F-102為攔截蘇聯重轟而生 技術領先卻毫無建樹

在著名的「美國百系列噴氣式戰鬥機」中間，F-102是通用動力公司康維爾分公司專門為美國空軍量身定做的第一種超音速三角翼實用型飛機、也是本國第一種有人駕駛超音速專用截擊機。它具有唯一的用途——為捍衛領空而攔截入侵之敵。它的作戰對象主要是冷戰時期前蘇聯空海軍的幾種戰略轟炸機，比如米亞-4和圖-95。

遭F-14攔截的米亞-4

與F-15伴飛的圖-95

關於F-102的研製計劃和設想源緣，我們似乎可以一直推前到1945年。和其他大型飛機製造公司一樣，康維爾飛機公司同樣也按照與空軍簽定的合同，對繳獲自納粹德國的大量跨音速風洞試驗和運算數據進行分析，並試圖從中取得自己可用的經驗公式和設計規律。這些來自德國的資料，大多是關於挑選和對比機翼平面形狀的技術報告。難怪戰爭後期的德國出現了這麼多奇形怪狀的設計方案。

戰後的美國，同樣急切需要屬於自己的噴氣式高速飛機，其最優先的實用對象自然是戰鬥機。1948年，康維爾飛機公司試製成功外形超前的純三角翼無尾驗證機XF-92A。在隨後幾年中，公司通過一系列試飛，獲得了大量馬赫數在0.95以下(高亞音速)的實驗數據，為進一步研製實用型高速三角翼戰鬥機提供了堅實的理論基礎。

三角翼無尾驗證機XF-92A

而XF-92A的誕生，則起源於德國三角機翼研究權威阿力克賽?利匹秀博士和美國國家航空諮詢委員會(NACA)合作設計的7002號三角翼超音速模型。美國陸軍尋中該模型方案，委託康維爾飛機公司在考慮同時安裝渦噴發動機和火箭助推發動機的情況下，開發以XF-92命名的試驗機(公司內部代號為Model 7)。不久，混合動力方案被取消。實際上XF-92A只安裝了一台推力僅2085千克(噴水加力時2450千克)的J33-A-23渦輪空氣噴氣發動機。

XF-92A首飛於1948年的9月18日，必須提及的是，這次飛行也是世界上第一次三角機翼噴氣式飛機的處女航。可惜因為推力不足(儘管發動機安裝了補燃加力裝置)，仍不足以讓這架漆成雪白色的小飛機在平飛狀態下達到超音速飛行的目標。

XF-92A擁有一個相對粗短的紡錘型機身，其前斷為而2維的圓形機頭進氣口。三角形主翼安裝在機身的中段，翼稍尖削，未作截稍處理。而且後緣沿全展向設有襟副翼。右機翼上表面粘滿觀察機翼環流走向的毛線。單座座艙蓋具有井字形的寬條框架。而最有特色的是XF-92A的三角形垂尾，唐突地安裝在機身的近中央，而非人們通常認知的機尾。

XF-92A的翼展 9.53 米，全長12.93米，總重6800千克，最大速度0.95馬赫，製造數量僅一架。

NASA的靈丹妙藥

在取得了XF-92A的飛行實驗數據以後，F-102戰鬥機的設計正式起步，時值1950年。當時，有多家飛機企業同時參加這項競爭，新機的計劃代號「MX1179」。1951年，空軍追加的戰術技術要求是：在攜帶空對空導彈的情況下，飛機必須在平飛狀態中達到超音速性能(而不僅僅是當時許多試驗型號只能通過俯衝才勉強達到超音速)。

作為一大契機，美國空軍急需一種和新式MG-10火控系統和GAR-1(即後來的AIM-4)空對空導彈相配套的截擊戰鬥機。當時的「快捷」做法，是將現成的XF-92A按1.22倍的比例放大設計成為YF-102原型機(公司內部代號Model 8)。不過真正的F-102和XF-92A相比，從外形到內構已不太相像。

