ロッキード XF-104 スターファイター
実験的な戦闘機

XF-104 スターファイター
砂漠と黒い建物の上を飛ぶ、T字型の尾翼と短い翼を持つメタリックなデザインのジェット戦闘機
最初の試作機 XF-104 53-7786
一般情報
タイプ迎撃機の プロトタイプ
メーカーロッキード社
デザイナー
建造数2
歴史
初飛行1954年3月4日
変種ロッキード F-104 スターファイター
ロッキード NF-104A
カナディア CF-104
アエリタリア F-104S
CL-1200 ランサー/X-27

ロッキードXF-104スターファイターは、アメリカ空軍（USAF）の軽量・簡素な戦闘機シリーズにおける単発高性能超音速 迎撃機の 試作機であった。製造機は2機のみで、1機は主に空力研究に、もう1機は武装試験機として使用されたが、両機とも試験中の事故で破壊された。[1] XF-104は、2,500機以上が生産されたロッキードF-104スターファイターの先駆けとなった。

朝鮮戦争中、アメリカ空軍の戦闘機パイロットは、ミグ戦闘機を装備したソ連のパイロットに圧倒されました。ケリー・ジョンソン率いるロッキード社の技術者たちは、薄翼とミサイル型の胴体、そして斬新なパイロット脱出システムといった、洗練されたデザインで知られる斬新な設計を空軍に提出しました。

XF-104の飛行試験は1954年3月の初飛行から始まり、いくつかの問題に直面したものの、そのうちのいくつかは解決されました。しかし、XF-104の性能は予想を上回り、試作機2機が事故で失われたにもかかわらず、米空軍は17機のYF-104Aの実戦試験機/試作機を発注しました。量産型スターファイターは米空軍内外で人気を博し、ヨルダン、トルコ、日本など多くの国で運用されました。

発達

当初の要件

ロッキード社 スカンクワークスの主任技師、クラレンス・L・「ケリー」・ジョンソンは1951年12月に朝鮮を訪れ、戦闘機パイロットたちにどのような航空機を求めるかを聞いた。当時、アメリカ空軍のパイロットたちは、ノースアメリカン社のF-86セイバーでMiG-15「ファゴット」と対峙しており、多くのパイロットはMiGの方がより大型で複雑なアメリカ製の機体よりも優れていると考えていた。パイロットたちは、優れた性能を持つ小型でシンプルな機体を要求していた。[2]特にパイロットの一人、ギャビー・ガブレスキー大佐は、「風防ガラスにチューインガムを貼って照準する方がましだ」と述べ、ジョンソンにレーダーは「時間の無駄だ」と語ったと伝えられている。[2]

航空機のスケッチ図4枚
ジョンソンのオリジナルスケッチ

ジョンソンはアメリカに帰国後、公式の要件が間もなく公表されるであろうことを認識し、直ちにそのような航空機の設計に着手した。1952年3月、彼のチームが結成され、8,000ポンド（3.6トン）の小型機から50,000ポンド（23トン）の大型機まで、様々な航空機案をスケッチした。後にL-246として知られるようになった設計は、最終的に納入された「モデルL-083スターファイター」と基本的に同一であった。[3]

履行の入札

1952年11月に空軍に設計が提示され、空軍は関心を示し新たな提案を作成し、複数の企業に参加を呼びかけました。さらに3つの設計案が提出されました。リパブリック社の試作機XF-91 サンダーセプターの改良版であるAP-55、後にF-107へと発展するノースアメリカン社のNA-212、そしてゼネラル・エレクトリック社のJ79エンジンを搭載した新型機ノースロップ社のN-102 ファングです。

選ばれたデザイン

いずれも興味深いものであったが、ロッキード社は圧倒的なリードを持っており、1953年3月に開発契約を獲得した。[3]以前のロッキード社製X-7無人ラムジェット/ロケットプログラムのテストデータは、XF-104がX-7の主翼と尾翼の基本的な設計を共有するため、航空力学研究に非常に役立った。[4] [5]ダグラスX-3スティレットで得られた経験も、XF-104の設計段階で活用された。[6] 400発以上の余剰の計器付きロケット砲が、様々な翼型と尾翼の設計をテストするために打ち上げられ、そこからカメラフィルムとテレメトリがパラシュートで回収された。[7]

