Le Lockheed est un prototype d'intercepteur monomoteur, à haute performance et supersonique, d'une série de chasseurs légers et simples de la (USAF). Seuls deux appareils sont construits : l'un est utilisé principalement pour la recherche aérodynamique et l'autre sert comme banc d'essai pour l'armement. Les deux prototypes sont détruits dans des accidents au cours des essais, mais cela n'entrave pas la carrière du futur chasseur : le est le précurseur du F-104 , qui sera produit à plus de .
Pendant la guerre de Corée, les pilotes de chasse de l'USAF sont surclassés par les pilotes soviétiques volant avec des MiG. Les ingénieurs de Lockheed, menés par Clarence « Kelly » Johnson, conçoivent et soumettent un projet à l'. Le dessin est remarquable par sa pureté, particulièrement ses ailes fines et son fuselage en forme de missile, tout comme le nouveau système d'éjection du pilote.
Le premier décollage du a lieu en . Le programme d'essais en vol connaît des problèmes, dont quelques-uns sont résolus, les performances du se montrant cependant supérieures aux estimations. Même si les deux prototypes sont perdus dans des accidents, l'USAF commande de pré-production et d'essais en service. Il inspire la création du , qui sera mis en service aux États-Unis et à l'international, étant utilisé comme chasseur de première ligne par un certain nombre de pays.
Développement Kelly Johnson, ingénieur en chef chez les Skunk Works de Lockheed, fait un séjour en Corée en et discute avec les pilotes de chasse du type d'avion qu'ils veulent. À cette époque, les pilotes de l'USAF font face aux « Fagot » dans leur Sabre, et de nombreux pilotes sentent que les MiG sont supérieurs aux modèles américains, plus grands et plus complexes. Les pilotes demandent un appareil petit et simple avec d'excellentes performances.. Un pilote en particulier, le colonel Gabby Gabreski est cité et dit : et dit à Johnson que le radar .
À son retour aux États-Unis, Johnson commence immédiatement à concevoir un tel avion, prenant conscience que les exigences officielles doivent prochainement être publiées. En , son équipe est réunie, et ses membres dessinent plusieurs propositions d'appareils, allant de modèles de , à d'autres nettement plus grands, de . Le , désignation sous laquelle est alors connu le concept, reste essentiellement semblable au Model finalement livré..
Le projet est présenté à l'Air Force en , qui se montre suffisamment intéressée pour lancer une nouvelle proposition, encourageant plusieurs sociétés à participer. Trois projets supplémentaires sont reçus ; le , une version améliorée de son prototype ; le North American , qui doit finalement évoluer en ; et le , un nouveau modèle motorisé avec un General Electric J79. Bien que tous soient intéressants, Lockheed a une avance insurmontable et se voit attribuer le contrat de développement le .. Ce contrat porte sur la construction d'une maquette et de deux prototypes désignés .
Les données d'essais du programme Lockheed X-7 d'aéronef à statoréacteur et moteur-fusée sans équipage, lancé plus tôt, se montrent très précieuses pour la recherche aérodynamique : le doit en effet partager l'aile, la forme de l'empennage et les sections du profil du ... L'expérience acquise avec le Douglas est également utilisée dans la phase de conception du .. Plus de d'artillerie instrumentées prélevées dans les surplus sont lancées pour tester plusieurs modèles de profil et d'empennage ; les clichés photographiques et les données de télémesure sont récupérés par parachute..
Le travail progresse rapidement, une maquette en bois est prête pour l'inspection à la fin du mois d'avril, et le travail commence sur les deux prototypes fin mai. À cette époque, le moteur J79 n'est pas prêt ; les deux prototypes sont donc conçus pour utiliser le moteur Wright J65 à la place, une version construite sous licence de l'Armstrong Siddeley Sapphire.. La construction du premier prototype , portant le numéro d'identification () , buzz number , commence à l'été 1953 à l'usine Lockheed de Burbank, en Californie.. Cet appareil est propulsé par un turboréacteur Wright sans postcombustion construit par Buick. Le premier prototype est achevé début 1954, et commence à voler en mars. Il s'est écoulé seulement un an entre l'attribution du contrat et le premier vol. Ce court laps de temps semble impensable de nos jours, où dix à quinze ans de travaux de conception et développement sont parfois nécessaires pour qu'un concept soit transformé en avion apte à servir. La construction du second prototype ( ) est effectuée à un rythme moins élevé.
Descriptif technique Afin d'atteindre les performances désirées, Lockheed choisit une approche minimaliste : une conception qui permettrait d'atteindre de hautes performances avec l'enveloppe la plus légère et le fuselage le plus aérodynamique possible autour d'un seul moteur puissant. Les concepteurs mettent l'accent sur la réduction de la traînée et de la masse de l'appareil..
