ロッキードXF-104スターファイター

ロッキード社の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月に韓国を訪れ、戦闘機パイロットたちにどのような航空機が欲しいか尋ねた。当時、米空軍のパイロットたちはノースアメリカン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の方が大型で複雑なアメリカ製の機体よりも優れていると感じていた。パイロットたちは小型でシンプルな、優れた性能を持つ航空機を求めた。^{[ 2 ]}特にギャビー・ガブレスキー大佐は「風防にガムを貼り付けて照準を合わせる方がましだ」と言い、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 ]}

米国に帰国したジョンソンは、公式の要求仕様が間もなく発表されることを察知し、まさにそのような航空機の設計をすぐに開始した。1952年3月、彼のチームが編成され、8,000 ポンド（3.6トン）の小型設計から50,000ポンド（23トン） のかなり大型の設計まで、いくつかの異なる航空機の提案をスケッチした。この設計は後にL-246として知られるようになり、最終的に納入された「モデルL-083スターファイター」と基本的に同じだった。^{[ 3 ]}  

この設計は1952年11月に空軍に提示され、空軍は関心を示して新たな提案を作成し、複数の企業に参加を呼びかけた。その結果、3つの追加設計案が提出された。1つはリパブリック社のAP-55で、同社の試作機XF-91サンダーセプターの改良型である。もう1つはノースアメリカン社のNA-212で、後にF-107へと発展する。そして、ノースロップ社のN-102ファングは、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である。

どれも興味深いものでしたが、ロッキード社は圧倒的なリードを保っており、1953年3月に開発契約を獲得しました。^{[ 3 ]}ロッキード社の以前の無人ラムジェット/ロケットプログラムからのテストデータは、XF-104がX-7の翼と尾部の基本設計を共有するため、空力研究に非常に貴重なものとなりました。^{[ 4 ] [ 5 ]}ダグラスX-3スティレットから得られた経験も、XF-104の設計段階で使用されました。^{[ 6 ]}さまざまな翼型と尾部設計をテストするために、400個以上の余剰計測器付き砲弾ロケットが発射され、そこからカメラフィルムとテレメトリーがパラシュートで回収されました。^{[ 7 ]}

木製のモックアップは4月末に検査の準備が整い、5月下旬には2機の試作機の製作が開始された。J79エンジンはまだ準備が整っていなかったため、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、バズ番号FG-786）の製作は、1953年の夏にカリフォルニア州バーバンクにあるロッキードの工場で始まった。^{[ 8 ]}この航空機はアフターバーナーなしのビュイック製ライトJ65-B-3ターボジェットエンジンで駆動した。最初の試作機は1954年初頭までに完成し、3月に飛行を開始した。契約締結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、10～15年が一般的である今日では考えられないことである。^{[ 5 ]} 2番目の試作機（シリアル番号53-7787）の製作は、より遅いペースで進められた。^{[ 8 ]}

XF-104設計の公式承認により、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生産された2,500機以上の航空機が製造された。^{[ 9 ]}

XF-104からスターファイターの量産型への目に見える変更点としては、胴体の延長（J79エンジンと追加の内部燃料を収容するため）と、下方射出座席のクリアランスを増やすための前方格納式前脚（2人乗りバージョンを除く）が挙げられる。安定性を高めるための腹部フィンは、YF-104A試験プログラム中に追加された。吸気ショックコーンと、キャノピーとフィンの間の胴体背部フェアリング（燃料パイプを収容）も追加された機能である。 ^{[ 3 ] [ 10 ] [ 11 ]}量産機では、フラッター問題を解消するためにステンレス鋼の桁を使用した再設計されたフィン構造も採用された。 ^{[ 12 ]} 内部燃料容量が少なく、航空機の有効航続距離が制限されていたため、後のバージョンでは前部胴体を延長することで容量が追加された。^{[ 9 ]}

XF-104は斬新な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使用している。これにより、空力性能、揚力、燃料や機器のための内部空間の適切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が高い小型の直線状の中翼台形翼であることが分かっていた。翼は非常に薄く、厚さ対翼弦比はわずか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、地上作業員にとって危険であり、地上作業中は保護ガードを取り付ける必要があった。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。補助翼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に厚さがわずか 1 インチ (25 mm) で、この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。翼には、低速時の揚力を増加させるために、電動式の前縁および後縁フラップが装備されていました。XF-104 には、量産機の境界層制御システムは搭載されていませんでした。 ^{[ 15 ]}   