プロトタイプ

木製のモックアップは4月末に検査の準備ができ、5月下旬に2機の試作機の製作が開始された。J79エンジンはまだ完成していなかったため、両方の試作機は代わりにアームストロング・シドレー・サファイアのライセンス生産版であるライトJ65を使用するように設計された。最初の試作機XF-104（米国シリアル番号53-7786、Buzz番号FG-786）の製造は、1953年夏にカリフォルニア州バーバンクのロッキード工場で開始された。[8]この航空機は、アフターバーナーのないビュイック製のライトJ65-B-3ターボジェットエンジンを搭載していた。最初の試作機は1954年初めに完成し、3月に飛行を開始した。契約の授与から初飛行までの合計期間はわずか1年で、当時でも非常に短い期間であり、10年から15年が一般的な今日では聞いたことのない期間であった。[5] 2番目の試作機（シリアル番号53-7787）の建造はより遅いペースで進められた。[8]

F-104の生産

XF-104設計の正式承認により、17機のYF-104A実用試験機の契約が締結され、米国および世界中でライセンスに基づいて2,500機以上の航空機が生産されました。[9]

XF-104から量産型のスターファイターへの目に見える変更点としては、胴体の延長（J79エンジンと追加の機内燃料を搭載するため）と、下向きに射出する座席とのクリアランスを増やすため前引込み式の機首着陸装置（複座型を除く）がある。安定性向上のため腹部フィンがYF-104Aの試験プログラム中に追加された。吸気ショックコーンと、燃料パイプを収容するキャノピーとフィンの間の胴体背部フェアリングも追加された。 [3] [10] [11]量産型では、フラッター問題を解消するためステンレス鋼の 桁を使用してフィン構造が再設計された。 [12] 機内燃料搭載量が少なく機体の有効航続距離が制限されていたため、後期型では前部胴体を延長することで搭載量を増やした。[9]

デザイン

望ましい性能を達成するために、ロッキード社はミニマリスト的なアプローチを選択しました。それは、可能な限り軽量で空力効率の高い機体を強力な単一エンジンに搭載することで高性能を実現する設計です。特に、抗力と質量を最小限に抑えることに重点が置かれました。[13]

翼の設計

XF-104は革新的な主翼設計を採用していた。ほとんどの超音速ジェット機は後退翼またはデルタ翼を採用している。これにより、空力性能、揚力、燃料や機器用の内部スペースの間で妥当なバランスが取れる。しかし、高速超音速飛行に最も効率的な形状は、アスペクト比が低く翼面荷重の高い、小型で直線的な中央搭載型台形翼であることが判明していた。この翼は非常に薄く、翼弦比はわずか3.4%であった。[14]翼の前縁は非常に薄く（0.016インチ/0.41mm）、鋭利であったため、地上クルーに危険を及ぼし、地上での運用中は保護ガードを設置する必要があった。翼が薄いため、燃料タンクと着陸装置は胴体内に収める必要があった。エルロンを駆動する油圧アクチュエータは、利用可能なスペースに収まるようわずか1インチ（25mm）の厚さしかなく、楽器に似ていることからピッコロ・アクチュエータと呼ばれていました。主翼には、低速時の揚力増加のため、電動の前縁フラップと後縁フラップが装備されていました。XF-104には、量産機に搭載されていた境界層制御システムは搭載されていませんでした。 [15]

ジェット機の木製模型に取り組んでいる男性職員の白黒写真
木製モックアップ

尾びれ

徹底的な風洞試験の結果、ピッチ軸周りの安定性と制御を最適化するため、スタビライザーはフィンの上部に取り付けられました。 [15]垂直尾翼は両翼の長さよりわずかに短く、空力学的効果もほぼ同等であったため、ラダー操作時に翼のように作用する可能性があり、「ダッチロール」と呼ばれる現象が発生しました。この影響を相殺するため、翼は下向きに傾斜し、10°の下反角を与えました。ラダーは手動で操作され、フィン下部に取り付けられた小型のヨーダンパー面によって補助されました。 [15]

