[科普中國(guó)]-F-107戰(zhàn)斗機(jī)

歷史背景

1954年4 月 16 日，北美決定在 F-100B 上也基本采用 F-100BI 截?fù)魴C(jī)的總體布局。然而，同月晚些時(shí)候，北美公司得知空軍對(duì) NA-212 的戰(zhàn)斗轟炸機(jī)方案表現(xiàn)出了興趣，因此在 5 月 16 日下令終止 F-100B 項(xiàng)目的所有工作，將精力集中到戰(zhàn)斗轟炸改型上來(lái)。不過(guò)，截?fù)粜偷臋C(jī)頭雷達(dá)罩和下顎進(jìn)氣布局都得到了保留。與此同時(shí)，北美公司的工程師們發(fā)現(xiàn)，利用內(nèi)翼段吹氣式襟翼來(lái)進(jìn)行附面層控制，可以提高飛機(jī)的低速操縱品質(zhì)，并使著陸速度降低約 30 英里/小時(shí)，于是在設(shè)計(jì)的早期階段，這項(xiàng)技術(shù)就得到了應(yīng)用?！谠O(shè)計(jì) F-100A 時(shí)，沒(méi)有采用任何襟翼。為把 F-100B 改造成一架戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，還需要做其它一些改動(dòng)，包括：載荷系數(shù)由 7.33 增加到 8.67；安裝機(jī)動(dòng)飛行自動(dòng)駕駛儀；安裝 AN/APW-11A 雷達(dá)信標(biāo)、低空轟炸系統(tǒng)（Low-Altitude Bombing System，LABS），AN/ALF-2 箔條發(fā)射器，AN/APS-54 雷達(dá)告警系統(tǒng)，標(biāo)航線盤和座艙計(jì)算機(jī)。此外，還設(shè)計(jì)了更大、更重的機(jī)輪和制動(dòng)裝置；掛架則具備了為外掛物進(jìn)行電子點(diǎn)火的能力3。

1954 年 6 月 11 日，美國(guó)空軍簽訂了購(gòu)買 35 架 F-100B 戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的合同。1954 年 7 月 8 日，空軍通知北美公司，該項(xiàng)目的編號(hào)已經(jīng)正式改為 F-107A，——空軍認(rèn)為這種飛機(jī)已經(jīng)和原先的 F-100A 有了巨大的差別，因此應(yīng)該獲得一個(gè)全新的編號(hào)。1954 年 8 月 4 日，合同被削減到了僅訂購(gòu) 9 架服役試驗(yàn)用機(jī)（編號(hào) YF-107A，空軍序列號(hào) 55-5118/5126）。

1954 年末，空軍公布了第 68 號(hào)總體性能指標(biāo)（General Operational Requirement， GOR），要求研制一種戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗轟炸機(jī)和一種晝間/夜間制空戰(zhàn)斗機(jī)。北美公司顯然對(duì)此做出了回應(yīng)，但不清楚 F-107A 是否就滿足了 GOR-68 的要求。無(wú)論如何，F(xiàn)-107A 的研制工作一直在緊張地進(jìn)行。此時(shí)，普拉特·惠特尼公司已經(jīng)在 J57 的基礎(chǔ)上研制出了推力更大的 J75 新型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，北美公司就馬上決定把它作為 F-107A 的動(dòng)力。

北美公司的工程師們對(duì)F-107A戰(zhàn)斗轟炸機(jī)的垂直尾翼進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，把它設(shè)計(jì)成單片整體式全動(dòng)垂尾，——類似的設(shè)計(jì)也被用在北美 A3J“民團(tuán)員”（Vigilante，后來(lái)編號(hào)改為 A-5）艦載戰(zhàn)略轟炸機(jī)上。機(jī)翼采用一套復(fù)雜的擾流片-縫翼-導(dǎo)流片來(lái)進(jìn)行橫向操縱。機(jī)翼前緣與 F-100A 相似，安裝有自適應(yīng)縫翼，但后緣則完全由簡(jiǎn)單襟翼和開縫式襟翼組成。機(jī)翼沒(méi)有副翼，橫向操縱由機(jī)翼上下表面的一組擾流片完成。飛機(jī)安裝由早期的線傳操縱系統(tǒng)——“縱向操縱增強(qiáng)系統(tǒng)”（Augmented Longitudinal Control System，ALCS），它利用空氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的輸入信息來(lái)進(jìn)行俯仰角速度的控制。主要進(jìn)攻性武器將包括一枚核武器，以半埋方式掛載在機(jī)腹中心線掛架上3。

