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北美F-107A“终极佩刀”战斗机

发布时间:2013-05-04  原作者:Edwardiii   点击数:

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  F-100B 最初是被作为 F-100A 的后继型号而研制的。通过最大限度地利用 J57 涡轮喷气发动机的推力,它的速度将快于 F-100A 昼间战斗机。

  F-100B 项目始于 1953 年,这一年,北美航空工业公司(North American Aviation,NAA)在 F-100A 的基础上进行改进,设计出了 NA-212。1952 年 3 月 4 日,北美公司管理层要求其设计队伍对 F-100B 的工程技术指标进行评估。F-100B 将保留 F-100A 的后掠翼布局,但机翼的截面变薄,由原来 F-100A 的相对厚度(厚度/弦长)7% 减小到 5%。飞机将采用经过改进的 J57 发动机,安装可变截面进气道和收敛-发散式尾喷管。新型发动机的最大推力可以达到 16,000 磅。由于安装了双轮起落架,飞机可以从缺少准备的野战机场起飞执行任务?;戆疵婊噬杓?,长细比有所增加?;厝加陀苫砟诓坑拖湫?,没有外挂点可供挂载外部副油箱。F-100B 的尺寸和重量预计与 F-100A 相当,但由于增强了动力,改善了气动外形,最大速度预计可以达到 1.80 马赫。飞机计划于 1955 年投产。

  与此同时,北美公司开始研究将“超佩刀”改进为全天候截击机的可行性。这个项目被称为 F-100I(I代表“截击机”Interceptor)或者 F-100BI(这两个编号都不是美国空军的正式编号)。这种飞机的总体布局与 F-100B 相似,但重新设计了座舱,并且安装有机头雷达罩。为了安装雷达罩,对前机身进行了重新设计,采用了安装了机头下方的可变截面进气道。增加了挂载副油箱的翼下挂架?;砬霸悼梢约尤?,以防止结冰。飞机将只配备火箭武器。F-100BI 与 F-100A 的关系有点类似于 F-86D 和 F-86A。1953 年 10 月 20 日,公司将这个项目编号为 NA-211,开始进行风洞实验,同时还制造了一个详细的座舱全比例模型,并开始制造整机的全比例模型。

F-100B 全尺寸模型,进气口的外形竟与 MiG-21 的 E-8 研究机十分类似

  1953 年 11 月,北美公司又开始考虑将 NA-212 改造成一种战斗轰炸机。在翼下增加了六个外挂架,机翼结构、操纵系统和座舱也都做了相应的修改。飞机具有空中加油能力。风挡和座舱盖经过重新设计,改善了飞行员的视野。安装了可收放的尾撬。飞行控制系统进行了改进,增加了俯仰和偏航阻尼器。

  F-100B 和 F-100BI 都未能引起空军方面的多大兴趣。结果,1954 年 1 月 15 日,根据北美公司总裁李•阿特伍德(Lee Atwood)的要求,该项目做了大幅度的裁减:批生产计划被放弃,项目的规模减小,只作为一项综合性工程研究继续进行。

  4 月 16 日,北美决定在 F-100B 上也基本采用 F-100BI 截击机的总体布局。然而,同月晚些时候,北美公司得知空军对 NA-212 的战斗轰炸机方案表现出了兴趣,因此在 5 月 16 日下令终止 F-100B 项目的所有工作,将精力集中到战斗轰炸改型上来。不过,截击型的机头雷达罩和下颚进气布局都得到了保留。与此同时,北美公司的工程师们发现,利用内翼段吹气式襟翼来进行附面层控制,可以提高飞机的低速操纵品质,并使着陆速度降低约 30 英里/小时,于是在设计的早期阶段,这项技术就得到了应用。——在设计 F-100A 时,没有采用任何襟翼。为把 F-100B 改造成一架战斗轰炸机,还需要做其它一些改动,包括:载荷系数由 7.33 增加到 8.67;安装机动飞行自动驾驶仪;安装 AN/APW-11A 雷达信标、低空轰炸系统(Low-Altitude Bombing System,LABS),AN/ALF-2 箔条发射器,AN/APS-54 雷达告警系统,标航线盘和座舱计算机。此外,还设计了更大、更重的机轮和制动装置;挂架则具备了为外挂物进行电子点火的能力。