機体

XF-104の胴体は、機首に向かって急激に細くなる高精細比と、25平方フィート（2.3 m 2 ）の小さな前面面積を持っていた。[ 16 ]胴体には、コックピット、航空電子機器、機関砲、すべての内部燃料、着陸装置、エンジンがぎっしりと詰め込まれていた。[13]ベン・リッチが設計した空気取り入れ口は、J65エンジン搭載の航空機がマッハ2の性能を発揮できなかったため、吸気コーンのない固定形状だった。空気取り入れ口は、 F-94 スターファイア のものと似ており、胴体から少し離れた位置に取り付けられ、境界層ブリードエア用の内部スプリッタープレートを備えていた。これらの機能の組み合わせにより、高迎え角を除いて極めて低い抗力が得られ、高迎え角では誘導抗力が非常に高くなった。

射出座席

XF-104は、珍しい下方射出式のスタンレーBシートを備えていました。当時の射出座席設計では、高い「T」字型尾翼アセンブリを脱出させるのに十分な爆発力がないのではないかと懸念されていました。シートが作動しない場合は、胴体下部のハッチを手動で解除し、重力を利用して機体から脱出することが可能でした。F-104シリーズの機体は後に上方射出式シートに改修されましたが、胴体ハッチは整備作業に便利な機能として残されました。[1]

運用履歴

テストと評価

黒いオーバーオールを着たパイロットがジェット機の機首にしゃがんでいる
トニー・ルヴィエがXF-104の上でポーズをとる。翼端燃料タンクに注目

初飛行

最初のXF-104（ロッキード社製 083-1001、シリアル番号53-7786）は、2月24日から25日の夜間に極秘裏にエドワーズ空軍基地に輸送され、ロッキード社のテストパイロットであるトニー・ルヴィエが初期テストを行うことになっていた。[3] 1954年2月28日、XF-104は高速タキシング中に予定通り地上約5フィートまで跳ね上がったが、最初の公式飛行は3月4日に行われた。[17]その飛行中、着陸装置が引き込まれず、ルヴィエは約20分間の低速飛行の後に着陸した。[8]調整とその後の飛行で、問題は油圧システムの圧力低下であることが判明した。[8]悪天候のため、XF-104は3月26日まで地上にとどまり、その後の飛行では着陸装置が正常に引き込まれた。[8]

試作2号機（ロッキード社製 083-1002、シリアル番号53-7787）は、当初からアフターバーナーJ65を装備し、10月5日に初飛行を行った。兵装試験機として開発されたため、20mm（0.79インチ）M61バルカン砲とAN/ASG-14T-1射撃管制装置が搭載された。[10] XF-104 2号機は、1955年3月25日にロッキード社のテストパイロット、J・レイ・グーディーの操縦により、高度60,000フィート（18,000メートル）でマッハ1.79の最高速度を達成した。これはXF-104が達成した最高速度であった。[8] [13]

パフォーマンス

XF-104 1号機は、アフターバーナーなしのJ65ターボジェットエンジンを搭載し、水平飛行では亜音速であったが、わずかな降下時にはマッハ1を容易に超える速度に達した。1954年7月、J65-B-3はアフターバーナー付きのJ65-W-7ターボジェットエンジンに置き換えられた。このエンジンの搭載により、XF-104の性能は大幅に向上した。最高水平速度は高度41,000フィート（12,000メートル）でマッハ1.49に達し、急上昇時には高度55,000フィート（17,000メートル）まで、急降下時にはマッハ1.6まで到達できた。最初のXF-104は1955年11月に米空軍に採用された。[8]

金属製の装置に載った7連装回転式砲
M61 バルカン

発射試験

2号機のバルカン砲による最初の空中発射試験は成功したが、12月17日、バースト射撃中に爆発が起こり[9]、J65エンジンのコンプレッサーが深刻な失速を起こした。トニー・ルヴィエはすぐにエンジンを停止し、滑空してロジャーズ・ドライ・レイクにデッドスティック着陸に成功した。後の調査で、20 mm機関砲の弾丸の1発が砲尾で爆発し、ボルトが砲尾から吹き飛び、機体構造を貫通して前部胴体燃料タンクに入ったことが判明した。ジェット燃料が銃座に流れ込み、コンパートメントドアのシールから漏れて左エンジンの空気取り入れ口に流入した。エンジンはすぐに燃料で溢れ、コンプレッサーが失速した。[18]

