Lockheed XF-104 Starfighter представлял собой одномоторный, высокопроизводительный, сверхзвуковой прототип перехватчика 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 для вооружения, причем оба самолета были уничтожены в результате аварий во время испытаний. [1] XF-104 были предшественниками более чем 2500 серийных истребителей Lockheed F-104 Starfighter .
Во время Корейской войны летчики-истребители ВВС США уступали советским летчикам, оснащенным МиГами. Инженеры Lockheed под руководством Келли Джонсон разработали и представили ВВС новую конструкцию, отличающуюся обтекаемостью, особенно 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, когда возник ряд проблем, 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 служебно-испытательных/предсерийных YF-104A. Серийные истребители Starfighters оказались популярными как в ВВС США, так и за рубежом, обслуживая ряд 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 тип самолета им нужен. В то время пилоты ВВС США противостояли МиГ-15 «Фагот» на своих North American F-86 Sabre , и многие пилоты считали, что МиГи превосходят более крупные и сложные американские конструкции. Пилотам нужен был небольшой и простой самолет с отличными характеристиками. [2] В частности, цитировались слова одного пилота, полковника Габби Габрески ; «Я бы предпочел видеть 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 вскоре будет опубликовано официальное требование. В марте 1952 года его команда была собрана, и они набросали несколько различных предложений самолетов, от небольших конструкций массой 8 000 фунтов (3,6 т) до довольно крупных - 50 000 фунтов (23 т). L-246, в том виде, в котором его конструкция стала известна, по существу оставался идентичным «Звездному истребителю модели L-083», который в конечном итоге был поставлен. [3]
Проект был представлен ВВС в ноябре 1952 года, которые были достаточно заинтересованы, чтобы создать новое предложение, пригласив к участию несколько компаний. Были получены три дополнительных конструкции: Republic AP-55, улучшенная версия своего прототипа XF-91 Thunderceptor ; North American NA-212, который в конечном итоге превратился в F-107 ; и Northrop N-102 Fang , новая конструкция с двигателем General Electric J79 .
Хотя все они были интересными, компания Lockheed имела непреодолимое преимущество и получила контракт на разработку в марте 1953 года. общая конструкция крыла и хвоста Х-7. [4] [5] Опыт, полученный при разработке Douglas X-3 Stiletto, также использовался на этапе проектирования XF-104. [6] Было запущено более 400 излишков артиллерийских ракет с приборами для испытаний различных профилей и конструкций хвостового оперения; с которого с помощью парашюта были извлечены фотопленка и телеметрия. [7]
Деревянный макет был готов к проверке 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 , лицензионной версии Armstrong Siddeley Sapphire . Строительство первого прототипа XF-104 ( серийный номер в США 53-7786 , номер FG-786) началось летом 1953 года на заводе Lockheed в Бербанке, Калифорния . [8] Этот самолет был оснащен турбореактивным двигателем Wright J65-B-3, построенным компанией 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 типичны 10–15 лет. [5] Строительство второго прототипа (серийный номер 53-7787 ) шло более медленными темпами. [8]
Официальное одобрение конструкции XF-104 привело к заключению контракта на поставку 17 самолетов для служебных испытаний YF-104A и серийного производства более 2500 самолетов, построенных как в США, так и по лицензии по всему миру. [9]
Видимые изменения по сравнению с XF-104 в серийных версиях Starfighter включают более длинный фюзеляж (для размещения двигателя J79 и дополнительного внутреннего топлива) и убирающуюся вперед носовую опору шасси (кроме двухместных версий) для увеличения клиренса при посадке вниз. катапультируемое сиденье. Во время программы испытаний YF-104A был добавлен подфюзеляжный плавник для повышения устойчивости. Дополнительными особенностями были впускные амортизаторы и обтекатель фюзеляжа между фонарем и килем, в котором располагались топливные трубопроводы. [3] [10] [11] Серийный самолет также будет иметь измененную конструкцию киля с использованием лонжеронов из нержавеющей стали для устранения проблемы флаттера. [12] Поскольку внутренний запас топлива был низким, что ограничивало полезную дальность полета самолета, в более поздних версиях дополнительная емкость была обеспечена за счет удлинения носовой части фюзеляжа. [9]
