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록히드 XF-104 스타파이터

Lockheed XF-104 Starfighter
XF-104 스타파이터
Jet fighter in metallic scheme with T-tail and short wings flying above desert and black constructions
XF-104 53-7786 첫 번째 프로토타입
역할 인터셉터 원형을 뜨다
제조사 록히드 코퍼레이션
디자이너 클라렌스 L. "켈리" 존슨
제1편 1954년 3월 4일
숫자 빌드 2
변형 록히드 F-104 스타파이터
록히드 NF-104a
캐나다 항공 CF-104
에어로이탈리아 F-104S
CL-1200 랜서/X-27

록히드 XF-104 스타파이터는 미국 공군(USAF) 시리즈의 가볍고 단순한 전투기를 위한 단일 엔진의 고성능 초음속 요격 시제품이었다.두 대의 항공기만 건조되었다. 한 대의 항공기는 주로 공기역학 연구에 사용되었고 다른 한 대의 항공기는 무장착 테스트베드로 사용되었는데, 두 대의 항공기는 시험 중 사고로 파괴되었다.[1]XF-104는 2,500개 이상의 생산 록히드 F-104 스타파이터의 선구자였다.

한국전쟁 당시 USAF 전투기 조종사들은 MiG가 탑재된 소련 조종사들에 의해 압도당했다.켈리 존슨이 이끄는 록히드 엔지니어들은 날렵한 날개와 미사일 모양의 기체, 그리고 새로운 파일럿 분사 시스템으로 주목할 만한 새로운 디자인을 설계하고 공군에 제출했다.

XF-104의 비행 시험은 1954년 3월 첫 비행에서 시작되었으며, 이 중 몇 가지 문제가 해결되었지만 XF-104의 성능이 추정치보다 우수하다는 것이 입증되었으며, 두 프로토타입이 사고로 손실되었음에도 불구하고 USAF는 17개의 서비스 테스트/사전 생산 YF-104A를 주문하였다.제작 스타파이터는 USAF와 국제적으로 요르단, 터키, 일본을 포함한 많은 나라에서 활동하며 인기를 증명했다.

개발

원래 요구 사항

록히드 스컹크웍스의 수석 엔지니어인 클라렌스 L. '켈리' 존슨은 1951년 12월 한국을 방문해 전투기 조종사들과 어떤 종류의 항공기를 원하는지 대화를 나눴다.당시 미 공군 조종사들은 북미 F-86 사브르에서 미그-15 '파고트'와 대치하고 있었고, 조종사들 중 다수는 미그스가 크고 복잡한 미국 디자인보다 우월하다고 느꼈다.조종사들은 성능이 뛰어난 작고 단순한 항공기를 요청했다.[2]특히 한 조종사는 개비 가브레스키 대령이 앞유리에 껌 조각을 꽂은 채 보는 게 낫겠다면서 존슨에게 레이더는 "시간 낭비"라고 말한 것으로 전해졌다.[2]

Four sketch drawings of an aircraft
원본 존슨 스케치

존슨은 미국으로 돌아오면서 곧바로 공식적인 요건이 곧 발표될 것임을 깨달은 그런 항공기 설계에 착수했다.1952년 3월, 그의 팀은 8,000 lb(3.6 t)의 작은 디자인에서부터 5만 lb(23 t)의 꽤 큰 디자인에 이르기까지 여러 가지 다른 항공기 제안서를 스케치했다.디자인이 알려지자 L-246은 결국 인도된 "모델 L-083 스타파이터"와 본질적으로 동일했다.[3]

실적입찰

이 디자인은 1952년 11월 공군에 제시되었는데, 공군은 여러 회사를 초청하여 새로운 제안을 만들 정도로 관심이 많았다.시제품 XF-91 Thunderceptor의 개량형인 Republic AP-55, F-107로 진화할 북미 NA-212, 그리고 새로운 General Electric J79로 구동되는 설계인 Northrop N-102 Fang 등 3개의 추가 설계가 접수되었다.