クラッシュ

XF-104 53-7786は、1957年7月11日、F-104Aの飛行試験の追跡飛行中に制御不能なフィンフラッターが発生し、墜落事故で行方不明となった。尾翼全体が機体から引き剥がされ、ロッキード社のテストパイロット、ビル・パークは脱出を余儀なくされた。フィンフラッターは既知の問題であり、事故当時、機体の最高速度はマッハ0.95に制限されていた。トニー・ルヴィエは、その性能は追跡任務には適さないと主張し、この機体を飛行不能にして博物館に収蔵するよう求めていた。[9] [12] [19]

XF-104 53-7787は、1,000時間以上の飛行時間を積んだ後の1955年4月14日に行方不明になった[9] [20]。テストパイロットのハーマン・サーモンが50,000フィート（15,000メートル）での銃射撃試験中に脱出を余儀なくされたためである。射撃試験中に銃が故障し、激しい振動が増加し始め、コックピット下の射出ハッチが外れた。キャビンの与圧が失われ、サーモンの与圧服が膨張して顔を覆い、視界が遮られた。前年の12月にルヴィエが砲弾の炸裂で経験した恐ろしい出来事を思い出し、サーモンは自分にも同じことが起こり、脱出する以外に選択肢はなかったと信じた。後に彼は、53-7787をもっと低い高度に降ろして与圧服が収縮するのを待てば機体を救えたことを知った。武装試験機の喪失により、ロッキード社の技術者は代替手段を探さざるを得なくなり、改造されたロッキードF-94Cスターファイアで武装試験が継続された。[21] 2機のXF-104は合計約2,500時間の飛行時間を記録した。[8]

テストの結論

飛行試験の結果、性能予測は正確であることが証明され、低出力のJ65エンジンを搭載しても、XF-104は当時開発中だった他のセンチュリーシリーズ戦闘機よりも高速飛行が可能であった。XF-104の高度60,000フィート（18,000メートル）における上昇限界高度は予測より7,000フィート（2,100メートル）高く、速度と抗力の予測値を2～3%上回った。 [22]しかし、J65エンジンの低推力により、この機種の性能ポテンシャルを最大限に発揮できなかったことも指摘された。[9]

白黒写真撮影のためランプに駐機した5機の航空機
XF-104 シリアル番号53-7786と F-100、F-101、F-102、F-105 の初期モデル

いくつかの小さな問題が表面化したが、すぐに修正された。XF -104のヨーダンパーは効果がなく、ラダーが確実にセンターリングしないことが判明したが、これらの問題はラダー制御システムの改良によって解決された。 [21]無動力のラダーは高速飛行時に適切な方向制御を提供できなかったが、この問題はその後のF-104の全型で油圧駆動にすることで解決された。また、高高度における亜音速機動性の低さについても懸念が表明された。[21]

後のインタビューで、ケリー・ジョンソンは機体についての意見を尋ねられた。「私の設計通りだったか？性能面ではイエスだ。エンジン面では、J65ではなくJ79で多くのエンジン問題に遭遇した。」[23] F-104の機体設計に貢献したジョンソンは、1958年にゼネラル・エレクトリック社（エンジン部門）、アメリカ空軍（飛行記録部門）と共同でコリアー・トロフィーを受賞した。 [24]

仕様（XF-104）

航空機の上面、側面、正面を示す線画
XF-104 3ビュー

BowmanとDrendelのデータ。 [1] [25]

一般的な特徴

  • 乗員: 1
  • 長さ: 49フィート2インチ (14.99メートル)
  • 翼幅： 21フィート11インチ（6.68メートル）
  • 高さ: 13フィート6インチ (4.11 m)
  • 翼面積： 196平方フィート（18.2 m 2）
  • 翼型：両凸型 3.36% [26]
  • 空車重量: 11,500ポンド (5,216 kg)
  • 総重量: 15,700ポンド (7,121 kg)
  • 動力装置:ライトJ65-W-6 ターボジェットエンジン1基、乾燥推力7,800 lbf (35 kN)、アフターバーナー使用時10,200 lbf (45 kN)

パフォーマンス

  • 最高速度: 1,324 mph (2,131 km/h、1,151 kn)
  • 失速速度: 160 mph (260 km/h、140 kn)
  • 範囲: 800 マイル (1,300 km、700 海里)
  • 実用上昇限度： 50,500フィート（15,400メートル）

武装

  • 銃：T171バルカン20mm（0.79インチ）砲1門（XF-104 083-1002のみ） [1]

