لوكهيد إكس إف-104 ستارفايتر

زار كلارنس إل. "كيلي" جونسون ، كبير المهندسين في قسم "سكونك ووركس" التابع لشركة لوكهيد ، كوريا في ديسمبر 1951، وتحدث مع طياري المقاتلات حول نوع الطائرات التي يرغبون بها. في ذلك الوقت، كان طيارو القوات الجوية الأمريكية يواجهون طائرات ميغ-15 "فاجوت" على متن طائراتهم من طراز نورث أمريكان إف-86 سابر ، وكان العديد منهم يعتقدون أن طائرات ميغ تتفوق على التصميم الأمريكي الأكبر حجمًا والأكثر تعقيدًا. طلب ​​الطيارون طائرة صغيرة وبسيطة ذات أداء ممتاز. ^{[ 2 ]} ونُقل عن أحد الطيارين، العقيد غابي غابريسكي ، قوله: "أفضّل التصويب بقطعة علكة ملتصقة بالزجاج الأمامي"، وأخبر جونسون أن الرادار "مضيعة للوقت". ^{[ 2 ]}

فور عودته إلى الولايات المتحدة، شرع جونسون على الفور في تصميم طائرة من هذا النوع، مدركًا أن متطلبات رسمية ستصدر قريبًا. في مارس 1952، تم تشكيل فريقه، وقاموا برسم عدة مقترحات مختلفة للطائرات، تتراوح بين تصاميم صغيرة بوزن 8000  رطل (3.6  طن)، وأخرى كبيرة نسبيًا بوزن 50000  رطل (23  طن). وظلت الطائرة L-246، كما عُرفت لاحقًا، مطابقةً بشكل أساسي لطائرة "موديل L-083 ستارفايتر" التي تم تسليمها في نهاية المطاف. ^{[ 3 ]}

عُرض التصميم على القوات الجوية في نوفمبر 1952، والتي أبدت اهتمامًا كافيًا لتقديم مقترح جديد، ودعت عدة شركات للمشاركة. وتلقت القوات الجوية ثلاثة تصاميم إضافية: ريبابليك AP -55، وهي نسخة محسّنة من نموذجها الأولي XF-91 ثاندرسيبتور ؛ ونورث أمريكان NA-212، التي تطورت لاحقًا إلى F-107 ؛ ونورثروب N-102 فانغ ، وهو تصميم جديد يعمل بمحرك جنرال إلكتريك J79 .

على الرغم من أهمية جميع المشاريع، إلا أن شركة لوكهيد كانت متقدمة بشكل كبير، وحصلت على عقد تطوير في مارس 1953. ^{[ 3 ]} أثبتت بيانات الاختبار من برنامج لوكهيد X-7 السابق للطائرة النفاثة/الصاروخية غير المأهولة قيمتها الكبيرة في أبحاث الديناميكا الهوائية، حيث أن طائرة XF-104 ستشارك التصميم العام لجناح وذيل X-7. ^{[ 4 ] [ 5 ]} كما استُخدمت الخبرة المكتسبة من طائرة دوغلاس X-3 ستيليتو في مرحلة تصميم XF-104. ^{[ 6 ]} أُطلق أكثر من 400 صاروخ مدفعية فائض مزود بأجهزة قياس لاختبار مختلف أشكال الأجنحة وتصاميم الذيل؛ حيث تم استعادة فيلم الكاميرا وبيانات القياس عن بُعد بواسطة مظلة. ^{[ 7 ]}