不幸的是，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明，由于機(jī)頭雷達(dá)罩和下顎進(jìn)氣口造成的氣流干擾，機(jī)載武器的發(fā)射與投放會(huì)遇到很大的問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，進(jìn)氣口被從機(jī)頭挪到了機(jī)身背部、座艙后方。進(jìn)氣道內(nèi)安裝有一套復(fù)雜的可調(diào)式斜板系統(tǒng)，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同速度下都得到合適的氣流。最早的兩架原型機(jī)在試飛初期，進(jìn)氣道內(nèi)安裝有一套雙位（3.25°和 12°）發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)（two-position engine inlet duct system）。該系統(tǒng)是在進(jìn)氣道中央安裝一塊垂直的楔形導(dǎo)流板，導(dǎo)流板兩側(cè)附有四塊液壓驅(qū)動(dòng)的調(diào)節(jié)板，調(diào)節(jié)板可根據(jù)需要進(jìn)行收放，以調(diào)節(jié)進(jìn)氣截面，保證發(fā)動(dòng)機(jī)獲得合適的氣流。在第三架原型機(jī)上，這套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，調(diào)節(jié)板也實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

主起落架安裝在機(jī)身，而不是像 F-100 那樣安裝在機(jī)翼下，向前收入機(jī)身輪艙。雙輪前起落架向前收入機(jī)身。機(jī)身尾段下方安裝有可收放的尾撬，以防著陸時(shí)因飛行員疏忽導(dǎo)致迎角過(guò)高而損傷機(jī)身。YF-107A 將在機(jī)頭安裝一套北美公司自動(dòng)控制分部研制的 XMA-12 綜合火控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)多個(gè)空中目標(biāo)，并選擇其中一個(gè)，計(jì)算使用機(jī)炮或火箭攻擊的追蹤曲線。由于其獨(dú)特的進(jìn)氣道布局，F(xiàn)-107A 的座艙蓋只能直接向上開啟，而不是通常采用的蛤殼式。 在緊急情況下，飛行員可以直接穿蓋彈射逃生，而不必先拋?zhàn)撋w3。

1957 年 1 月 1 日，YF-107A 的合同再次被修改，生產(chǎn)量減少到了僅 3 架飛機(jī)，外加一個(gè)靜力試驗(yàn)機(jī)體。第一架 YF-107A（序列號(hào) 55-5118）于 1956 年 9 月 10 日在愛(ài)德華茲空軍基地進(jìn)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(guò)了音速，但在著陸時(shí)，由于阻力傘未能打開，飛機(jī)沖出水泥跑道的盡頭，掉進(jìn)了一道溝渠，因而受到了一些輕微的損傷。不過(guò)它很快就被修復(fù)，三天之后又重返藍(lán)天。55-5118 號(hào)機(jī)于 1956 年 11 月 3 日進(jìn)行了首次速度為 2.0 馬赫的飛行。

55-5119 號(hào)機(jī)則承擔(dān)了對(duì)武器投放系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估的任務(wù)。它是三架 F-107 原型機(jī)中，唯一一架安裝有四門 20 毫米 M39 機(jī)炮的飛機(jī)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)曾表明，在超音速情況下，從流線型的機(jī)腹中心線武器艙投放武器可能會(huì)遇到一些問(wèn)題。不過(guò)在經(jīng)歷了最初的一些麻煩之后，1957 年 2 月 25 日在中國(guó)湖的海軍試驗(yàn)靶場(chǎng)，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(chǎn)合同，F(xiàn)-107A 不得不與共和 F-105“雷公”（Thunderchief）展開競(jìng)爭(zhēng)。1957 年 3 月，美國(guó)空軍決定選擇 F-105，F(xiàn)-107 則被降格成只執(zhí)行空氣動(dòng)力試驗(yàn)任務(wù)的飛機(jī)。為此，第一和第三架 YF-107A 被轉(zhuǎn)交給了國(guó)家航空咨詢委員會(huì)（National Advisory Committee For Aeronautics，NACA），進(jìn)行高速飛行試驗(yàn)工作。

第一架 YF-107A（55-5118）于 1957 年 11 月 6 日到達(dá) NACA 位于德來(lái)頓（Dryden）的飛行研究中心，其 NACA 編號(hào)為 207。由于它在機(jī)械上很不可靠，僅僅進(jìn)行了四次飛行就被停飛。后來(lái) NACA“廢物利用”，從它身上拆取零配件，用來(lái)保證另一架 YF-107A 的飛行3。

