基本介紹
- 中文名稱：F-107戰鬥機
- 英文名稱：F-107 Ultra Sabre
- 研製時間：1953年
- 國家：美國
- 研製單位：北美航空工業公司
- 首飛時間：1956年
發展沿革,研製背景,建造沿革,技術特點,性能數據,
發展沿革
研製背景
1954年4 月 16 日，北美決定在 F-100B 上也基本採用 F-100BI 截擊機的總體布局。然而，同月晚些時候，北美公司得知空軍對 NA-212 的戰鬥轟炸機方案表現出了興趣，因此在 5 月 16 日下令終止 F-100B 項目的所有工作，將精力集中到戰鬥轟炸改型上來。不過，截擊型的機頭雷達罩和下顎進氣布局都得到了保留。與此同時，北美公司的工程師們發現，利用內翼段吹氣式襟翼來進行附面層控制，可以提高飛機的低速操縱品質，並使著陸速度降低約 30 英里/小時，於是在設計的早期階段，這項技術就得到了套用。——在設計 F-100A 時，沒有採用任何襟翼。為把 F-100B 改造成一架戰鬥轟炸機，還需要做其它一些改動，包括：載荷係數由 7.33 增加到 8.67；安裝機動飛行自動駕駛儀；安裝 AN/APW-11A 雷達信標、低空轟炸系統（Low-Altitude Bombing System，LABS），AN/ALF-2 箔條發射器，AN/APS-54 雷達告警系統，標航線盤和座艙計算機。此外，還設計了更大、更重的機輪和制動裝置；掛架則具備了為外掛物進行電子點火的能力。
1954 年 6 月 11 日，美國空軍簽訂了購買 35 架 F-100B 戰鬥轟炸機的契約。1954 年 7 月 8 日，空軍通知北美公司，該項目的編號已經正式改為 F-107A，——空軍認為這種飛機已經和原先的 F-100A 有了巨大的差別，因此應該獲得一個全新的編號。1954 年 8 月 4 日，契約被削減到了僅訂購 9 架服役試驗用機（編號 YF-107A，空軍序列號 55-5118/5126）。
1954 年末，空軍公布了第 68 號總體性能指標（General Operational Requirement， GOR），要求研製一種戰術戰鬥轟炸機和一種晝間/夜間制空戰鬥機。北美公司顯然對此做出了回應，但不清楚 F-107A 是否就滿足了 GOR-68 的要求。無論如何，F-107A 的研製工作一直在緊張地進行。此時，普拉特·惠特尼公司已經在 J57 的基礎上研製出了推力更大的 J75 新型渦噴發動機，北美公司就馬上決定把它作為 F-107A 的動力。
北美公司的工程師們對F-107A戰鬥轟炸機的垂直尾翼進行了重新設計，把它設計成單片整體式全動垂尾，——類似的設計也被用在北美 A3J“民團員”（Vigilante，後來編號改為 A-5）艦載戰略轟炸機上。機翼採用一套複雜的擾流片-縫翼-導流片來進行橫向操縱。機翼前緣與 F-100A 相似，安裝有自適應縫翼，但後緣則完全由簡單襟翼和開縫式襟翼組成。機翼沒有副翼，橫向操縱由機翼上下表面的一組擾流片完成。飛機安裝由早期的線傳操縱系統——“縱向操縱增強系統”（Augmented Longitudinal Control System，ALCS），它利用空氣數據系統的輸入信息來進行俯仰角速度的控制。主要進攻性武器將包括一枚核武器，以半埋方式掛載在機腹中心線掛架上。
不幸的是，風洞實驗表明，由於機頭雷達罩和下顎進氣口造成的氣流干擾，機載武器的發射與投放會遇到很大的問題。為解決這一問題，進氣口被從機頭挪到了機身背部、座艙後方。進氣道內安裝有一套複雜的可調式斜板系統，可以保證發動機在不同速度下都得到合適的氣流。最早的兩架原型機在試飛初期，進氣道內安裝有一套雙位（3.25°和 12°）發動機進氣系統（two-position engine inlet duct system）。該系統是在進氣道中央安裝一塊垂直的楔形導流板，導流板兩側附有四塊液壓驅動的調節板，調節板可根據需要進行收放，以調節進氣截面，保證發動機獲得合適的氣流。在第三架原型機上，這套系統實現了自動化，調節板也實現了無級調節。