كان النموذج الخشبي جاهزًا للفحص في نهاية أبريل، وبدأ العمل على نموذجين أوليين في أواخر مايو. لم يكن محرك J79 جاهزًا بعد، لذا صُمم كلا النموذجين الأوليين لاستخدام محرك رايت J65 ، وهو نسخة مرخصة من محرك أرمسترونغ سيدلي سافاير . بدأ بناء النموذج الأولي الأول XF-104 ( الرقم التسلسلي الأمريكي 53-7786 ، ورقم باز FG-786) في صيف عام 1953 في مصنع لوكهيد في بوربانك، كاليفورنيا . ^{[ 8 ]} زُوّدت هذه الطائرة بمحرك نفاث توربيني من طراز رايت J65-B-3 من إنتاج شركة بويك، بدون حارق لاحق . اكتمل النموذج الأولي الأول بحلول أوائل عام 1954، وبدأ الطيران في مارس. لم تتجاوز المدة الإجمالية من منح العقد إلى أول رحلة طيران عامًا واحدًا، وهي مدة قصيرة جدًا حتى في ذلك الوقت، وغير مسبوقة اليوم، حيث تتراوح المدة المعتادة بين 10 و15 عامًا. ^{[ 5 ]} سار بناء النموذج الأولي الثاني (رقم التسلسل 53-7787 ) بوتيرة أبطأ. ^{[ 8 ]}

أدى الحصول على الموافقة الرسمية على تصميم XF-104 إلى توقيع عقد لتصنيع 17 طائرة اختبار خدمة من طراز YF-104A، وإنتاج أكثر من 2500 طائرة تم بناؤها في الولايات المتحدة وبموجب ترخيص في جميع أنحاء العالم. ^{[ 9 ]}

تشمل التغييرات الملحوظة بين طائرة XF-104 والنسخ الإنتاجية من طائرة ستارفايتر هيكلًا أطول (لاستيعاب محرك J79 وكمية إضافية من الوقود الداخلي) وعجلة هبوط أمامية قابلة للسحب (باستثناء النسخ ذات المقعدين) لزيادة الخلوص اللازم للمقعد القابل للقذف للأسفل. أُضيف زعنفة بطنية لزيادة الثبات خلال برنامج اختبار YF-104A. كما أُضيفت مخاريط امتصاص الصدمات عند المدخل وغطاء انسيابي لعمود الهيكل بين قمرة القيادة والزعنفة، والذي يضم أنابيب الوقود. ^{[ 3 ] [ 10 ] [ 11 ]} كما تميزت الطائرات الإنتاجية بهيكل زعنفة مُعاد تصميمه باستخدام دعامات من الفولاذ المقاوم للصدأ للتخلص من مشكلة الارتعاش. ^{[ 12 ]} ونظرًا لانخفاض سعة الوقود الداخلية، مما حدّ من المدى الفعال للطائرة، تم توفير سعة إضافية في النسخ اللاحقة عن طريق إطالة الجزء الأمامي من الهيكل. ^{[ 9 ]}

تميزت طائرة XF-104 بتصميم جناح ثوري. تستخدم معظم الطائرات النفاثة الأسرع من الصوت جناحًا مائلًا أو دلتا ، مما يتيح توازنًا معقولًا بين الأداء الديناميكي الهوائي، وقوة الرفع ، والمساحة الداخلية للوقود والمعدات. مع ذلك، وُجد أن الشكل الأمثل للطيران الأسرع من الصوت هو جناح صغير، مستقيم، متوسط ​​الارتفاع، شبه منحرف ، ذو نسبة عرض إلى طول منخفضة وحمل جناح عالٍ . كان الجناح رقيقًا للغاية، بنسبة سُمك إلى وتر لا تتجاوز 3.4%. ^{[ 14 ]} كانت الحواف الأمامية للجناح رقيقة جدًا (0.016  بوصة/0.41  مم) وحادة لدرجة أنها شكلت خطرًا على الطواقم الأرضية، ما استدعى تركيب واقيات أثناء العمليات الأرضية. وبسبب رقة الأجنحة، كان لا بد من وضع خزانات الوقود وعجلات الهبوط داخل جسم الطائرة. كانت المحركات الهيدروليكية التي تُشغّل الجنيحات بسماكة بوصة واحدة فقط (25 مم) لتناسب المساحة المتاحة، وعُرفت باسم محركات بيكولو لتشابهها مع هذه الآلة الموسيقية. زُوّدت الأجنحة برفارف أمامية وخلفية تعمل بالكهرباء لزيادة قوة الرفع عند السرعات المنخفضة. لم تكن طائرة XF-104 مزودة بنظام التحكم في الطبقة الحدية الموجود في الطائرات الإنتاجية. ^{[ 15 ]} 