Чтобы достичь желаемых характеристик, компания Lockheed выбрала минималистский подход: конструкцию, которая позволила бы достичь высоких характеристик за счет создания самого легкого и наиболее аэродинамически эффективного планера , возможного, вокруг одного мощного двигателя. Акцент был сделан на минимизацию лобового сопротивления и массы . [13]
XF-104 имел крыло радикальной конструкции. Большинство сверхзвуковых 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, расположенное посередине, с малым удлинением и высокой нагрузкой на крыло . Крыло было чрезвычайно тонким, с соотношением 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 бригад, и во время наземных операций приходилось устанавливать защитные ограждения. Тонкость крыльев означала, что топливные баки и шасси пришлось разместить в фюзеляже. Гидравлические приводы , приводившие в движение элероны, имели толщину всего один дюйм (25 мм), чтобы поместиться в доступное пространство, и были известны как приводы Пикколо из-за их сходства с этим музыкальным инструментом. Крылья имели закрылки передней и задней кромки с электроприводом для увеличения подъемной силы на низкой скорости. XF-104 не имел системы контроля пограничного слоя, как серийный самолет. [15]
После обширных испытаний в аэродинамической трубе стабилизатор был установлен в верхней части киля для обеспечения оптимальной устойчивости и контроля по оси тангажа . [15] Поскольку вертикальный хвостовой киль был лишь немного короче длины каждого крыла и почти столь же аэродинамически эффективен, он мог действовать как крыло при использовании руля направления (феномен, известный как « голландский крен »). Чтобы компенсировать этот эффект, крылья были наклонены вниз, чтобы получить угол наклона 10° . Руль направления имел ручное управление и дополнялся небольшой поверхностью демпфера рыскания , установленной в нижней части киля. [15]
Фюзеляж XF-104 имел высокую тонкость , т . е. резко суживался к носу, и небольшую лобовую площадь — 25 кв. футов (2,3 м 2 ). [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 впускных конусов , поскольку самолет с двигателем J65 был неспособен развивать скорость 2 Маха . Они были аналогичны тем, что были на F-94 Starfire , устанавливались немного дальше от фюзеляжа и имели внутреннюю разделительную пластину для отвода воздуха из пограничного слоя . Комбинация этих функций обеспечивала чрезвычайно низкое сопротивление, за исключением большого угла атаки , когда индуцированное сопротивление становилось очень высоким.
XF-104 отличался необычным сиденьем Stanley B , выбрасываемым вниз . Высказывались опасения, что современные конструкции катапультных кресел не будут обладать достаточной взрывной силой, чтобы преодолеть высокое Т-образное хвостовое оперение. В случае, если кресло не сработало, можно было вручную открыть нижний люк фюзеляжа, а затем покинуть самолет под действием силы тяжести. Самолеты серии F-104 позже были преобразованы в сиденья с катапультированием вверх, но люк в фюзеляже сохранился как полезная функция технического обслуживания. [1]
Первый XF-104 (Lockheed 083-1001, серийный номер 53-7786 ) был доставлен на авиабазу Эдвардс в условиях строгой секретности в ночь с 24 на 25 февраля, где летчик-испытатель Lockheed Тони Левьер должен был провести первоначальные испытания. [3] 28 февраля 1954 года XF-104 совершил запланированный прыжок на высоту около пяти футов над землей 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, продолжавшегося около 20 минут. [8] Регулировки и дальнейшие полеты выявили, что проблема заключалась в низком давлении в гидравлической системе. [8] Из-за плохой погоды XF-104 оставался на земле до 26 марта, когда дальнейшие полеты были выполнены с обычным убирающимся шасси. [8]
Второй прототип (Lockheed 083-1002, серийный номер 53-7787 ), с самого начала оснащенный форсажным двигателем J65, впервые поднялся в воздух 5 октября. Поскольку это должен был быть испытательный стенд вооружения, он был оснащен 20-мм (0,79 дюйма) пушкой M61 Vulcan и 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 с двигателем J65 без форсажа, но скорость 1 Маха можно было легко превысить при небольшом снижении. В июле 1954 года J65-B-3 был заменен форсажным турбореактивным двигателем J65-W-7. С установкой этого двигателя характеристики XF-104 значительно улучшились. Максимальная горизонтальная скорость составляла 1,49 Маха на высоте 41 000 футов (12 000 м), высота 55 000 футов (17 000 м) могла быть достигнута при наборе высоты с увеличением, а 1,6 Маха можно было достичь при пикировании. Первый XF-104 был принят ВВС США в ноябре 1955 года. [8]
