-1002, серийный номер 53-7787 ), изначально оснащенный форсажным двигателем J65, совершил свой первый полет 5 октября. Поскольку он должен был стать испытательным стендом вооружения, он был оснащен 20-мм (.79 дюйма) пушкой M61 Vulcan и был оснащен системой управления огнем AN/ASG-14T-1. [10] XF-104 № 2 достиг максимальной скорости 1,79 Маха на высоте 60 000 футов (18 000 м) 25 марта 1955 года, пилотируемый летчиком-испытателем Lockheed Дж. Рэем Гуди. Это была самая высокая скорость, достигнутая XF-104. [8] [13]
XF-104 № 1 был дозвуковым в горизонтальном полете, когда был оснащен бесфорсажным J65, но Маха 1 можно было легко превзойти во время небольшого снижения. В июле 1954 года J65-B-3 был заменен турбореактивным J65-W-7 с форсажем. С установкой этого двигателя характеристики XF-104 значительно улучшились. Максимальная скорость в горизонтальном полете составляла 1,49 Маха на высоте 41 000 футов (12 000 м), а высота 55 000 футов (17 000 м) могла быть достигнута при подъеме с увеличением высоты, в то время как Маха 1,6 можно было достичь при пикировании. Первый XF-104 был принят ВВС США в ноябре 1955 года. [8]
Первоначальные воздушные испытания стрельбы пушкой Vulcan на втором самолете прошли успешно, но 17 декабря произошел взрыв во время выстрела [9] , и двигатель J65 получил серьезные остановки компрессора . Тони Левье немедленно выключил двигатель и спланировал обратно, чтобы совершить успешную посадку без возможности взлета в Rogers Dry Lake . Расследование позже показало, что один из 20-мм снарядов пушки взорвался в казенной части , выбив болт из задней части пушки и через конструкцию в передний топливный бак фюзеляжа. Реактивное топливо попало в орудийный отсек и вытекло из уплотнений двери отсека в воздухозаборник левого двигателя. Двигатель немедленно заполнился топливом, что привело к остановке компрессора. [18]
XF-104 53-7786 был потерян в катастрофе 11 июля 1957 года, когда он развил неконтролируемое дрожание киля во время полета в погоне за F-104A для летных испытаний. Вся хвостовая группа была оторвана от планера, и летчик-испытатель Lockheed Билл Парк был вынужден катапультироваться. Трепетание киля было известной проблемой, и самолет был ограничен скоростью не более 0,95 Маха на момент аварии. Тони Левье пытался снять самолет с полета и поместить в музей, утверждая, что его характеристики не подходят для преследования. [9] [12] [19]
XF-104 53-7787 был потерян 14 апреля 1955 года после того, как налетал более 1000 часов [9] [20] , когда летчик-испытатель Герман Салмон был вынужден катапультироваться во время испытательных стрельб из пушки на высоте 50 000 футов (15 000 м). Во время испытательных стрельб пушка вышла из строя, и начали нарастать сильные вибрации, которые выбили люк катапульты под кабиной. Давление в кабине было потеряно, когда скафандр Салмона надулся и закрыл его лицо так, что он не мог видеть. Вспоминая мучительный опыт Левье с взорвавшимся снарядом пушки в декабре прошлого года, Салмон считал, что с ним произошло то же самое, и что у него не было выбора, кроме как катапультироваться. Позже он узнал, что мог бы спасти 53-7787 , спустив его на меньшую высоту и дождавшись, пока скафандр сдуется. С потерей испытательного стенда вооружения инженеры Lockheed были вынуждены искать альтернативу, и испытания вооружения были продолжены на модифицированном Lockheed F-94C Starfire . [21] Два XF-104 налетали в общей сложности около 2500 часов. [8]
Летные испытания показали, что оценки производительности были точными, и что даже при оснащении маломощным двигателем J65 XF-104 летал быстрее, чем другие истребители Century Series, разрабатывавшиеся в то время. Потолок XF-104 на высоте 60 000 футов (18 000 м) был на 7 000 футов (2 100 м) выше прогнозируемого, и он превысил расчетные показатели скорости и сопротивления на два-три процента. [22] Однако было отмечено, что низкая тяга двигателя J65 не позволила реализовать весь потенциал производительности этого типа. [9]
Всплыло несколько мелких проблем, но их легко устранили. Демпфер рыскания XF-104 оказался неэффективным, а руль направления не центрировался положительно; эти проблемы были исправлены путем пересмотра системы управления рулем направления. [21] Руль без двигателя не обеспечивал адекватного управления направлением на высоких скоростях полета, и эта проблема была устранена путем использования гидравлического привода на всех последующих версиях F-104; и была выражена некоторая обеспокоенность по поводу плохой дозвуковой маневренности на больших высотах. [21]
В более позднем интервью Келли Джонсона спросили о его мнении о самолете. «Соответствовал ли он моим проектам? С точки зрения производительности — да. С точки зрения двигателя мы прошли через множество проблем с двигателем, не с J65, а с J79». [23] За участие в проектировании планера F-104 Джонсон был совместно награжден Collier Trophy в 1958 году, разделив эту награду с General Electric (двигатель) и ВВС США (летные записи). [24]
Данные Боумана и Дренделя. [1] [25]
Общая характеристика
Производительность
Вооружение
Сопутствующее развитие
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи
Связанные списки