بعد إجراء اختبارات مكثفة في نفق الرياح ، تم تركيب المثبت في أعلى الزعنفة لتحقيق الاستقرار الأمثل والتحكم في محور الميل . ^{[ 15 ]} ولأن الزعنفة الذيلية العمودية كانت أقصر قليلاً من طول كل جناح، وذات فعالية ديناميكية هوائية مماثلة تقريبًا، فقد أمكنها العمل كجناح عند استخدام الدفة (وهي ظاهرة تُعرف باسم " التمايل الهولندي "). وللحد من هذا التأثير، تم إمالة الأجنحة للأسفل بزاوية انحناء سالبة مقدارها 10 درجات . وكانت الدفة تُشغل يدويًا، مع إضافة سطح صغير لتخميد الانحراف مثبت في أسفل الزعنفة. ^{[ 15 ]}

كان هيكل طائرة XF-104 يتميز بنسبة انسيابية عالية ، أي أنه يتناقص تدريجيًا نحو المقدمة، ومساحة أمامية صغيرة تبلغ 25 قدمًا مربعًا (2.3 متر مربع ⁾ . [ ^{16 ] كان} الهيكل مكتظًا، ويحتوي على قمرة القيادة ، والإلكترونيات ، والمدفع، وجميع خزانات الوقود الداخلية، وعجلات الهبوط، والمحرك. ^{[ 13 ]} صُممت مداخل الهواء، التي صممها بن ريتش ، بهندسة ثابتة بدون مخاريط دخول ، نظرًا لأن الطائرة المزودة بمحرك J65 لم تكن قادرة على بلوغ سرعة ماخ 2. كانت هذه المداخل مشابهة لتلك الموجودة في طائرة F-94 ستارفاير ، حيث كانت مثبتة بعيدًا قليلًا عن الهيكل، مع وجود لوحة فاصلة داخلية لهواء الطبقة الحدية المسحوب. وفر هذا المزيج من الميزات مقاومة منخفضة للغاية باستثناء زاوية الهجوم العالية ، حيث تصبح المقاومة المستحثة عالية جدًا.    

تميزت طائرة XF-104 بمقعد ستانلي B غير مألوف يُقذف إلى الأسفل . كان هناك تخوف من أن تصاميم مقاعد القذف المعاصرة لن تمتلك قوة تفجيرية كافية لتجاوز مجموعة الذيل "T" العالية. في حال عدم انطلاق المقعد، كان من الممكن فتح فتحة جسم الطائرة السفلية يدويًا ثم الخروج من الطائرة بفعل الجاذبية. لاحقًا، تم تحويل طائرات سلسلة F-104 إلى مقاعد تُقذف إلى الأعلى، ولكن تم الإبقاء على فتحة جسم الطائرة كميزة صيانة مفيدة. ^{[ 1 ]}

فُقدت الطائرة XF-104 53-7786  في حادث تحطم بتاريخ 11 يوليو  1957، عندما أصيبت باهتزاز غير قابل للسيطرة في زعانفها أثناء قيامها بمهام مطاردة لاختبارات طيران F-104A. وقد تمزق ذيل الطائرة بالكامل من هيكلها، مما اضطر طيار الاختبار التابع لشركة لوكهيد، بيل بارك، إلى القفز بالمظلة. كان اهتزاز الزعانف مشكلة معروفة، وكانت سرعة الطائرة محدودة إلى  0.95 ماخ كحد أقصى وقت وقوع الحادث. وقد حاول توني ليفيير إخراج الطائرة من الخدمة ووضعها في متحف، بحجة أن أداءها لا يناسب مهام المطاردة. ^{[ 9 ] [ 12 ] [ 19 ]}