YF-102最初的原型機，座艙蓋比較圓滑

作為飛機的心臟部分，全新的火控系統被軍方指定由休斯公司獨家開發，整個系統已經將導彈包括在內。也許正是因為休斯公司在獵鷹導彈的預研已接近成功，所以此項任務就非它莫屬了。

由於空軍看好來自YF-92A的實驗數據，因此對該實用型號充滿信心，以至於破例允許康維爾公司在剛作試飛的同時，就馬上正式投產。

在最早的2架YF-102原型機中，1號機於1953年10月24日首飛，但首飛後的第8天不幸在作迫降時墜毀。但令軍方真正感到失望的事是，2號機在試飛不久即可明顯地預見到新機的飛行性能根本達不到先前風洞試驗時所得到的預測值。其中主要是飛行速度始終無法超過音速。究其主要原因，還是飛機的跨音速阻力一時無法克服。當時用於YF-102的是國內單台推力最大的J57-P-11型渦噴發動機，它儘管已擁有4945千克的最大推力（加力狀態下達到6575千克），但要想實現超音速飛行仍然無望。於是2號機的試飛到1954年1月11日已完全終止。由於在軍方的招標要求中已強調了超音速攔截的要求，所以康維爾公司的試製計劃面臨著夭折。直面車間內裝配型架上業已開鉚的那些批產機，公司高層心急如焚……

其實，康維爾公司遇到的困難還遠遠不止這些，F-102的研製其實同時面臨了三角翼氣動布局的實用化、無尾戰鬥機的實用化、空對空導彈機載武器的實用化和機載調試以及全自動截擊引導綜合火控系統的實用化等多項技術難題。

最後，還是NACA讓F-102起死回生，是NACA成全了康維爾公司重鑄空中利劍的豪情。

這貼靈丹妙藥，正是後來幾乎每一位航空專業大學生都得學習的「跨音速面積律」理論。

「面積律」理論(Area rule)通俗地說，就是跨音速或超音速飛行時，飛行器「零升力波阻」和飛行器橫截面沿飛行器縱軸分布之間的一種(函數)關係。

F-102的面積律改進成為一個經典範例（圖中的YF-102A應為YF-102）

這裡的「零升力波阻」比較難懂一些，通俗的解釋是：當跨音速或超音速飛行時，因為前方空氣受到強烈壓縮、飛行器周圍勢必產生一種看不見的「激波」，而它對飛行器產生了額外的阻力，即「波阻」。那麼，如果將飛行器的升力調節到理論上趨向為零時，此時此刻飛行器所承受的波阻大小就屬於「零升力波阻」。

1952年，空氣動力學專家 R?T?惠特科姆發現，在接近一倍音速飛行時，飛行器的「零升力波阻」（我們暫且簡單地理解為飛行阻力）、約等於和它的橫截面縱向分布相同的另一個「旋成體」(我們暫且簡單地理解為兩頭尖中間粗的一隻紡錘體)的「零升力波阻」。換句話說，一架高速飛機從前到後的各橫截面面積值、在飛機縱軸坐標上形成的起伏曲線，如果和一個「旋成體」的這種起伏曲線正好相同，那麼兩者為了「突破音障」而遇到的額外阻力，也應該是近似的。

面積律之圖解

於是，我們可以反過來先設想出一個阻力相對最小的理想中的「旋成體」，然後讓某新型飛機各個縱軸位置上的橫截面面積分布情況盡量向該「旋成體」的橫截面面積分布規律「看齊」，那麼這架飛機在跨音速或超音速飛行時所需要克服的阻力也應該是相對最小的！

我們都知道，在飛機安裝機翼的那一段位置附近，其橫斷面面積往往是最大的，而且大得十分突然，使上述曲線產生一處明顯的凸起，它恰恰是飛機難於克服「波阻」的攔路虎。如果我們依據「面積律」原理，對安裝機翼的機身中段加以「縮腰」處理，使機身變成一個老式可口可樂瓶的樣子，俗稱「蜂腰」，那麼該飛機的橫截面面積分布將接近理想中的「旋成體」，於是就能夠比較容易地突破聲障，最終達到超音速飛行的目的。