第三架 YF-107A（55-5120）于 1958 年 2 月 10 日到達(dá)德來(lái)頓。由于機(jī)械故障問(wèn)題，可變截面進(jìn)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(jìn)氣道上所做的工作，并用螺栓將其固定??；同時(shí)將最大速度限制在 1.2 馬赫。這架飛機(jī)在高迎角時(shí)，也存在擾流抖振問(wèn)題。1958-1959 年，55-5120 號(hào)機(jī)在 NACA/NASA（National Aeronautics and Space Administration，國(guó)家航空航天局）共進(jìn)行了大約 40 架次的試飛。在 YF-107A 試飛的基礎(chǔ)上，北美公司改進(jìn)了計(jì)劃用在 X-15 上的側(cè)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(hào)機(jī)起飛時(shí)，因?yàn)椴倏v系統(tǒng)故障，被迫放棄起飛，結(jié)果導(dǎo)致兩個(gè)機(jī)輪爆裂，左側(cè)制動(dòng)系統(tǒng)起火?？肆_斯菲爾德安然無(wú)恙，但 YF-107A 卻受到了嚴(yán)重的損傷。由于修復(fù)該機(jī)在經(jīng)濟(jì)上已經(jīng)不劃算，NASA 決定將其拆解。在被分割開之后，機(jī)身被運(yùn)到了得克薩斯州謝帕德空軍基地（Sheppard AFB），用作消防訓(xùn)練設(shè)備3。

另外兩架 YF-107A 得以保存至今。55-5118 號(hào)機(jī)在從 NASA 退役之后，被交給了位于亞利桑那州圖森（Tucson）的皮馬航空博物館（Pima Air Museum），現(xiàn)在它還在該館展出。55-5119 號(hào) YF-107A 現(xiàn)在俄亥俄州萊特-帕特森空軍基地（Wright-Patterson AFB）的空軍博物館3。

發(fā)展歷程20世紀(jì)50年代初，在美國(guó)面對(duì)所謂的“轟炸機(jī)差距”的擔(dān)心不脛而走。美國(guó)國(guó)防部害怕蘇聯(lián)轟炸機(jī)會(huì)入侵美國(guó)空域而試圖裝備一種新型高性能戰(zhàn)斗機(jī)。為此，北美航空公司（North American Aviation，NAA）于1953年6月開始為戰(zhàn)略空軍司令部研制F-100的全天候型戰(zhàn)斗機(jī)，公司內(nèi)部代號(hào)為NA211.4

由于康維爾公司F-102"三角劍“于1953年10月24日已經(jīng)開始試飛，戰(zhàn)略空軍司令部對(duì)F-100B戰(zhàn)斗機(jī)就沒(méi)有多少興趣，北美航空公司于是把F-100B轉(zhuǎn)向戰(zhàn)術(shù)空軍司令部投標(biāo)，工廠代號(hào)NA212，建議用作全天候戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，取代共和公司的F-84"雷電”。1954年8月4日，美國(guó)空軍宣布訂購(gòu)9架YF-100B原型機(jī)和1架靜力試驗(yàn)機(jī)體，并把YF-100B改稱YF-100A（因?yàn)閅F-100A與原來(lái)的F-100“超佩刀”已經(jīng)完全不同）。4

第一架 YF-107A（機(jī)號(hào) 55-5118）于 1956 年 9 月 10 日在愛(ài)德華茲空軍基地進(jìn)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(jìn)行順利，速度甚至達(dá)到M1.03.，但在著陸中，減速傘未能打開，由于干涸的鹽湖表明不平，造成飛機(jī)前起落架折斷，以致飛機(jī)滑跑了6706米才停下來(lái)。好在，首席試飛員安然無(wú)恙，原型機(jī)損壞也不大，經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的修理又能投入試飛了。4

由于天氣原因，YF-107A在1956年10月1日才恢復(fù)飛行。11月3日，北美公司試飛員J·O·羅伯特第一次達(dá)到M2。1956年11月17日，美國(guó)空軍宣布試飛計(jì)劃第一階段勝利結(jié)束，與此同時(shí)，另外兩架原型機(jī)也抵達(dá)愛(ài)德華基地。帶全套設(shè)備的第二架原型機(jī)（機(jī)號(hào)55-5119）于1956年11月28日首次試飛，隨后的武器試驗(yàn)是在中國(guó)湖海軍航空站和沙托姆海上靶場(chǎng)進(jìn)行，第三架原型機(jī)（機(jī)號(hào)55-5120）于1956年12月10日首次試飛。4

盡管試飛計(jì)劃順利完成，YF-107A的性能也不錯(cuò)，但由于空軍決定選用F-105A作為新的戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，YF-107A計(jì)劃最終于1957年3月結(jié)束。美國(guó)空軍把第一架 YF-107A原型機(jī)（機(jī)號(hào) 55-5118）和第三架YF-107A原型機(jī)（機(jī)號(hào)55-5120）租給美國(guó)航空咨詢委員會(huì)（NACA，1958年改組為美國(guó)國(guó)家航空航天局，簡(jiǎn)稱NASA）。第一架 YF-107A原型機(jī)（機(jī)號(hào) 55-5118）于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(jī)（機(jī)號(hào)55-5120）于1958年2月10日交接。4