فُقدت الطائرة XF-104 53-7787 في 14 أبريل 1955 بعد أن سجلت أكثر من 1000 ساعة طيران ^{[ 9 ] [ 20 ]،} عندما اضطر الطيار التجريبي هيرمان سالمون إلى القفز بالمظلة أثناء تجارب إطلاق النار على ارتفاع 15000 متر (50000 قدم) . تعطل المدفع أثناء إطلاق النار التجريبي، وبدأت اهتزازات شديدة بالتراكم، مما أدى إلى فتح فتحة القذف أسفل قمرة القيادة. انخفض ضغط المقصورة ، فانتفخت بدلة الضغط الخاصة بسالمون وغطت وجهه، فحجبت عنه الرؤية. تذكر سالمون تجربة ليفيير المروعة مع قذيفة المدفع المتفجرة في ديسمبر السابق، فاعتقد أن الأمر نفسه قد حدث له، وأنه لم يكن أمامه خيار سوى القفز بالمظلة. اكتشف لاحقًا أنه كان بإمكانه إنقاذ الطائرة 53-7787 بالهبوط بها على ارتفاع أقل وانتظار تفريغ بدلة الضغط. مع فقدان منصة اختبار التسليح ، اضطر مهندسو شركة لوكهيد إلى البحث عن بديل، واستمرت تجارب التسليح على طائرة لوكهيد إف-94 سي ستارفاير معدلة . ^{[ 21 ]} وقد بلغ إجمالي ساعات طيران طائرتي إكس إف-104 ما يقارب 2500 ساعة. ^{[ 8 ]}  

أثبتت اختبارات الطيران دقة تقديرات الأداء، وأنه حتى مع تزويدها بمحرك J65 ذي القدرة المنخفضة، حلّقت طائرة XF-104 بسرعة أكبر من مقاتلات سلسلة Century الأخرى التي كانت قيد التطوير آنذاك. بلغ سقف تحليق XF-104 60,000 قدم (18,000 متر) ، أي أعلى بـ 7,000 قدم (2,100 متر) من المتوقع، وتجاوزت أرقام السرعة والمقاومة المقدرة بنسبة تتراوح بين اثنين وثلاثة بالمئة. ^{[ 22 ]} ومع ذلك، لوحظ أن قوة الدفع المنخفضة لمحرك J65 لم تُمكّن من تحقيق كامل إمكانات الأداء لهذا النوع من الطائرات. ^{[ 9 ]}    

ظهرت بعض المشاكل الطفيفة، ولكن تم حلها بسهولة. تبين أن مخمد الانحراف في طائرة XF-104 غير فعال، وأن الدفة لا تعود إلى وضعها المركزي بشكل صحيح؛ وقد تم تصحيح هذه المشاكل بتعديل نظام التحكم في الدفة. ^{[ 21 ]} لم توفر الدفة غير المزودة بمحرك تحكمًا اتجاهيًا كافيًا عند السرعات الجوية العالية، وتم حل هذه المشكلة باستخدام الطاقة الهيدروليكية في جميع الإصدارات اللاحقة من طائرة F-104؛ كما أُثيرت بعض المخاوف بشأن ضعف القدرة على المناورة دون سرعة الصوت على ارتفاعات عالية. ^{[ 21 ]}

خلال مقابلة لاحقة، سُئل كيلي جونسون عن رأيه في الطائرة، فأجاب: "هل كانت مطابقة لتصميماتي؟ من حيث الأداء، نعم. أما من حيث المحرك، فقد واجهنا العديد من المشاكل، ليس مع محركات J65، بل مع محركات J79." ^{[ 23 ]} تقديراً لمساهمته في تصميم هيكل طائرة F-104، مُنح جونسون جائزة كولير عام 1958، مناصفةً مع شركة جنرال إلكتريك (للمحركات) والقوات الجوية الأمريكية (لسجلات الطيران). ^{[ 24 ]}