선택설계

모든 것이 흥미로웠지만, 록히드는 극복할 수 없는 우위를 점했고 1953년 3월에 개발 계약을 승인받았다.[3]XF-104는 X-7의 날개와 꼬리의 일반적인 디자인을 공유하기 때문에 이전 록히드 X-7 무인 램젯/로켓 프로그램의 시험 데이터는 공기역학 연구에 매우 유용하다는 것이 입증되었다.[4][5]더글라스 X-3 Stiletto에서 얻은 경험은 XF-104의 설계 단계에서도 사용되었다.[6]400개가 넘는 잉여 계측기 포탄 로켓이 발사되어 다양한 공중포일과 꼬리 디자인을 시험했으며, 카메라 필름과 원격 측정은 낙하산에 의해 회수되었다.[7]

프로토타입

목조 모형 제작은 4월 말 검수 준비가 완료됐고, 5월 말 2개 시제품에 대한 작업이 시작됐다.J79 엔진은 아직 준비가 되지 않았기 때문에, 두 가지 프로토타입 모두 암스트롱 시들리 사파이어의 라이선스 빌드 버전인 라이트 J65를 사용하도록 설계되었다.최초의 시제품 XF-104(미국 시리얼 번호 53-7786, 버즈 번호 FG-786)는 1953년 여름 캘리포니아주 록히드 버뱅크 공장에서 시제품 제작이 시작되었다.[8]이 항공기는 비버닝 뷰익(Non-burning Buick)이 제작한 라이트 J65-B-3 터보제트에 의해 동력을 공급받았다.최초의 시제품은 1954년 초에 완성되었고, 3월에 비행을 시작했다.계약서 수여부터 첫 비행까지의 총 시간은 1년에 불과했고, 그때까지도 매우 짧은 시간이었으며, 10~15년이 더 전형적인 오늘날에는 전례가 없다.[5]두 번째 시제품(s/n 53-7787)의 건설은 더 느린 속도로 진행되었다.[8]

F-104 생산

주요 기사:록히드 F-104 스타파이터

XF-104 설계의 공식 승인에 따라 17대의 YF-104A 서비스 테스트 항공기에 대한 계약과 미국 및 전세계 라이선스 하에 구축된 2,500대 이상의 항공기에 대한 생산 운영이 이루어졌다.[9]

XF-104에서 스타파이터의 생산 버전으로 눈에 띄는 변화에는 보다 긴 동체(J79 엔진 및 추가 내부 연료를 수용하기 위한 것)와 아래쪽으로 배출되는 시트의 간극을 늘리기 위한 전방 수축 노즈 착륙 기어(2인승 버전 제외)가 포함된다.안정성 향상을 위한 복측 지느러미가 YF-104A 시험 프로그램 중에 추가되었다.연료 배관을 수용한 캐노피와 핀 사이에 있는 흡입구 충격 원추와 동체 척추가 추가되었다.[3][10][11]생산 항공기는 또한 날개 문제를 제거하기 위해 스테인리스스틸 스파를 사용하여 재설계된 핀 구조를 특징으로 한다.[12]내부 연료 용량이 항공기의 유용한 범위를 제한하여 낮았기 때문에, 이후 버전에서는 전방 기체를 늘려 추가 용량을 제공하였다.[9]

디자인

원하는 성능을 얻기 위해, 록히드는 미니멀리즘 접근방식 즉, 가장 가볍고 가장 공기역학적으로 효율적인 기체를 하나의 강력한 엔진 주위에 감아줌으로써 높은 성능을 달성할 수 있는 디자인을 선택했다.끌림과 질량을 최소화하는데 중점을 두었다.[13]

날개 디자인

XF-104는 날개의 디자인이 파격적이었다.대부분의 초음속 제트기는 스윕 또는 델타 윙을 사용한다.이를 통해 연료와 장비를 위한 공기역학적 성능, 리프트 및 내부 공간 사이의 균형을 합리적으로 맞출 수 있다.그러나 초음속 초고속 비행에 가장 효율적인 형태는 가로 세로 비율이 낮고 날개 하중이 높은 작고 직선형의 중간 탑재 사다리꼴 날개인 것으로 밝혀졌다.날개 두께는 3.4%에 [14]불과할 정도로 극히 얇았다.날개의 앞쪽 가장자리는 너무 얇고(0.016인치/0.41mm) 날카로워서 지상 작업자들에게 위험을 주었고 지상 작업 중에는 보호 가드를 설치해야 했다.날개가 가늘다는 것은 연료탱크와 착륙장비를 동체에 담아야 한다는 것을 의미했다.아일러론을 구동하는 유압식 액츄에이터는 사용 가능한 공간에 들어갈 수 있는 두께가 1인치(25mm)에 불과했고, 이 악기와 유사하기 때문에 피콜로 액츄에이터로 알려져 있었다.그 날개는 저속으로 리프트를 증가시키기 위해 전기적으로 구동되는 선행 및 후행 에지 플랩을 가지고 있었다.XF-104에는 생산 항공기의 경계층 제어 시스템이 탑재되지 않았다.[15]