  1954 年 6 月 11 日,美国空军签订了购买 35 架 F-100B 战斗轰炸机的合同。1954 年 7 月 8 日,空军通知北美公司,该项目的编号已经正式改为 F-107A,——空军认为这种飞机已经和原先的 F-100A 有了巨大的差别,因此应该获得一个全新的编号。1954 年 8 月 4 日,合同被削减到了仅订购 9 架服役试验用机(编号 YF-107A,空军序列号 55-5118/5126)。

  1954 年末,空军公布了第 68 号总体性能指标(General Operational Requirement, GOR),要求研制一种战术战斗轰炸机和一种昼间/夜间制空战斗机。北美公司显然对此做出了回应,但不清楚 F-107A 是否就满足了 GOR-68 的要求。无论如何,F-107A 的研制工作一直在紧张地进行。此时,普拉特•惠特尼公司已经在 J57 的基础上研制出了推力更大的 J75 新型涡喷发动机,北美公司就马上决定把它作为 F-107A 的动力。

  北美公司的工程师们对F-107A战斗轰炸机的垂直尾翼进行了重新设计,把它设计成单片整体式全动垂尾,——类似的设计也被用在北美 A3J“民团员”(Vigilante,后来编号改为 A-5)舰载战略轰炸机上?;聿捎靡惶赘丛拥娜帕髌?缝翼-导流片来进行横向操纵?;砬霸涤?F-100A 相似,安装有自适应缝翼,但后缘则完全由简单襟翼和开缝式襟翼组成?;砻挥懈币?,横向操纵由机翼上下表面的一组扰流片完成。飞机安装由早期的线传操纵系统——“纵向操纵增强系统”(Augmented Longitudinal Control System,ALCS),它利用空气数据系统的输入信息来进行俯仰角速度的控制。主要进攻性武器将包括一枚核武器,以半埋方式挂载在机腹中心线挂架上。

  不幸的是,风洞实验表明,由于机头雷达罩和下颚进气口造成的气流干扰,机载武器的发射与投放会遇到很大的问题。为解决这一问题,进气口被从机头挪到了机身背部、座舱后方。进气道内安装有一套复杂的可调式斜板系统,可以保证发动机在不同速度下都得到合适的气流。最早的两架原型机在试飞初期,进气道内安装有一套双位(3.25°和 12°)发动机进气系统(two-position engine inlet duct system)。该系统是在进气道中央安装一块垂直的楔形导流板,导流板两侧附有四块液压驱动的调节板,调节板可根据需要进行收放,以调节进气截面,保证发动机获得合适的气流。在第三架原型机上,这套系统实现了自动化,调节板也实现了无级调节。

将进气道“背”在背上的 YF-107A 原型机

  主起落架安装在机身,而不是像 F-100 那样安装在机翼下,向前收入机身轮舱。双轮前起落架向前收入机身?;砦捕蜗路桨沧坝锌墒辗诺奈睬?,以防着陆时因飞行员疏忽导致迎角过高而损伤机身。YF-107A 将在机头安装一套北美公司自动控制分部研制的 XMA-12 综合火控系统。该系统可以同时发现多个空中目标,并选择其中一个,计算使用机炮或火箭攻击的追踪曲线。由于其独特的进气道布局,F-107A 的座舱盖只能直接向上开启,而不是通常采用的蛤壳式。 在紧急情况下,飞行员可以直接穿盖弹射逃生,而不必先抛座舱盖。

正在进行火箭滑轨弹射试验的 YF-107 座舱段

  1957 年 1 月 1 日,YF-107A 的合同再次被修改,生产量减少到了仅 3 架飞机,外加一个静力试验机体。

  第一架 YF-107A(序列号 55-5118)于 1956 年 9 月 10 日在爱德华兹空军基地进行了首次飞行,试飞员是北美公司的鲍勃•巴克尔(Bob Backer)。它在首次飞行中就超过了音速,但在着陆时,由于阻力伞未能打开,飞机冲出水泥跑道的尽头,掉进了一道沟渠,因而受到了一些轻微的损伤。不过它很快就被修复,三天之后又重返蓝天。55-5118 号机于 1956 年 11 月 3 日进行了首次速度为 2.0 马赫的飞行。

YF-107 座舱仪表板

  55-5119 号机于 11 月 28 日首飞。它装备了四门 20 毫米机炮,承担了性能测试和综合火控系统试验的任务,它还负责检验机腹中心线挂架的投放品质。

  55-5120 号机于 12 月 10 日首飞。这是第一架安装有全自动可调进气截面系统的 YF-107A。然而,可调截面进气道的表现却是差强人意。55-5120 号机曾多次进行亚音速或超音速的持续爬升,也曾在 35,000 英尺高度尝试以最大速度进行垂直爬升,但高度始终都没能超过 51,000 英尺。问题主要就出在可变截面进气道和 J75 发动机上,而两者在当时都还是相对较新的设计。此外在高速飞行时,由于进气道气流不稳定,可变截面进气道还会发出烦人的振动声。