広範囲にわたる風洞試験の後、最適な安定性とピッチ軸周りの制御のために、スタビレーターはフィンの上部に取り付けられました。 ^{[ 15 ]}垂直尾翼は各翼の長さよりわずかに短く、空力的にほぼ同等の効果があったため、ラダー操作時に翼として作用する可能性がありました（「ダッチロール」として知られる現象）。この効果を相殺するために、翼は下向きに10°の反角が付けられました。ラダーは手動で操作され、フィンの下部に取り付けられた小さなヨーダンパー面によって補完されました。 ^{[ 15 ]}

XF-104の胴体は、高い細長比、つまり機首に向かって急激に細くなり、前面投影面積は25平方フィート（2.3^平方メートル）と小さかった。^{[ 16 ]}胴体にはコックピット、アビオニクス、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・リッチが設計したエアインテークは、 J65エンジン搭載機がマッハ2の性能を発揮できなかったため、インレットコーンのない固定形状だった。これらはF-94スターファイアのものと似ており、胴体からわずかに離れた位置に取り付けられ、境界層のブリードエア用の内側スプリッタープレートを備えていた。これらの特徴の組み合わせにより、高迎角時を除いて抗力は極めて低く抑えられ、高迎角時には誘導抗力が非常に高くなった。    

XF-104は、珍しい下方射出式のスタンレーB型シートを装備していた。当時の射出座席の設計では、高い「T」字型の尾部構造を突破す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開放し、重力によって機体から脱出することが可能だった。F-104シリーズの航空機は後に上方射出式のシートに変更されたが、胴体ハッチは便利な整備機能として残された。^{[ 1 ]}

XF-104 53-7786 は、1957 年 7 月11 日に 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て墜落し、失われました。尾翼全体が機体から引きちぎられ、ロッキードのテスト パイロットであるビル パークは脱出を余儀なくされました。フィン フラッターは既知の問題であり、事故当時、この航空機はマッハ 0.95 を超える速度に制限されていました。トニー ルヴィエは、その性能が追跡任務に適していないと主張し、この航空機を飛行状態から外して博物館に展示しようとしました。^{[ 9 ] [ 12 ] [ 19 ]}  

XF-104 53-7787は、1,000飛行時間以上を積み重ねた後、1955年4月14日に失われた^{[ 9 ] [ 20 ]。}テストパイロットのハーマン・サーモンが、高度50,000フィート（15,000メートル）での銃撃試験中に脱出を余儀なくされたためである。試験射撃中に銃が故障し、激しい振動が発生して操縦席下の射出ハッチが外れた。キャビン内の気圧が失われ、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12月に爆発した砲弾でルヴィエが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ったと思い、脱出する以外に選択肢はないと考えていた。後に彼は、高度を下げて与圧服がしぼむのを待てば53-7787を救えたかもしれないことを知った。武装試験機が失われたため、ロッキードの技術者たちは代替手段を見つけざるを得なくなり、武装試験は改造されたロッキードF-94Cスターファイアで続けられた。^{[ 21 ]} 2機のXF-104は合計で約2,500飛行時間を蓄積した。^{[ 8 ]}  

飛行試験により、性能予測が正確であることが証明され、低出力のJ65エンジンを搭載した場合でも、XF-104は当時開発されていた他のセンチュリーシリーズ戦闘機よりも速く飛行しました。XF-104の60,000フィート（18,000メートル）の実用上昇限度は予測よりも7,000フィート（2,100メートル）高く、推定速度と抗力値を2～3パーセント上回りました。^{[ 22 ]}ただし、J65エンジンの推力が低いため、この機種の性能ポテンシャルを最大限に発揮することはできなかったと指摘されています。^{[ 9 ]}    

いくつかの軽微な問題が浮上したが、すぐに解決された。XF -104のヨーダンパーは効果がなく、ラダーが確実に中央に戻らないことが判明した。これらの問題は、ラダー制御システムを改訂することで修正された。 ^{[ 21 ]}動力のないラダーは高速飛行時に十分な方向制御を提供できなかったが、この問題はF-104の以降のすべてのバージョンで油圧動力を使用することで解決された。また、高高度での亜音速機動性の悪さについて懸念が表明された。^{[ 21 ]}

後のインタビューで、ケリー・ジョンソンは航空機についての意見を尋ねられた。「私の設計通りにできたか？性能面ではそうだ。エンジンに関しては、J65ではなくJ79で多くのエンジン問題に遭遇した。」^{[ 23 ]} F-104の機体設計における貢献により、ジョンソンは1958年にコリアー・トロフィーを共同受賞し、ゼネラル・エレクトリック（エンジン）とアメリカ空軍（飛行記録）と栄誉を分かち合った。^{[ 24 ]}