Black-and-white photograph of male personnel working on a wooden mock-up of jet aircraft
목조 모형화

꼬리 지느러미

광범위한 풍동실험 후, 피치 축에 대한 최적의 안정성과 제어를 위해 안정기를 핀 상단에 장착했다.[15]수직 꼬리 지느러미는 각 날개의 길이보다 약간 짧을 뿐 공기역학적으로 거의 효과적이기 때문에 방향타 적용 시 날개 역할을 할 수 있었다("더치 롤"로 알려진 현상)이 효과를 상쇄하기 위해 날개는 아래쪽으로 각을 세워 10°의 무면선을 주었다.방향타는 수동으로 작동하고 핀 하단에 장착된 작은 요 댐퍼 표면으로 보완했다.[15]

동체

XF-104의 동체는 높은 정밀도 비(즉, 코 쪽으로 날카롭게 테이퍼링됨)와 25평방피트(2.3m2)의 작은 정면 면적을 가지고 있었다.[16]기체는 조종석, 항전, 대포, 모든 내부 연료, 착륙 장비, 엔진이 들어 있는 꽉 들어차 있었다.[13]벤 리치가 설계한 이 공기 흡입구는 J65로 구동되는 항공기가 마하 2 성능을 발휘하지 못했기 때문에 흡입구 원뿔이 없는 고정 기하학이었다.그것들은 F-94 스타파이어와 유사했는데, 기체로부터 약간 떨어진 곳에 장착되었고, 경계층 블리딩 공기를 위한 내부 스플리터 판이 달려 있었다.이러한 특징들의 조합은 높은 공격 각도를 제외하고 극히 낮은 드래그를 제공했고, 이때 유도 드래그가 매우 높게 되었다.

분사 시트

XF-104는 아래쪽으로 기운 스탠리 B 좌석을 특징으로 했다.현대의 분사 시트 디자인은 높은 "T" 테일 어셈블리를 클리어하기에 충분한 폭발력을 갖지 못할 것으로 우려되었다.좌석이 발사되지 않을 경우 하체 기체 출입구를 수동으로 푼 뒤 중력을 통해 항공기를 빠져나갈 수 있었다.F-104 시리즈 항공기는 나중에 상향식 좌석으로 전환되지만, 기체 해치는 유용한 정비 기능으로 유지되었다.[1]

운영이력

시험 및 평가

Pilot in overall black suit crouching on jet aircraft's nose
Tony LeVier가 XF-104에서 포즈를 취하고 있다.윙팁 탱크 참고

제1항공편

첫 번째 XF-104(Lockheed 083-1001, s/n 53-7786)는 2월 24~25일 밤 극비리에 Edwards AFB로 이송되었으며, 그곳에서 록히드 시험 파일럿인 Tony LeVier는 초기 테스트를 수행해야 했다.[3]1954년 2월 28일 XF-104는 고속택시 중 지상으로부터 약 5피트 떨어진 곳에서 계획된 홉을 만들었지만, 3월 4일에 첫 공식 비행이 이루어졌다.[17]그 비행 동안 착륙 기어는 후퇴하지 않았고, 르비어는 약 20분 정도의 저속 비행을 한 후에 착륙했다.[8]조정과 추가 비행을 통해 유압 시스템의 저압 문제가 발견되었다.[8]악천후로 인해 XF-104는 착륙 기어가 정상적으로 수축된 상태에서 추가 비행이 수행된 3월 26일까지 지상에 머물렀다.[8]

처음부터 애프터버닝 J65를 장착한 두 번째 시제품(Lockheed 083-1002, s/n 53-7787)은 10월 5일 첫 비행을 했다.무장 시험대가 될 예정이었기 때문에 20 mm (.79 in) M61 벌컨 대포를 장착했고 AN/ASG-14T-1 화재 진압 시스템을 장착했다.[10]XF-104 #2는 1955년 3월 25일 6만 피트(18,000m)에서 최고 속도 마하 1.79를 달성했으며, 록히드 시험 파일럿 J. 레이 구디가 조종했다.이는 XF-104가 달성한 최고 속도였습니다.[8][13]