在50年代各國紛紛研製第二代噴氣式戰鬥機時，都遇到了因發動機動力相對貧弱而無法克服波阻、以突破音障的尷尬境地，但在利用「面積律」原理重新設計了飛機外形以後，這個問題就迎刃而解了。

蜂腰利劍

長話短說，在及時得到NACA的技術援助以後，立即將新裝配的機身改成了所謂的「蜂腰」狀。與之相對應的改造，還包括在機尾發動機噴氣口兩側外部加裝一對突出的鼓包（面積律整流罩）；加長了機頭的長度;對座艙蓋作低阻化修形（隨之而來的視界惡化則通過讓機頭雷達罩下傾來彌補）；對進氣口修形以及為翼型前緣部分進行錐度捲曲處理（以緩和大迎角狀態下延緩氣流分離）等等項目。於是，超音速飛行的難題就這樣不攻自破了。

當然，動力裝置自身的升級也起到了一定的作用，改造後的機體採用了推力更大的J58-P-41型發動機。

作這樣的大手術不僅需要對全機結構進行再設計，而且還需要對各系統和重要附件進行重新進行協調與試安裝。康維爾公司利用自身的技術優勢和強大的工藝實力，只用了117天就完成了全部改裝工程。新的改型機在公司內部被叫作Model 8-90。

大改後的YF-102A，共造了4架。它重新試飛於1954年2月20日。在次日的試驗中，就順利地實現了超音速飛行！似乎可以說，F-102是最先得益於「面積律」理論的飛機。

而早先追加製造的8架YF-102前期原型機中的後4架，由於還沒有來得及全部裝配好，因此也及時按「大改」方案進行了改造。於是YF-102就形成了「直筒形」和「蜂腰型」機身各4架的局面。

所以，F-102截擊機的原型機特別多，一共14架：2架最早的原型機YF-102、8架「追加」的原型機YF-102和4架以「蜂腰」外形製造的「新原型機」YF-102A。

YF-102A (53-1787)

空軍賦予F-102的愛稱是Delta Digger，也即「三角劍」的意思，最恰如其分地表述了它硬朗的氣動外形特徵。1955年6月，批產一號機交付部隊服役（它裝備最大推力5310千克/加力推力7800千克的J58-P-23型渦噴發動機）。

F-102採用無尾（無水平尾翼）三角翼氣動布局，其懸臂中單翼的前緣後掠60度（和同期的蘇聯米格-21相當、但展弦比較之米格-21要小），後緣前掠10度。在外翼上表面裝有翼刀，後緣裝有升降副翼，用以分別控制橫向傾斜和飛機的仰俯，可謂一物多用，但同時也是無尾飛機的不得已之處。全金屬結構的機翼翼面積為61.45平方米，在內部加強肋的前後，各安排了一個整體油箱，這樣既增加了內部的燃油容量，又減輕了油箱的構造重量，為此，採用了當時最時髦的化學銑切加工整體壁板式翼蒙皮。在機翼下方，可左右各外掛一個副油箱，但從未考慮設置外布武器掛架，這也是F-102的一個特點。

機身採用全金屬半硬殼式結構，其中段的下半部是一個內置式的武器（導彈或火箭彈）艙。而可用來安裝容納截擊雷達天線的尖削的圓錐形機頭罩明顯下傾，以改善視界。但單座座艙蓋的最前緣採用少見的V形風擋玻璃和尖楔形中央隔框，以盡量減少超音速阻力。不過前方視界惡化，這也是顯而易見的，飛行員的眼前永遠豎立著一道骨架。同樣的設計在歐洲早期超音速實驗機以及美國X-15等高超音速實驗飛機上也得到了同樣的應用。也許為了方便安裝必不可少的雷達天線，空氣進氣口從一開始就從XF-92那樣的機頭位置移到了前機身的兩側，均呈半圓形。F-102採用了可收放式前三點起落架，機尾段安裝一台普. 惠公司的軍用渦噴發動機J57-P-23或–25型。其最大推力5265千克、加力推力7740千克。在垂尾根部的後端，是一對可按「蛤殼」狀打開的空氣阻力板，打開後還可以釋放出著陸阻尼傘，用以縮短著陸滑跑距離。

