Локхид XF-104 Звездный истребитель
XF-104 Звездный истребитель | |
---|---|
![]() | |
Первый прототип XF-104 53-7786 | |
Роль | перехватчика Прототип |
Производитель | Корпорация Локхид |
Дизайнер | Кларенс Л. «Келли» Джонсон |
Первый полет | 4 марта 1954 г. |
Количество построенных | 2 |
Варианты | Локхид F-104 Звездный истребитель Локхид NF-104A Канадаэр CF-104 Аэриталия F-104S CL-1200 Лансер/Х-27 |
Lockheed XF-104 Starfighter представлял собой одномоторный, высокопроизводительный, сверхзвуковой перехватчика прототип для ВВС США серии легких и простых истребителей (USAF). Было построено всего два самолета; один самолет использовался в основном для аэродинамических исследований, а другой служил испытательным стендом для вооружения, 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 сервисных испытаний / предсерийных YF-104A. Серийные истребители Starfighters оказались популярными как в ВВС США, так и за рубежом, обслуживая ряд стран, включая Иорданию , Турцию и Японию.
Разработка
[ редактировать ]Исходное требование
[ редактировать ]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 североамериканских 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, одного пилота, полковника Габби Габрески цитировались слова ; «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 ]
Тендер исполнения
[ редактировать ]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 .
Выбранный дизайн
[ редактировать ]Хотя все они были интересными, Lockheed имела непреодолимое преимущество и в марте 1953 года получила контракт на разработку. [ 3 ] Данные испытаний более ранней программы беспилотных прямоточных воздушно-ракетных двигателей Lockheed X-7 оказались неоценимыми для аэродинамических исследований, поскольку XF-104 будет иметь общую конструкцию крыла и хвостового оперения X-7. [ 4 ] [ 5 ] Опыт, полученный при разработке Douglas X-3 Stiletto, также использовался на этапе проектирования XF-104. [ 6 ] Было выпущено 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 ]
Прототипы
[ редактировать ]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 Lockheed в Бербанке, штат Калифорния . заводе [ 8 ] Этот самолет был оснащен турбореактивным двигателем Wright J65-B-3, построенным компанией Buick, без форсажа . 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 ]
Производство Ф-104
[ редактировать ]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 из нержавеющей стали лонжеронов , чтобы устранить проблему 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 ]
Дизайн
[ редактировать ]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 ]
Конструкция крыла
[ редактировать ]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 приводившие приводы, 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 ]

Хвостовой плавник
[ редактировать ]После обширных в аэродинамической трубе испытаний 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
[ редактировать ]Фюзеляж . XF-104 имел высокую тонкость , т. е. резко суживался к носу, и небольшую лобовую площадь в 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 похожи на F-94 Starfire , устанавливались немного дальше от фюзеляжа и имели внутреннюю пластину-рассеиватель для отвода воздуха из пограничного слоя . Комбинация этих функций обеспечивала чрезвычайно низкое сопротивление, за исключением большого угла атаки , когда индуцированное сопротивление становилось очень высоким.
Катапультное кресло
[ редактировать ]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 переоборудованы в сиденья с катапультированием вверх, но люк в фюзеляже сохранился как полезная функция технического обслуживания. [ 1 ]
Операционная история
[ редактировать ]Тестирование и оценка
[ редактировать ]
Первые полеты
[ редактировать ]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 Левьер приземлился после 20-минутного полета на низкой скорости. [ 8 ] Регулировки и дальнейшие полеты выявили, что проблема заключалась в низком давлении в гидросистеме. [ 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 ]
Производительность
[ редактировать ]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), а 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 ]

Стрельбовые испытания
[ редактировать ]Первоначальные воздушные огневые испытания пушки Vulcan на втором самолете прошли успешно, но 17 декабря во время огневой очереди произошел взрыв. [ 9 ] а в двигателе J65 произошли серьезные остановки компрессора . Тони Левьер немедленно выключил двигатель и полетел назад, 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 ]
Сбои
[ редактировать ]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, налетав более 1000 часов. [ 9 ] [ 20 ] когда летчик-испытатель Герман Сэлмон был вынужден катапультироваться во время стрельбы 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 Сэлмона было потеряно из-за того, что скафандр 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 спустится 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 в общей сложности около 2500 часов. [ 8 ]
Выводы по тестированию
[ редактировать ]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 ]
Технические характеристики (XF-104)
[ редактировать ]
Данные Боумана и Дрендела. [ 1 ] [ 25 ]
Общие характеристики
- Экипаж: 1
- Длина: 49 футов 2 дюйма (14,99 м)
- Размах крыльев: 21 фут 11 дюймов (6,68 м)
- Высота: 13 футов 6 дюймов (4,11 м)
- Площадь крыла: 196 кв. футов (18,2 м 2 )
- Профиль : двояковыпуклый 3,36% [ 26 ]
- Пустой вес: 11 500 фунтов (5 216 кг)
- Полная масса: 15 700 фунтов (7 121 кг)
- Силовая установка: 1 двигатель Wright J65-W-6 турбореактивный , тяга 7800 фунтов силы (35 кН) всухую, 10200 фунтов силы (45 кН) с форсажной камерой.