主起落架安裝在機身，而不是像 F-100 那樣安裝在機翼下，向前收入機身輪艙。雙輪前起落架向前收入機身。機身尾段下方安裝有可收放的尾撬，以防著陸時因飛行員疏忽導致迎角過高而損傷機身。YF-107A 將在機頭安裝一套北美公司自動控制分部研製的 XMA-12 綜合火控系統。該系統可以同時發現多個空中目標，並選擇其中一個，計算使用機炮或火箭攻擊的追蹤曲線。由於其獨特的進氣道布局，F-107A 的座艙蓋只能直接向上開啟，而不是通常採用的蛤殼式。 在緊急情況下，飛行員可以直接穿蓋彈射逃生，而不必先拋座艙蓋。
1957 年 1 月 1 日，YF-107A 的契約再次被修改，生產量減少到了僅 3 架飛機，外加一個靜力試驗機體。第一架 YF-107A（序列號 55-5118）於 1956 年 9 月 10 日在愛德華茲空軍基地進行了首次飛行，試飛員是北美公司的鮑勃·巴克爾（Bob Backer）。它在首次飛行中就超過了音速，但在著陸時，由於阻力傘未能打開，飛機衝出水泥跑道的盡頭，掉進了一道溝渠，因而受到了一些輕微的損傷。不過它很快就被修復，三天之後又重返藍天。55-5118 號機於 1956 年 11 月 3 日進行了首次速度為 2.0 馬赫的飛行。
55-5119 號機則承擔了對武器投放系統進行評估的任務。它是三架 F-107 原型機中，唯一一架安裝有四門 20 毫米 M39 機炮的飛機。風洞實驗曾表明，在超音速情況下，從流線型的機腹中心線武器艙投放武器可能會遇到一些問題。不過在經歷了最初的一些麻煩之後，1957 年 2 月 25 日在中國湖的海軍試驗靶場，試飛員艾爾·懷特在速度 1.87 馬赫的情況下，成功地投下了武器。
為了獲得批生產契約，F-107A 不得不與共和 F-105“雷公”（Thunderchief）展開競爭。1957 年 3 月，美國空軍決定選擇 F-105，F-107 則被降格成只執行空氣動力試驗任務的飛機。為此，第一和第三架 YF-107A 被轉交給了國家航空諮詢委員會（National Advisory Committee For Aeronautics，NACA），進行高速飛行試驗工作。
第一架 YF-107A（55-5118）於 1957 年 11 月 6 日到達 NACA 位於德來頓（Dryden）的飛行研究中心，其 NACA 編號為 207。由於它在機械上很不可靠，僅僅進行了四次飛行就被停飛。後來 NACA“廢物利用”，從它身上拆取零配件，用來保證另一架 YF-107A 的飛行。
第三架 YF-107A（55-5120）於 1958 年 2 月 10 日到達德來頓。由於機械故障問題，可變截面進氣道的試飛工作不得不縮短。最終，NACA 徹底放棄了在 YF-107A 的可變截面進氣道上所做的工作，並用螺栓將其固定住；同時將最大速度限制在 1.2 馬赫。這架飛機在高迎角時，也存在擾流抖振問題。1958-1959 年，55-5120 號機在 NACA/NASA（National Aeronautics and Space Administration，國家航空航天局）共進行了大約 40 架次的試飛。在 YF-107A 試飛的基礎上，北美公司改進了計畫用在 X-15 上的側位操縱桿。1959 年 9 月 1 日，試飛員斯科特·克羅斯菲爾德（Scott Crossfield）在駕駛 55-5120 號機起飛時，因為操縱系統故障，被迫放棄起飛，結果導致兩個機輪爆裂，左側制動系統起火。克羅斯菲爾德安然無恙，但 YF-107A 卻受到了嚴重的損傷。由於修復該機在經濟上已經不划算，NASA 決定將其拆解。在被分割開之後，機身被運到了德克薩斯州謝帕德空軍基地（Sheppard AFB），用作消防訓練設備。
另外兩架 YF-107A 得以保存至今。55-5118 號機在從 NASA 退役之後，被交給了位於亞利桑那州圖森（Tucson）的皮馬航空博物館（Pima Air Museum），現在它還在該館展出。55-5119 號 YF-107A 現在俄亥俄州萊特-帕特森空軍基地（Wright-Patterson AFB）的空軍博物館。
建造沿革
20世紀50年代初，在美國面對所謂的“轟炸機差距”的擔心不脛而走。美國國防部害怕蘇聯轟炸機會入侵美國空域而試圖裝備一種新型高性能戰鬥機。為此，北美航空公司（North American Aviation，NAA）於1953年6月開始為戰略空軍司令部研製F-100的全天候型戰鬥機，公司內部代號為NA211.