F-102截擊機採用Weber公司生產的彈射救生座椅，座艙內擁有增壓、供氧和空調設備，但當飛機到達15000米以上高空時，要求飛行員穿著MC-1型抗荷服。

「賽琪」的卒子

值得一提的是，F-102從設計招標之始，就被當作一種必須裝備「最完美」火控系統(FCS)的截擊機來加以研製的，所以它安裝了當時美國最好的攔截作戰機載設備，主要包括可進行全自動追尾瞄準的MG-10火控系統、紅外線目標搜索系統(於後期追加在座艙蓋的最前端，類似於今日蘇-27)、跟蹤和攔截計算機、L-10自動駕駛儀、APX-6A敵我識別器等等。更重要的是，該機已作為全美半自動防空體系SAGE(俗稱「賽琪」)中不可或缺的重要一環來加以開發和使用，這才是意義最大所在。而全美半自動防空體系包括遍布北美乃至北極圈的雷達預警系統、防空管制數據鏈共享體系和龐大的數字計算機網路，當然，也包括本文所涉及的飛機型號。

為熊「護航」的F-102A

在這裡，讓我們稍微回顧一下戰後美國國土防空體系的建設過程。當時，為了防禦來自前蘇聯的戰略轟炸機(主要是圖-4)的「入侵」，在 50 年代初很快就建成了一套三層雷達預警指揮控制線和一支戰術截擊機部隊(主要機種是 F-89、F-94 等)，並同時建立了預警來自北方威脅的北極圈遠程警戒線和橫貫加拿大的中部警戒線，以及負責國土預警和攔截的「松樹線」雷達網和本土雷達網。後來，為了適應噴氣時代的防空需要，進而又研製、部署了耗資巨大的著名的「賽琪」系統，它可以滿足當時遠程、多層、快速、多批次截擊作戰的需要，是東西方冷戰的產物之一。而F-102正是「賽琪」系統中的一隻「重要的卒子」。

在F-102的機載設備當中，有一台很了不起的L-10型自動駕駛儀。在得到地面大量情報信息傳輸的支持下，飛行員依靠它從滑跑起飛、爬升、搜索、接近目標、發射導彈、返航……到進場著陸，基本可以不動一根手指頭。到後期，已經可以做到完全按地面的遙控指令，讓飛機自行完成全套戰鬥截擊程序。所以F-102是一種自動化程度極高的超音速截擊戰鬥機。這在50-60年代應該說是非常先進的一項航空高新技術。

F-102A的座艙

因為戰鬥目標被標定為非機動飛行的大型戰略轟炸機或偵察機，所以全部配備在美國戰術空軍(ADC)內的 F-102 並不過分強調具備最好的機動飛行性能和近戰格鬥武器。因此，F-102 不僅屬於高空高速截擊機，而且又是一種純粹的「導彈攻擊機」。在它長 1.83 米的內藏式機腹彈艙里，可以同時容納 3 枚 AIM-4A 外加 3 枚 AIM-4C 型空對空導彈，也可攜帶 1 枚 AIM-26A 型空對空導彈外加 3 枚 AIM-4F。它們可以從伸出的發射架上發射。同時，作為它的輔助武器，還可以在打開的彈艙門夾層發射管里裝入 24枚2.75 英寸(69 毫米)口徑的無控火箭彈，作為對大型目標的密集群射攻擊武器。通過和先進 FCS 的交聯使用，它們的命中精度在60年代是世界一流的。

