主题：【整理】纪念F-4鬼怪首飞54周年 -- 加特林

原型机发展历程

http://www.afwing.com/intro/f4/book/f4_phantom-3.htm

　　“鬼怪”的历史始于 1953 年 8 月，当时麦克唐纳设计师 Herman Barkley 领导了一个设计团队，最初的目标是提升本公司 F3H“恶魔”舰载战斗机的性能和多用途性以获得更多的订单。设计团队提出了几种差异很大的方案，公司非正式的将它们全部命名为 F3H-X，因为设计理念都脱胎于 F3H。

F3H“恶魔”舰载战斗机，麦克唐纳公司传统的尾撑布局被遗传至“鬼怪”上

　　第一个方案是 F3H-C“超级恶魔”，在一台 J67 的推动下在高空可以达到 1.69 马赫。J67 是英国布里斯托尔公司奥林巴斯涡喷发动机的特许生产型，当时还没有进行测试。

　　接下来是 F3H-E（内部编号 98A）也准备采用 J67 发动机，但取消了“恶魔”的前起落架，只保留了三轮车式的主起落架。飞机采用 45 度后掠角，机翼面积 450 平方英尺。当时还没有任何美国飞机采用 J67 发动机。

　　F3H-G（98B）计划采用两台莱特 J65-W-2（或者 W-4）发动机，其额定推力 7,800 磅。双发设计相对于单发更好的安全性吸引了很多海军官员的目光。设计上的特点还包括机身两侧进气道，后掠下单翼、全动式平尾。机翼面积略大于 F3H-E，达到 530 平方英尺。机体设计遵循面积律以降低跨音速阻力。该机计划装备 Aero11B 火控系统和 AN/APQ-150 雷达。固定武器是四门 20 毫米炮，也可以装备火箭发射器，全机 9 个挂点，每侧机翼下 4 个，机身下 1 个。设计最大速度 1.52 马赫。J65 是英国阿姆斯壮西德利蓝宝石发动机的特许生产型，当时已经开始生产。海军当时正被 J65 的大量问题所困扰，而麦克唐纳公司则满心希望到 F3H-G 可以投产时，发动机的问题可以得到解决。

　　F3H-H 在外形上和 G 型相似，发动机采用两台由通用动力生产的推力更大的 J79。当时这种发动机还没有经过测试，如果推力能达到设计指标的话，飞机的最高速度可达 1.97 马赫。

　　98F 是 98C 的照相侦察型。98C/D 分别采用三角翼和平直翼，选用两具 J65 或者 J79 发动机。98E（F3H-J）类似于 98C/D，三角翼更大更薄。

　　Herman Barkley 的 团队认为采用两台 J65 的 98B 方案最具潜力，随后放弃了其他所有方案。麦道开始制造 98B 的全尺寸模型，为了保险起见，模型的右半边做成适合安装 J79 的式样，左半边适合于 J65。

F3H-G 全尺寸模型，基本上是 F3H 的双发型。前机身段可根据任务需要安装特定设备：战斗机、侦察机、攻击机甚至全天候双座截击机

　　1953 年 9 月 19 日麦克唐纳主动向海军航空局提交了 98B 方案。那时候海军对类似的飞机还没有提出正式的需求。麦道试图发展可互换的单双座构型以便适应不同的战术需求。机头部分可以装搜索雷达、导弹火控系统、地形测绘雷达、照相机以及电子侦察设备。

　　虽然海军对麦道的设计印象不错，但还是在 1953 年 4 月和 6 月分别定购了格鲁门公司的 XF9F-9 和沃特公司的 XF8U-1 以满足海军对超音速战斗机的急需。不过海军方面也鼓励麦道继续设计一种单座双发全天候攻击机去和北美公司、格鲁门公司竞争。

　　麦道公司在 1954 年 8 月向海军正式提交了 F3H-G/H 方案，海军方面于 10 月份要求制造 2 架原型机和 1 架地面试验机。海军将计划命名为 AH-1，意指其担负的对地攻击任务，它携带不少于 11 个武器挂架。1954 年 12 月 14 日海军正式放弃对飞机的多任务要求，转而要麦道设计一种全天候截击机。军方要求取消机炮和除了机腹副油箱挂点以外的全部挂点。机腹部开槽以便半埋式挂载 4 枚“麻雀”空空导弹，雷达是 APQ-50，飞机改为双座以容纳增加的雷达操作员。