Первоначальные воздушные огневые испытания пушки Vulcan на втором самолете прошли успешно, но 17 декабря во время огневой очереди произошел взрыв [9] , и в двигателе J65 произошла серьезная остановка компрессора . Тони Левьер немедленно выключил двигатель и полетел обратно, чтобы совершить успешную посадку на Роджерс-Драй-Лейк . Позднее расследование показало, что один из снарядов 20-мм пушки взорвался в казенной части , в результате чего затвор вылетел из задней части орудия и прошел через конструкцию в топливный элемент в носовой части фюзеляжа. Реактивное топливо попало в орудийный отсек и вытекло через уплотнители дверей отсека в левый воздухозаборник двигателя. Двигатель сразу же залился топливом, в результате чего компрессор заглох. [18]
XF-104 53-7786 погиб в результате крушения 11 июля 1957 года, когда у него возникло неконтролируемое флаттер оперения во время погони за летными испытаниями F-104A. Вся хвостовая группа была оторвана от планера, а летчик-испытатель Lockheed Билл Парк был вынужден катапультироваться. Флаттер плавника был известной проблемой, и во время аварии скорость самолета была ограничена не более 0,95 Маха. Тони Левьер пытался вывести самолет из статуса полета и поместить в музей, утверждая, что его характеристики не подходят для целей преследования. [9] [12] [19]
XF-104 53-7787 был потерян 14 апреля 1955 года после налета более 1000 часов [9] [20] , когда летчик-испытатель Герман Сэлмон был вынужден катапультироваться во время испытательных стрельб из орудия на высоте 50 000 футов (15 000 м). Во время испытательных стрельб орудие вышло из строя, началась сильная вибрация, в результате которой вылетел катапультный люк под кабиной. Давление в кабине было потеряно из-за того, что скафандр Сэлмона надулся и закрыл его лицо, так что он ничего не видел. Вспоминая душераздирающий опыт Левье со взорвавшимся снарядом пушки в декабре прошлого года, Сэлмон полагал, что то же самое произошло и с ним, и что у него не было другого выбора, кроме как катапультироваться. Позже он узнал, что мог спасти 53-7787 , спустив его на меньшую высоту и дождавшись, пока сдуется его скафандр. 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 примерно 2500 часов. [8]
Летные испытания показали, что оценки характеристик были точными и что даже с маломощным двигателем J65 XF-104 летал быстрее, чем другие истребители серии Century , разрабатывавшиеся в то время. Потолок XF-104 на высоте 60 000 футов (18 000 м) оказался на 7 000 футов (2 100 м) выше прогнозируемого и превысил расчетные показатели скорости и сопротивления на два-три процента. [22] Однако было отмечено, что низкая тяга двигателя J65 не позволила полностью реализовать потенциал этого типа. [9]
Всплыл ряд мелких проблем, но они были легко устранены. Демпфер рыскания XF-104 оказался неэффективным, а руль направления не располагался точно по центру; эти проблемы были устранены путем доработки системы управления рулями направления. [21] Руль направления без привода не обеспечивал адекватного управления по курсу на высоких скоростях полета, и проблема была устранена за счет использования гидравлического привода на всех последующих версиях F-104; и была выражена некоторая обеспокоенность по поводу плохой дозвуковой маневренности на больших высотах. [21]
Во время более позднего интервью Келли Джонсона спросили его мнение о самолете. «Соответствует ли он моим проектам? С точки зрения производительности — да. Что касается двигателя, мы столкнулись с множеством проблем с двигателем, не с J65, а с J79». [23] За участие в разработке планера F-104 Джонсон был совместно награжден Collier Trophy в 1958 году, разделив эту награду с General Electric (двигатель) и ВВС США (Flight Records). [24]
Данные Боумана и Дрендела. [1] [25]
Общие характеристики
Производительность
Вооружение
Связанные разработки
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи
Связанные списки