其中由休斯公司生產的 AIM-4A「獵鷹」空對空導彈(舊稱 XF-98，意思是第 98 種戰鬥機的原型，這也是當時流行的一種做法——空軍借用了軍用飛機的命名法)採用半主動雷達制導方式，射程 9,700 米，最大速度 3 馬赫數，戰鬥部重 9 千克。AIM-4C 導彈則採用被動式紅外製導方式，射程、最大速度和戰鬥部重量同 A 型。而 AIM-26A「核獵鷹」實際上是為提高迎頭攻擊時單發殺傷概率而從 AIM-4 發展而來的，實際上是帶 1,500 噸級 TNT 當量核戰鬥部的新一代「獵鷹」。它採用半主動雷達制導方式，全天候性能則優於 AIM-4。雖然引導精度差，但巨大的核爆炸半徑足以彌補這一不足。後期的一些 F-102A 還採用了更先進的半主動雷達制導 AIM-4E 和 AIM-4F 導彈，主要區別是戰鬥部重量倍增，達 18 千克。

F-102A 發射「獵鷹」導彈

除了原型機以外，F-102 的改型計有以下幾種：

F-102A批量生產型，截擊機，1955年6月中開始交付部隊，一年後參加戰鬥值班。與無塗裝金屬蒙皮的YF-102A原型機不同，它們開始採用淺灰色塗裝。因為基本上屬於空軍自用，總產量僅為975(一說873或989)架，1958年4月停產。其中自第66號機開始改用大面積垂尾，以改善橫側安定性，並同時放大了空氣阻尼板面積、並對進氣口作進一步修形。這些改造後來作為定型標準被適用於所有批產型號。所以細心的人還是可以從照片上比較出來的。另外，後期的F-102A為了增加滯空時間，可以在翼下掛載2具230加侖(870公升)的副油箱，甚至可以進行空中加油。當進行空中加油以後，最大滯空時間將達到2.5小時。儘管如此，還是需要犧牲它的超音速性能，除非拋棄副油箱。

TF-102A

TF-102A雙座教練型型，自1954年研製，是F-102A飛行員的專用訓練機，持有雙重操縱系統。由於撤下了MG-10火控裝置，所以只保留較低水平的截擊戰鬥功能。從外形上看，因為教官和學員是並列乘坐的(和英國的「閃電」或「獵人」戰鬥機有些類似)，而且不再安裝雷達天線，所以重新設計了一個全新的機頭、它的長度縮短、座艙蓋和座艙段機身明顯加寬，飛機總長度減至19.32米。另一個外觀特徵是，進氣口已從兩側位置改為「兩側肋下」形式(類似於今天法國的「陣風」戰鬥機)。該型號首飛於1955年11月1日，在試飛中發現全機「顛振」現象嚴重，通過分析是新設計的座艙蓋引起的。於是經過研究，在座艙蓋上部加裝渦流發生器、並對機體進行了加固，終於消除了這一隱患。經過 2 次追加定貨，TF-102A的產量最終為111架，一般為每個F-102A截擊機中隊配備2架TF-102A。TF-102A在水平飛行中只能達到0.97馬赫。經試驗發現，只有當以5度角作淺俯衝、並經過170秒衝刺以後，其速度才剛剛能夠突破1個馬赫的音障。

PQM-102，F-102A的無人駕駛靶機改型，利用達到使用壽命的截擊機改裝，供地對空導彈打靶使用。

F-102B，F-102A的高性能全天候改進型，在研製後期獨立出來、改稱F-106A。

YF-102C，用於F-102A機載武器的開發試驗，歸空軍技術應用中心(AFSC)管理(估計取自 F-102A)。

無功而終

1956年下半年，第一支使用F-102A「三角劍」截擊機的第327飛行中隊成立，成為ADC指揮下龐大的全美自動化防空體系中第一支配套的可以升空作戰的飛行部隊。後來，陸陸續續一共組建了25個「三角劍」截擊機中隊，成為50-60年代美國本土防空力量的主力。

「三角劍」截擊機在美國軍隊中的具體配置是這樣的：

戰術空軍司令部——第11、57、59、64、71、82、94、325、326、332、460、482戰鬥截擊飛行中隊。

駐歐美空軍司令部——第32、43、496、497、525、526戰鬥截擊飛行中隊。

太平洋空軍司令部——第4、16、40、68、509戰鬥截擊飛行中隊。

國民警衛隊空軍——第111、122、146、157、159、175、182、190、196、199戰鬥截擊飛行中隊。

大多數戰鬥機、尤其是當代戰鬥機幾乎都兼顧了多用途作戰性能，所以總不免在各項戰術技術需求方面需要不斷予以協調。而F-102是用途相當專一的戰鬥機，它的各項戰術技術性能在相當長的服役期間內完全可以滿足作戰需要，所以改動教少，所以改型也少得多。