1954 年麦克唐纳展出的 AH-1 全尺寸模型，AH-1 以两具 J65“蓝宝石”发动机为动力，半埋挂载 4 枚“麻雀”雷达制导空空导弹

　　1955 年 4 月 15 日海军航空局正式通知海军战术司令部采用 J79 发动机，于是关于 J65 的工作全部停止了。同年 5 月 26 日航空局在对海军的需求深入研究后要求麦道公司制造 2 架双座全天候战斗机，武器全面导弹化。6 月 23 日下达了正式编号 YF4H-1，这是战斗机的编号。隔天麦道也公布了计划的新代号——98Q。

　　98Q 的代号只用了很短时间，6 月 24 日麦道获得了制造 18 架新飞机的合同，其中包括 2 架原型机和 1 架地面静态试验机。不久该计划又采用了 98S 的代号，这是因为除了半主动雷达制导的麻雀外还可以增加了使用红外制导响尾蛇导弹的能力。

　　1955 年 7 月 25 日海军和麦道签署了详细的 YF4H-1 技术规格清单。海军要求新飞机能够在距离母舰 250 海里处巡逻 2 小时以上，在不空中加油情况下持续飞行 3 小时以上。同时 F4H 的前期发展计划也得到确认，海军定购了 2 架原型机和 5 架预生产型飞机（BuNo 143388~143392）。

　　YF4H-1 的模型在 1955 年 11 月 17 到 23 日期间接受了检查。飞机将安装 2 台 J79 加力涡喷发动机，进气道为固定式。主要武器是 4 枚半主动雷达制导的麻雀，没有装备机炮。

　　与此同时海军授权沃特公司制造 2 架单座单发的 F8U-3“十字军 III”同麦道的 F4H-1 竞争。实际上沃特的飞机更应该称为 F9U“十字军 II”，基本上是架全新的飞机。

经过大量的风洞试验发现麦克唐纳的新飞机在高速时稳定性有问题，如不能解决则最大速度将被限制在 M2 以下。为了解决问题，设计人员做出了几个重大改变。其一是将全动平尾下反 23 度，兼具稳定鳍的作用，这样在获得稳定度的同时也不干扰尾喷管，另一个好处就是在大迎角飞行时，下反的尾翼可以从主翼紊流中伸出获得必要的控制力；其二是将主翼的折叠外翼段上反 12 度，并设置锯齿，锯齿产生的涡流可以阻止机翼附面层向翼尖方向发展，推迟分离；另外还将进气道改为带附面层隔离板的式样，使得各种飞行条件下都能为发动机提供最合适的气流。这些变化在设计上需要时间加以整合，所以直到 1956 年 12 月 31 日才最终完成设计，而平尾的下反和外翼段的上反造就了“鬼怪”的奇特外形。

1958 年 4 月，麦克唐纳圣路易斯工厂内已经装配完毕的首架 F4H-1 原型机 142259。周围的飞机有些是 RF-101，有些是 F3H

　　1956 年 12 月 19 日海军再次定购 11 架 F4H-1（145307~145317），这是第一批正式生产型。

　　1957 年 8 月 F4H-1 决定不采用 APQ-50 雷达，改用西屋公司的 APQ-72，不过由于时间关系原型机仍然使用 APQ-50。首架 YF4H-1 原计划使用 J79-GE-8 发动机，但由于研制时间拖延而装上了从空军借来的 J79-GE-3A。该机属于技术验证机，没有雷达也不能发射导弹，腹部挂的 4 枚“麻雀”全是模型。为了配平机头装的是压舱物而不是 APQ-50 雷达。在首架原型机上只布置了有飞行员的座位，后座安装的是测试设备。

　　YF4H-1 安装了前缘襟翼，从翼尖一直向内延伸到 1/4 翼展处，以机翼折叠处为界分为两部分。在飞机低速飞行时襟翼向下偏转，提高升力。前缘襟翼和后缘襟翼都具有吹气装置，从发动机压气机中引出高压空气向后吹出，使机翼上表面气流在高攻角的状况下不分离。进气道斜板有 5 度的安装角。在雷达罩后面的下机身表面装有电子设备冷却系统的进气口。机翼水平部分的后缘分为两部分，内侧的是襟翼，外侧为襟副翼。襟副翼是副翼的一种，但只能向下偏转，不能向上偏，在它们前面的机翼上表面就是扰流板。如果要向左边滚转，飞行员就会向下偏转右侧襟副翼，同时竖起左边的扰流板，“鬼怪”没有通常意义上的副翼，滚转控制由襟副翼和扰流板完成。外翼段除了前缘襟翼外没有其他操纵面。另外在机翼下表面襟翼前方设置有向下开裂的减速板。全动平尾有 23.25 度的下反角，提供全部的俯仰控制。