参照

関連開発

同等の役割、構成、時代の航空機

関連リスト

参考文献

注記
  1. ^ abcd Bowman 2000、33ページ。
  2. ^ Bowman 2000、26ページより。
  3. ^ abcd Bowman 2000、32ページ。
  4. ^ リード 1981、10ページ。
  5. ^ アプトン 2003、13ページより。
  6. ^ ボウマン 2000、27ページ。
  7. ^ アプトン 2003、14ページ。
  8. ^ abcdefgh ジェンキンスとランディス 2008、168ページ。
  9. ^ abcdef Bowman 2000、35ページ。
  10. ^ アプトン 2003、38ページより。
  11. ^ Gunston, WL編「F-104：速度と高度の絶対記録保持者」Flight International、 1958年5月30日、743ページ。2011年6月29日閲覧。
  12. ^ アプトン 2003、45ページより。
  13. ^ abc Bowman 2000、29ページ。
  14. ^ 「F-104：速度と高度の絶対記録保持者」Flight International 1958年5月30日. 2013年5月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年7月6日閲覧。
  15. ^ abc Bowman 2000、28ページ。
  16. ^ アプトン 2003、17ページ。
  17. ^ Pace 1992、17ページ。
  18. ^ ガンストン、WL編「スターファイター：ロッキードの米空軍向けマッハ2戦闘機」フライト・インターナショナル、 1956年4月20日、442ページ。2011年6月28日閲覧。
  19. ^ Pace 1992、22ページ。
  20. ^ キンゼイ 1991、6ページ。
  21. ^ abc Pace 1992、20ページ。
  22. ^ キンゼイ 1991、4ページ。
  23. ^ リード 1981、13ページ。
  24. ^ グリーンフィールド、アート。「コリアー・トロフィー受賞者、1950～1959年」。2008年12月11日アーカイブ、Wayback Machine アメリカ航空協会。2011年6月26日閲覧。
  25. ^ ドレンデル 1976、10ページ。
  26. ^ Lednicer, David. 「翼の使用に関する不完全なガイド」m-selig.ae.illinois.edu . 2019年4月16日閲覧。
参考文献
  • ボウマン、マーティン・W.ロッキード F-104 スターファイター. ラムズベリー、マールボロ、ウィルトシャー、イギリス: クロウッド・プレス社、2000年。ISBN 1-86126-314-7。
  • ドレンデル、ルー著『F-104スターファイターの戦闘（航空機番号27）』キャロルトン、テキサス州：スクアドロン/シグナル出版、1976年。ISBN 0-89747-026-5。
  • ジェンキンス、デニス・R.、トニー・R.ランディス共著『アメリカ空軍ジェット戦闘機の試作と実験』ノースブランチ、ミネソタ州：スペシャルティ・プレス、2008年。ISBN 978-1-58007-111-6。
  • キンジー、バート著『F-104スターファイター 詳細とスケール』、ブルーリッジサミット、ペンシルバニア州：TABブックス、1991年。ISBN 1-85310-626-7。
  • ペース、スティーブ著『F-104スターファイター：初の実戦用マッハ2戦闘機の設計、開発、そして世界規模の運用』セントポール、ミネソタ州：モーターブックス・インターナショナル、1992年。ISBN 0-87938-608-8。
  • ペース、スティーブ著『X-ファイターズ：アメリカ空軍の実験的・試作戦闘機、XP-59からYF-23まで』セントポール、ミネソタ州：モーターブックス・インターナショナル、1991年。ISBN 0-87938-540-5。
  • リード、アーサー著『F-104スターファイター ― 現代の戦闘機』9巻、ロンドン：イアン・アラン社、1981年、ISBN 0-7110-1089-7。
  • アプトン、ジム. 『ウォーバード・テック - ロッキード F-104 スターファイター』ノースブランチ、ミネソタ州：スペシャルティ・プレス、2003年。ISBN 1-58007-069-8。
ウィキメディア・コモンズには、ロッキード XF-104に関連するメディアがあります。
  • USAF国立博物館サイトのXF-104ページ
  • XF-104 の初飛行を YouTube でご覧ください。
  • バウガーの米国軍用機に関するXF-104のページ
  • F-104フライトインターナショナル。
  • Vectorsite.netのXF-104
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