由於沒有得到真正的迎戰機會，F-102A在國土防空作戰中沒有任何值得渲染的建樹。60年代初，越戰爆發。因為害怕遭到越南人民軍空軍的阻擊，加之當時正在對空軍飛機進行「總動員」，故美國曾經派遣為數不多的F-102A前往南越基地執行防空值班，但沒有見到參加攔截作戰的報道。據說1968年2月3日，曾有一架F-102A被北越的米格-21擊落……後來，因為美方基本掌握了制空權，所以F-102部隊全部奉命撤回國內。

F-102A雙機在越南上空巡邏

不過，就在F-102A駐紮在越南的日子裡，北越人民軍一支潛入南方的地面小分隊通過一次成功的奇襲，造成了美軍重大的損失……

1965年7月1日凌晨約1時32分，一聲爆炸聲打破了噪熱中的寧靜，一發迫擊炮彈落在了峴港空軍基地南面的跑道和停機坪之間，那裡停放著處於24小時待命狀態的F-102A截擊機和兩架AC-130「炮艇」特種攻擊機。與此同時，北越軍隊約有60人剪開5處鐵絲網圍欄，成功潛入基地，並集結在兩道巨大的飛機水泥掩體後面，而2架AC-130就近在咫尺！迫擊炮的開火是他們發起進攻的信號。在輕型炮火的掩護下，他們敏捷地穿過跑道、翻過水泥掩體，用自動步槍將AC-130的油箱打爛，並用手雷將其輕而易舉地引爆。另一隊北越軍跑到F-102A的近前，用57mm無後坐力炮對準飛機黑洞洞的發動機尾噴口一頓猛轟，頓時就報銷了它3架。

當時，所有F-102A的座艙蓋都處於向上打開的待命狀態，北越軍將手雷和炸藥包直接扔進座艙，將剩下的飛機全都炸趴在地上。在熊熊大火中，F-102A腹內掛載的火箭彈被引燃，有的爆炸開來，有的徑直就向北面的美軍營房發射過去，留下一道道白煙……

在那個倒霉的晚上，第一個目擊者正是前去查崗並運送咖啡的傑森。他腰間只帶了一把.38口徑的左輪手槍。大約在1點 29分，傑森跳上卡車前往F-102A待命停機區域旁的那個崗哨。當班的漢迪是從喬治空軍基地調來的。正當傑森告訴他「咖啡壺就在卡車上」，並問他「是否要來一杯」的時候。第一發迫擊炮彈就在跑道盡頭炸開……爆炸點離傑森和漢迪僅僅200碼而已。

F-102掠影

一名被俘的北越軍官事後透露，他們最初的攻擊目標只是海軍陸戰隊航空營的那些討厭的直升機，因為直升機直接威脅到北越武裝力量在峴港地區地面的行動。這名軍官還說，當哨兵漢迪向他們開火還擊時，他們還誤以為闖進了重機槍陣地，於是立即沿原路撤退。北越軍雖有傷亡，但機場方面損失的損失更加慘重。

聽說F-102A還曾經為進入越南投彈的B-52轟炸機護過航，但無法得到進一步證實。

在60-70年代里，F-102A也被少量派遣到到美軍在西歐和遠東的軍事基地，如前西德、日本、荷蘭和泰國等國的空軍基地。而且土耳其、希臘空軍後來也曾得到過少量二手貨的F-102A和TF-102A。

到60年代中期，因為機體日漸老舊，續航能力也稍嫌不足，特別是當需要作較長時間超音速飛行時，過多地打開加力不僅耗油，而且會縮短髮動機的壽命。所以軍方急需找到一種可替代的後繼型號。但F-106的開發和配置進展緩慢，使F-102A的使用得以延續，直到1973年才退出現役。

F-102A的性能參數如下：