机翼上表面襟副翼前方的扰流板 机翼下表面襟翼前方的减速板

　　1958 年 5 月 27 日麦克唐纳公司试飞员 Robert C. Little 驾驶 YF4H-1（142259）完成了首飞，地点在圣路易斯市机场。首飞时起落架没有收起，并发现液压系统和发动机都有些问题，所以首飞时间比原计划缩短，不过飞机还是安全降落了。地面人员更换了右发动机，并把进气道斜板调整为 4 度。第二次飞行在 5 月 29 日，起落架仍然没有收。随后在 5 月 31 日和 6 月 2 日进行的第 3，4 次飞行情况好多了，飞机达到了 1.68 马赫。

1958 年 5 月 27 日 YF4H-1 的处女航，可以看到起飞中的飞机前缘襟翼处于最大角度

收起落架之后的飞行，波音官方网站对这张图片的解释是首飞，显然有误

　　142259 号原型机被送往爱德华兹空军基地和 F8U-3 进行对比测试，最终后者于 1958 年 12 月胜出。1958 年 12 月 17 日麦克唐纳公司又获得 24 架 F4H-1 的制造合同（148252~148275），这样生产型总订货量达到了 45 架。

进气道上方的应急涡轮

　　第二架 YF4H-1（142260）于 1958 年 10 月首飞。该机安装了 AN/APQ-50 雷达和完整的后座舱。可调进气道斜板的固定部分设定为 5 度，可调部分设定为 10 度。该机的扰流板没有打孔，在左侧进气道的上部安装有冲压空气涡轮。在紧急情况下该涡轮可以驱动一个应急液压泵给操纵系统提供动力。自动驾驶系统为 ASA-32。YF4H-1 144260 还安装了马丁贝克 MK H5 弹射座椅。1960 年该机具备了发射麻雀导弹的能力。

YF4H-1 142260 原型机

Robert C. Little 与 142260 合影

142260 打破了多项速度和高度世界纪录

　　1959 年 7 月 3 日 F4H-1 在圣路易斯麦克唐纳工厂的一个仪式上按公司传统被正式命名为“鬼怪 II”（Phantom II）。项目经理 Don Malvern 原想的绰号是“撒旦”（Satan），而 James S. McDonnell 则想把飞机命名为蜜特拉斯（Mithras，波斯神话中的光明之神）。“鬼怪”后面的罗马字母“II”是为了和第一代“鬼怪” FH-1 相区别，其实 FH-1 早已退役，并不存在混淆的可能。

　　第一架 YF4H-1 （142259）在一系列试飞后于 1958 年 10 月从爱德华兹基地返回圣路易斯工厂。在不久之后的 1959 年 10 月 21 日，它的第 296 次飞行时因为右发动机故障而坠毁，试飞员 Gerald "Zeke" Huelsbeck 身亡。

　　海军急于宣扬自己的最新型战斗机，并为此专门制定了计划，名为“创纪录飞行”（Top Flight）。第二架 YF4H-1（142260）在 1959 年 12 月 6 日创造了 98,560 英尺的升限世界纪录，飞行员是 Lawrence E. Flint 中校。原纪录 94,658 英尺是苏联飞行员 V. S. Ilyushin 少校驾驶苏霍伊 T-43-1 创下的。Flint 中校首先飞到 47,000 英尺并保持 2.5 马赫的速度，然后以 45 度角拉起爬升到 90,000 英尺。随后关闭发动机跃升到 98,560 英尺，滑过最高点后开始下坠。Flint 中校在 70,000 英尺高度重新启动发动机并正常着陆。George W. Ellis 中校还创造了 66,443.8 英尺的实用升限世界纪录。1961 年 12 月 22 日陆战队Robert B. Robinson 中校驾驶 142260 号“鬼怪”创造了 1,606.347 英里/小时的世界绝对速度新纪录，在他的第二次冲刺中“鬼怪”甚至在 45,000 英尺高度上超过了 1,700 英里/小时。这次飞行被称为“天空燃烧者行动”（Operation Skyburner）。为了创纪录，142260 在进气道内增加了水/酒精喷雾器对进入压缩机的空气进行冷却，以此增大发动机推力。