Производительность
- Максимальная скорость: 1324 миль в час (2131 км/ч, 1151 узел)
- Скорость сваливания: 160 миль в час (260 км/ч, 140 узлов)
- Диапазон: 800 миль (1300 км, 700 миль)
- Практический потолок: 50 500 футов (15 400 м)
Вооружение
- Орудия: 1 T171 Vulcan (только XF-104 083-1002) 20-мм (0,79 дюйма) пушка [ 1 ]
См. также
[ редактировать ]Связанные разработки
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи
Связанные списки
Ссылки
[ редактировать ]- Примечания
- ^ Jump up to: а б с д Боуман 2000, с. 33.
- ^ Jump up to: а б Боуман 2000, с. 26.
- ^ Jump up to: а б с д Боуман 2000, с. 32.
- ^ Рид 1981, с. 10.
- ^ Jump up to: а б Аптон 2003, с. 13.
- ^ Боуман 2000, с. 27.
- ^ Аптон 2003, с. 14.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Дженкинс и Лэндис 2008, с. 168.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Боуман 2000, с. 35.
- ^ Jump up to: а б Аптон 2003, с. 38.
- ^ Ганстон, WL, изд. «F-104: обладатель абсолютных рекордов скорости и высоты». Flight International, 30 мая 1958 г., с. 743. Дата обращения: 29 июня 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Аптон 2003, с. 45.
- ^ Jump up to: а б с Боуман 2000, с. 29.
- ^ «F-104: Обладатель абсолютных рекордов скорости и высоты» . Рейс Интернешнл . 30 мая 1958 года. Архивировано из оригинала 14 мая 2013 года . Проверено 6 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с Боуман 2000, с. 28.
- ^ Аптон 2003, с. 17.
- ^ Пейс 1992, с. 17.
- ^ Ганстон. ВЛ, изд. «Starfighter: истребитель Lockheed со скоростью 2 Маха для ВВС США» Flight International, 20 апреля 1956 г., стр. 442. Дата обращения: 28 июня 2011 г.
- ^ Пейс 1992, с. 22.
- ^ Кинзи 1991, с. 6.
- ^ Jump up to: а б с Пейс 1992, с. 20.
- ^ Кинзи 1991, с. 4.
- ^ Рид 1981, с. 13.
- ^ Гринфилд, Ст. «Победители Collier Trophy, 1950–1959». Архивировано 11 декабря 2008 года в Wayback Machine Национальной ассоциации аэронавтики . Проверено: 26 июня 2011 г.
- ^ Дрендел 1976, с. 10.
- ^ Леднисер, Дэвид. «Неполное руководство по использованию аэродинамического профиля» . m-selig.ae.illinois.edu . Проверено 16 апреля 2019 г.
- Библиография
- Боуман, Мартин В. Lockheed F-104 Starfighter . Рамсбери, Мальборо, Уилтшир, Великобритания: The Crowood Press Ltd., 2000. ISBN 1-86126-314-7 .
- Дрендел, Лу. F-104 Starfighter в действии (Самолет №27) . Кэрроллтон, Техас: Squadron/Signal Publications, 1976. ISBN 0-89747-026-5 .
- Дженкинс, Деннис Р. и Тони Р. Лэндис. Экспериментальные и прототипы реактивных истребителей ВВС США. Северный филиал, Миннесота: Specialty Press, 2008. ISBN 978-1-58007-111-6 .
- Кинзи, Берт Истребитель F-104 в деталях и масштабе . Саммит Блю-Ридж, Пенсильвания: книги TAB, 1991. ISBN 1-85310-626-7 .
- Пейс, Стив. Звездный истребитель F-104: проектирование, разработка и эксплуатация по всему миру первого действующего истребителя, развивающего скорость 2 Маха . Сент-Пол, Миннесота: Motorbooks International, 1992. ISBN 0-87938-608-8 .
- Пейс, Стив. X-Fighters: экспериментальные и прототипные истребители ВВС США, от XP-59 до YF-23 . Сент-Пол, Миннесота: Motorbooks International, 1991. ISBN 0-87938-540-5 .
- Рид, Артур. F-104 Starfighter – современный боевой самолет 9 . Лондон: Ian Allan Ltd., 1981. ISBN 0-7110-1089-7 .
- Аптон, Джим. Warbird Tech — истребитель Lockheed F-104 Starfighter . Северный филиал, Миннесота: Specialty Press, 2003. ISBN 1-58007-069-8 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Страница XF-104 на сайте Национального музея ВВС США
- Первый полет XF-104 на YouTube.
- Страница военных самолетов США Баугера, посвященная XF-104.
- F-104 Рейс Интернэшнл .
- XF-104 на Vectorsite.net