由於康維爾公司F-102"三角劍“於1953年10月24日已經開始試飛，戰略空軍司令部對F-100B戰鬥機就沒有多少興趣，北美航空公司於是把F-100B轉向戰術空軍司令部投標，工廠代號NA212，建議用作全天候戰鬥轟炸機，取代共和公司的F-84"雷電”。1954年8月4日，美國空軍宣布訂購9架YF-100B原型機和1架靜力試驗機體，並把YF-100B改稱YF-100A（因為YF-100A與原來的F-100“超佩刀”已經完全不同）。
第一架 YF-107A（機號 55-5118）於 1956 年 9 月 10 日在愛德華茲空軍基地進行了首次飛行，試飛員是北美公司的鮑勃·巴克爾（Bob Backer），首次試飛進行順利，速度甚至達到M1.03.，但在著陸中，減速傘未能打開，由於乾涸的鹽湖表明不平，造成飛機前起落架折斷，以致飛機滑跑了6706米才停下來。好在，首席試飛員安然無恙，原型機損壞也不大，經過兩個星期的修理又能投入試飛了。
由於天氣原因，YF-107A在1956年10月1日才恢復飛行。11月3日，北美公司試飛員J·O·羅伯特第一次達到M2。1956年11月17日，美國空軍宣布試飛計畫第一階段勝利結束，與此同時，另外兩架原型機也抵達愛德華基地。帶全套設備的第二架原型機（機號55-5119）於1956年11月28日首次試飛，隨後的武器試驗是在中國湖海軍航空站和沙托姆海上靶場進行，第三架原型機（機號55-5120）於1956年12月10日首次試飛。
儘管試飛計畫順利完成，YF-107A的性能也不錯，但由於空軍決定選用F-105A作為新的戰鬥轟炸機，YF-107A計畫最終於1957年3月結束。美國空軍把第一架 YF-107A原型機（機號 55-5118）和第三架YF-107A原型機（機號55-5120）租給美國航空諮詢委員會（NACA，1958年改組為美國國家航空航天局，簡稱NASA）。第一架 YF-107A原型機（機號 55-5118）於1957年11月6日交給高速飛行站（即今天的德賴登飛行研究中心），第三架YF-107A原型機（機號55-5120）於1958年2月10日交接。
NACA對YF-107A的主要興趣在於其飛行操縱和進氣系統。55-5120號機還根據北美航空公司X-15研究機試飛計畫改裝了側位駕駛桿。其間，約翰·麥凱作為第一位NACA試飛員試飛了55-5118號飛機。試飛結果證實飛機不可靠，第一架 YF-107A原型機（機號 55-5118）最終於1958年4月退役。
第三架YF-107A原型機（機號55-5120）從1958年10月到1959年9月順利完成40次飛行，但在準備進行第41次飛行時，飛行員斯科特·克羅斯菲爾德因為技術問題中斷起飛，由於剎車太猛造成輪胎爆炸，左側制動系統起火。好在飛行員沒有受傷，但飛機嚴重受損，自此，YF-107A的飛行生涯宣告結束。
NACA的兩架YF-107A於1960年6月運到俄亥俄州萊特·帕特遜空軍基地。幾經輾轉，55-5118號機給了亞利桑那州圖克森市皮馬航空航天博物館；55-5120號機在德克薩斯州謝潑德空軍基地用作消防訓練目標。
技術特點
F-107“終極佩刀”開始是作為“超佩刀”F-100的第一種生產型F-100A的發展型而研製的，因此定名為F-100B。按理說，最後的方案應該在很多方面與F-100A相同，但實際上除了機翼沿用原來的之外，其餘部分都發生了變化，由於要求更快的速度，帶更多的載荷和安裝新型雷達，使F-100B方案與F-100A大相逕庭。
設計師選定使用普惠公司新的YJ75-P-0發動機，加力推力109千牛，使飛機速度能達到兩倍音速。為了裝雷達，進氣道必須重新設計，設計師不同尋常的把進氣道放在機身上方（註：原始方案進氣道是放在機頭下方，但風洞試驗表明那個位置再使用武器過程中可能出現氣動力問題，為了能根據飛行速度控制氣流量，設計師採用了可變截面進氣道）。
F-107“終極佩刀”的另一項革新是採用連成一塊的全動垂直尾翼。NAA公司後來在其A-5艦載攻擊機上也使用這種尾翼。在飛行操縱中，設計師使用增強縱向控制系統，有助於加強操縱輸入和減小操縱桿力。此外，在新飛機上還使用了一個擾流板系統替代傳統副翼。
F-107終極佩刀是美國北美航空在F-100超佩刀戰鬥機基礎上研製的一款超音速戰鬥轟炸機，其設計目的是以超音速突入防線進行核攻擊。F-107以罕見的背部進氣方式而聞名。也因此帶來太多技術困難，在美國空軍的競標中敗給了相似的F-105戰鬥機，並最終成為NASA的試驗機。F-107是北美航空佩刀系列戰鬥機里的最後一款。F-107維持了F-100的基本後掠翼布局，但換用了更薄的翼型。為了適應超音速飛行F-107還使用了全動垂尾，並且取消了副翼，使用機翼上的擾流板來控制滾轉運動。F-107最大的特點來自它奇怪的背部進氣道。NASA的飛行員一度將它稱為"食人者"。
性能數據
F-107“終極佩刀”性能數據 | |
機長 | 18.85米 |
翼展 | 11.15米 |
機高 | 5.89米 |
空重 | 10,295千克 |
最大起飛重量 | 18,841千克 |
發動機 | 1台普拉特·惠特尼YJ75-P-9渦噴發動機 |
最大飛行速度 | 2,450.16千米/小時 |
最大航程 | 3,885千米 |
武 器 | 四門20毫米M39機炮，每門備彈200發（僅適用於55-5119號機） |