飞行中的 55-5120

  55-5118 号机负责探索飞机的垂直爬升性能。试飞员艾尔•怀特(Al White)驾机以 2.1 马赫的速度从 39,000 英尺高度开始爬升,达到的最大高度是 69,000 英尺。

55-5118  与伴飞的 F-100

  55-5119 号机则承担了对武器投放系统进行评估的任务。它是三架 F-107 原型机中,唯一一架安装有四门 20 毫米 M39 机炮的飞机。风洞实验曾表明,在超音速情况下,从流线型的机腹中心线武器舱投放武器可能会遇到一些问题。不过在经历了最初的一些麻烦之后,1957 年 2 月 25 日在中国湖的海军试验靶场,试飞员艾尔•怀特在速度 1.87 马赫的情况下,成功地投下了武器。

注意半埋安装的武器舱

  为了获得批生产合同,F-107A 不得不与共和 F-105“雷公”(Thunderchief)展开竞争。1957 年 3 月,美国空军决定选择 F-105,F-107 则被降格成只执行空气动力试验任务的飞机。为此,第一和第三架 YF-107A 被转交给了国家航空咨询委员会(National Advisory Committee For Aeronautics,NACA),进行高速飞行试验工作。

  第一架 YF-107A(55-5118)于 1957 年 11 月 6 日到达 NACA 位于德来顿(Dryden)的飞行研究中心,其 NACA 编号为 207。由于它在机械上很不可靠,仅仅进行了四次飞行就被停飞。后来 NACA“废物利用”,从它身上拆取零配件,用来保证另一架 YF-107A 的飞行。

奇特的座舱开启方式

  第三架 YF-107A(55-5120)于 1958 年 2 月 10 日到达德来顿。由于机械故障问题,可变截面进气道的试飞工作不得不缩短。最终,NACA 彻底放弃了在 YF-107A 的可变截面进气道上所做的工作,并用螺栓将其固定??;同时将最大速度限制在 1.2 马赫。这架飞机在高迎角时,也存在扰流抖振问题。1958-1959 年,55-5120 号机在 NACA/NASA(National Aeronautics and Space Administration,国家航空航天局)共进行了大约 40 架次的试飞。在 YF-107A 试飞的基础上,北美公司改进了计划用在 X-15 上的侧位操纵杆。1959 年 9 月 1 日,试飞员斯科特•克罗斯菲尔德(Scott Crossfield)在驾驶 55-5120 号机起飞时,因为操纵系统故障,被迫放弃起飞,结果导致两个机轮爆裂,左侧制动系统起火??寺匏狗贫掳踩晃揄?,但 YF-107A 却受到了严重的损伤。由于修复该机在经济上已经不划算,NASA 决定将其拆解。在被分割开之后,机身被运到了得克萨斯州谢帕德空军基地(Sheppard AFB),用作消防训练设备。

  另外两架 YF-107A 得以保存至今。55-5118 号机在从 NASA 退役之后,被交给了位于亚利桑那州图森(Tucson)的皮马航空博物馆(Pima Air Museum),现在它还在该馆展出。55-5119 号 YF-107A 现在俄亥俄州莱特-帕特森空军基地(Wright-Patterson AFB)的空军博物馆。

YF-107A的性能数据

发动机

一台普拉特·惠特尼YJ75-P-9涡喷发动机(推力17,200磅,加力推力24,500磅)

性  能

最大速度(海平面):890英里/小时

(36,000英尺高度):1,295英里/小时

起始爬升率:39,900英尺/分钟

实用升限:53,200英尺

正常航程:788英里

最大航程:2,428英里

尺  寸

翼展:36英尺7英寸

机长:61英尺10英寸

机高:19英尺8英寸

翼面积:376平方英尺

重  量

空重:22,696磅

总重:39,755磅

最大起飞重量:41,537磅

机内总载油量:1,260美制加仑(装在机身油箱和两个机翼油箱内)

机腹中心线凹入式挂架和翼下挂架都可以携带副油箱

武  器

四门20毫米M39机炮,每门备弹200发(仅适用于55-5119号机)

一个机腹中心线凹入式挂架

翼下可以安装六个外挂架,总挂载量可以达到10,000磅

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