퍼포먼스

XF-104 #1은 비 연소 J65에 의해 구동되었을 때 수평 비행에서 아음속이었지만, 약간의 하강 동안 마하 1을 쉽게 초과할 수 있었다.1954년 7월, J65-B-3는 애프터버닝 J65-W-7 터보젯으로 대체되었다.이 엔진을 장착하여 XF-104의 성능이 크게 향상되었다.최대 레벨 속도는 41,000피트(12,000m)에서 마하 1.49였고, 55,000피트(17,000m)의 고도는 줌 상승으로 얻을 수 있었고, 마하 1.6은 다이빙으로 얻을 수 있었다.최초의 XF-104는 1955년 11월에 USAF에 의해 승인되었다.[8]

Seven-barrel rotary gun resting on metal rig
M61 벌컨

사격시험

두 번째 항공기에서 벌컨 대포를 이용한 초기 공중 사격 실험은 성공적이었으나 12월 17일 발포[9] 도중 폭발이 일어나 J65 엔진은 심각한 압축기 좌판을 겪었다.토니 르비어는 즉시 엔진을 끄고 미끄러지듯 뒤로 물러나 로저스 드라이 레이크에 성공적으로 착륙했다.이후 조사 결과 20mm 대포 중 한 발이 바람에 날려 총 뒤쪽의 볼트를 날려 구조물을 통해 전방 동체 연료전지로 들어간 것으로 드러났다.제트 연료가 건베이로 흘러들어갔고, 컴파트먼트 도어 씰에서 좌측 엔진 공기 흡입구로 누출되었다.엔진에 즉시 연료가 넘쳐 컴프레서가 멈췄다.[18]

충돌

XF-104 53-7786은 1957년 7월 11일 F-104A 비행시험을 위한 비행 중 조종할 수 없는 지느러미 펄럭임이 발생하면서 추락 사고로 유실되었다.꼬리 그룹 전체가 기체에서 찢겨졌고, 록히드 시험 파일럿 빌 박은 쫓겨날 수밖에 없었다.핀플레는 알려진 문제였으며 사고 당시 항공기는 마하 0.95 이하의 속도로 제한되어 있었다.토니 르비어는 이 항공기의 성능이 추적 임무에 적합하지 않다고 주장하며 비행 상태에서 항공기를 제거하고 박물관에 배치하려고 시도했었다.[9][12][19]

XF-104 53-7787은 1955년 4월 14일 시험 파일럿 허먼 Salmon이 50,000피트(15,000m)의 총기 발사 시험 중 강제로 탈출했을 때 1,000시간 이상의 비행시간을[9][20] 누적한 후 분실되었다.시험 발사 중에 총이 오작동했고, 심한 진동이 증가하기 시작했고, 이로 인해 조종석 아래로 분사 해치가 느슨해졌다.연어의 압력복에 부풀어 얼굴을 가린 채 앞을 볼 수 없도록 객실 압력이 사라졌다.지난 12월 폭발하는 대포 포탄에 대한 르비어의 처참한 경험을 떠올리며, 연어는 그에게도 같은 일이 일어났고, 자신이 꺼낼 수밖에 없다고 믿었다.그는 나중에 53-7787을 더 낮은 고도로 끌어내리고 압박복이 줄어들기를 기다림으로써 53-7787을 구할 수 있었다는 사실을 알게 되었다.군비 시험대가 없어지면서 록히드 기술자들은 대안을 찾을 수밖에 없었고, 수정된 록히드 F-94C 스타파이어에 대한 군비 재판이 이어졌다.[21]두 대의 XF-104는 대략 2,500시간의 비행 시간을 측정했다.[8]

시험결론

비행 테스트를 통해 성능 추정치가 정확하고 저출력 J65 엔진을 장착했을 때에도 XF-104는 당시 개발 중이던 다른 Century Series 전투기보다 더 빠르게 비행했다.6만 ft(18,000m)의 XF-104의 천장은 예상보다 7,000ft(2,100m) 높았고, 예상 속도 및 드래그 수치도 2~3% 초과했다.[22]그러나 J65 엔진의 낮은 추력이 타입의 완전한 성능 잠재력을 실현하지는 못한다는 점에 주목했다.[9]

Five aircraft parked on ramp for black-and-white photo shoot
XF-104 s/n 53-7786(F-100, F-101, F-102 및 F-105의 초기 모델 포함)