NACA對(duì)YF-107A的主要興趣在于其飛行操縱和進(jìn)氣系統(tǒng)。55-5120號(hào)機(jī)還根據(jù)北美航空公司X-15研究機(jī)試飛計(jì)劃改裝了側(cè)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(hào)飛機(jī)。試飛結(jié)果證實(shí)飛機(jī)不可靠，第一架 YF-107A原型機(jī)（機(jī)號(hào) 55-5118）最終于1958年4月退役。4

第三架YF-107A原型機(jī)（機(jī)號(hào)55-5120）從1958年10月到1959年9月順利完成40次飛行，但在準(zhǔn)備進(jìn)行第41次飛行時(shí)，飛行員斯科特·克羅斯菲爾德因?yàn)榧夹g(shù)問(wèn)題中斷起飛，由于剎車太猛造成輪胎爆炸，左側(cè)制動(dòng)系統(tǒng)起火。好在飛行員沒(méi)有受傷，但飛機(jī)嚴(yán)重受損，自此，YF-107A的飛行生涯宣告結(jié)束。4

NACA的兩架YF-107A于1960年6月運(yùn)到俄亥俄州萊特·帕特遜空軍基地。幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，55-5118號(hào)機(jī)給了亞利桑那州圖克森市皮馬航空航天博物館；55-5120號(hào)機(jī)在德克薩斯州謝潑德空軍基地用作消防訓(xùn)練目標(biāo)。4

技術(shù)特點(diǎn)F-107“終極佩刀”開始是作為“超佩刀”F-100的第一種生產(chǎn)型F-100A的發(fā)展型而研制的，因此定名為F-100B。按理說(shuō)，最后的方案應(yīng)該在很多方面與F-100A相同，但實(shí)際上除了機(jī)翼沿用原來(lái)的之外，其余部分都發(fā)生了變化，由于要求更快的速度，帶更多的載荷和安裝新型雷達(dá)，使F-100B方案與F-100A大相徑庭。4

設(shè)計(jì)師選定使用普惠公司新的YJ75-P-0發(fā)動(dòng)機(jī)，加力推力109千牛，使飛機(jī)速度能達(dá)到兩倍音速。為了裝雷達(dá)，進(jìn)氣道必須重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師不同尋常的把進(jìn)氣道放在機(jī)身上方（注：原始方案進(jìn)氣道是放在機(jī)頭下方，但風(fēng)洞試驗(yàn)表明那個(gè)位置再使用武器過(guò)程中可能出現(xiàn)氣動(dòng)力問(wèn)題，為了能根據(jù)飛行速度控制氣流量，設(shè)計(jì)師采用了可變截面進(jìn)氣道）。4

F-107“終極佩刀”的另一項(xiàng)革新是采用連成一塊的全動(dòng)垂直尾翼。NAA公司后來(lái)在其A-5艦載攻擊機(jī)上也使用這種尾翼。在飛行操縱中，設(shè)計(jì)師使用增強(qiáng)縱向控制系統(tǒng)，有助于加強(qiáng)操縱輸入和減小操縱桿力。此外，在新飛機(jī)上還使用了一個(gè)擾流板系統(tǒng)替代傳統(tǒng)副翼。45

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)F-107終極佩刀（Ultra Sabre）是美國(guó)北美航空在F-100超佩刀戰(zhàn)斗機(jī)基礎(chǔ)上研制的一款超音速戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，其設(shè)計(jì)目的是以超音速突入防線進(jìn)行核攻擊。F-107以罕見(jiàn)的背部進(jìn)氣方式而聞名。也因此帶來(lái)太多技術(shù)困難，在美國(guó)空軍的競(jìng)標(biāo)中敗給了相似的F-105戰(zhàn)斗機(jī)，并最終成為NASA的試驗(yàn)機(jī)。F-107是北美航空佩刀系列戰(zhàn)斗機(jī)里的最后一款。F-107維持了F-100的基本后掠翼布局，但換用了更薄的翼型。為了適應(yīng)超音速飛行F-107還使用了全動(dòng)垂尾，并且取消了副翼，使用機(jī)翼上的擾流板來(lái)控制滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。F-107最大的特點(diǎn)來(lái)自它奇怪的背部進(jìn)氣道。NASA的飛行員一度將它稱為"食人者"6。

性能數(shù)據(jù)

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