여러 가지 사소한 문제들이 표면화되었지만 쉽게 고쳐졌다.XF-104의 요 댐퍼는 비효율적이며 방향타가 포지티브하게 중앙에 위치하지 않는 것으로 확인되었으며, 방향타 제어 시스템을 수정하여 이러한 문제를 해결하였다.[21]무동력 방향타는 높은 공기 속도에서 적절한 방향 제어를 제공하지 않았으며, 이 문제는 F-104의 모든 후속 버전에서 유압 출력을 사용하여 해결되었으며, 높은 고도에서 저음속 기동성이 떨어진다는 일부 우려가 표명되었다.[21]

이후 인터뷰에서 켈리 존슨은 비행기에 대한 자신의 의견에 대한 질문을 받았다."내가 설계한 대로 되었나?성과 면에서는 그렇다.엔진 면에서는 J65가 아니라 J79가 엔진 문제를 엄청나게 많이 겪었다."[23]존슨은 F-104 기체 설계에 기여한 공로로 1958년 콜리어 트로피를 공동 수상해 제너럴 일렉트릭(엔진) 및 미 공군(비행기록)과 영예를 공유했다.[24]

사양(XF-104)

Line drawings showing top, side and front view of aircraft

데이터 위치 보우만과 드렌델.[1][25]

일반적 특성

  • 승무원: 1
  • 길이: 49피트 2인치(14.99m)
  • 날개 폭: 21피트 11인치(6.68m)
  • 높이: 13ft 6인치(4.11m)
  • 날개 면적: 196 sq ft(18.2m2)
  • 에어포일:비콘벡스 3.36%[26]
  • 빈 무게: 11,500 lb(5,216 kg)
  • 총 중량: 15,700파운드(7,121 kg)
  • 발전소: 1 × 라이트 J65-W-6 터보젯 엔진, 7800lbf(35kN) 추력 건조, 10,200lbf(45kN) 애프터버너 장착

퍼포먼스

  • 최대 속도: 1,324mph(2,131km/h, 1,151kn)
  • 스톨 속도: 160mph(260km/h, 140kn)
  • 범위: 800mi(1,300km, 700nmi)
  • 서비스 한도: 50,500ft(15,400m)

무장을

  • 건포: 1 × T171 벌컨 20 mm (.79 in) 대포 (XF-104 083-1002에만 해당)[1]

참고 항목

관련 개발

유사한 역할, 구성 및 시대의 항공기

관련 목록

참조

메모들
  1. ^ a b c d 보우만 2000, 페이지 33.
  2. ^ a b 보우만 2000, 페이지 26.
  3. ^ a b c d 보우만 2000, 페이지 32.
  4. ^ 리드 1981, 페이지 10.
  5. ^ a b Upton 2003, 페이지 13.
  6. ^ 보우만 2000, 페이지 27.
  7. ^ Upton 2003, 페이지 14.
  8. ^ a b c d e f g h 젠킨스와 랜디스 2008 페이지 168.
  9. ^ a b c d e f 보우만 2000, 페이지 35.
  10. ^ a b Upton 2003, 페이지 38.
  11. ^ 건스턴, W. L. 에드 "F-104: 속도와 고도에 대한 절대 기록 보유자"국제항공, 1958년 5월 30일 페이지 743.검색됨: 2011년 6월 29일.
  12. ^ a b Upton 2003, 페이지 45.
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  17. ^ 페이스 1992, 페이지 17.
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참고 문헌 목록
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  • 페이스, 스티브.F-104 스타파이터: 최초의 운용 마하 2 전투기의 설계, 개발 및 세계 운용.미네소타 주 세인트 폴:1992년 모터북스 인터내셔널ISBN 0-87938-608-8
  • 페이스, 스티브 X-파이터: USAF 실험 및 프로토타입 파이터, XP-59 ~ YF-23미네소타 주 세인트 폴:1991년 모터북스 인터내셔널ISBN 0-87938-540-5.
  • 리드, 아서F-104 스타파이터 – Modern Compating Aircraft 9.런던:1981년 이언 앨런 주식회사ISBN 0-710-1089-7
  • 업튼, 짐.워버드 테크 - 록히드 F-104 스타파이터.미네소타주 노스 브랜치:Specialty Press, 2003.ISBN 1-58007-069-8

외부 링크