Le a un dessin d'aile radical. La plupart des chasseurs à réaction de cette époque (et d'aujourd'hui) utilisent une voilure en flèche ou une aile delta. Ceci permet un équilibre raisonnable entre les performances aérodynamiques, la portance, et l'espace intérieur pour le carburant et les équipements. Les essais de Lockheed, cependant, déterminent que la forme la plus efficace pour le vol à grande vitesse et supersonique est une aile médiane, trapézoïdale, droite et très petite. L'aile, à faible allongement, est extrêmement fine, avec un rapport entre la corde et l'épaisseur de seulement 3,4 %.. Les bords d'attaque des ailes sont très minces () et si tranchants qu'ils présentent un danger pour les équipes au sol, et des dispositifs de protection sont installés pendant les opérations au sol. La finesse des ailes signifie que les réservoirs de carburant et le train d'atterrissage doivent être regroupés dans le fuselage. Les actionneurs hydrauliques qui dirigent les ailerons sont épais de seulement , pour tenir dans l'espace disponible, et sont connus comme actionneurs « Piccolo », en raison de leur ressemblance avec l'instrument de musique. Les ailes ont des volets de bord d'attaque et de fuite contrôlés électriquement, pour augmenter la portance à basse vitesse. Le n'est pas équipé du système de contrôle de la couche limite qui équipera les appareils de production..
Après d'intensifs essais en soufflerie, l'empennage horizontal est monté au sommet de la dérive, pour une stabilité et un contrôle optimaux sur l'axe de tangage. Comme la dérive est à peine plus courte que la longueur de chaque aile, et presque aussi efficace aérodynamiquement, elle peut agir comme une aile par action sur le gouvernail (un phénomène connu comme « roulis hollandais »). Pour compenser cet effet, les ailes sont inclinées vers le bas, pour leur donner un dièdre négatif de . Le gouvernail est dirigé manuellement et complété par une petite surface d'amortissement du lacet au bout de la dérive.
Le fuselage du a un élevé, c'est-à-dire qu'il se rétrécit nettement vers le nez, et une faible surface frontale, de .. Le fuselage est très chargé : il contient le cockpit, l'avionique, le canon, tout le carburant interne, le train d'atterrissage et le moteur. Les entrées d'air, conçues par , sont à géométrie fixe et dépourvues de souris, si bien que l'appareil équipé de J65 ne peut pas voler à Mach 2. Elles sont similaires à celles du , montées légèrement à l'écart du fuselage, avec une lame séparatrice intérieure pour isoler les entrées d'air de l'air turbulent de la couche limite. La combinaison de ces caractéristiques fournit une traînée extrêmement faible sauf pour de grandes incidences, pour lesquels la traînée induite devient très élevée.
Le est équipé d'un inhabituel siège éjectable vers le bas . On craint alors que les conceptions contemporaines de sièges éjectables puissent ne pas avoir assez de puissance explosive pour permettre au pilote de passer au-dessus du haut empennage en « T ». Dans le cas où le siège ne se déclenche pas, il est possible d'ouvrir manuellement la trappe inférieure du fuselage et de sortir ensuite de l'appareil via la gravité. Les de série seront ultérieurement convertis pour être équipés avec des sièges éjectables vers le haut, mais la trappe inférieure sera conservée comme un équipement utile de maintenance.
Histoire opérationnelle Essais et évaluation
Le premier (Lockheed , ) est transporté à Edwards Air Force Base, en grand secret, pendant la nuit du 24 au , où le pilote d'essai de Lockheed Tony LeVier doit effectuer le premier test. Le , le effectue un saut planifié d'environ 1,5 m au-dessus du sol au cours d'un roulage à haute vitesse, mais son premier vol officiel n'a lieu que le ... Pendant ce vol, le train d'atterrissage ne peut pas se replier, et LeVier se pose après un vol à basse vitesse d'environ vingt minutes. Les réglages et les vols supplémentaires montrent que le problème est dû à une pression trop faible dans le système hydraulique. Une météo défavorable cloue le au sol jusqu'au , où de nouveaux vols sont réalisés avec le train d'atterrissage qui rentre normalement.
Le second prototype (Lockheed , ), équipé dès le début du turboréacteur J65 à postcombustion, vole pour la première fois le . Comme il doit servir de banc d'essai pour l'armement, il reçoit le canon M61 Vulcan de et est équipé d'un système de contrôle de tir .. Le , le , dirigé par le pilote d'essai de Lockheed J. Ray Goudey, atteint une vitesse maximale de à d'altitude. C'est la plus grande vitesse atteinte par le .
Le est subsonique en vol en palier quand il est équipé du J65 sans postcombustion, mais il peut facilement dépasser la vitesse du son au cours d'une petite descente. En , le est remplacé par un turboréacteur doté de la postcombustion. Avec ce moteur, les performances du s'améliorent nettement. La vitesse maximale en palier est de à , l'avion peut atteindre une altitude de dans une montée en chandelle, et en descente. Le premier est accepté par l'USAF en .
Les premiers essais en vol du canon Vulcan sur le second appareil sont réussis, mais, le , une explosion se produit au cours d'un tir en rafale. et le moteur J65 est victime de pompage. Tony LeVier coupe immédiatement le moteur, plane et réalise un atterrissage d'urgence sur le . Une enquête montre plus tard que l'une des douilles du canon a été soufflée dans la culasse, détruisant le verrou à l'arrière du canon, et à travers la structure, dans le compartiment à carburant de la partie avant du fuselage. Le carburant s'est dispersé dans la soute d'armement et s'est échappé par les joints de la porte du compartiment vers l'entrée d'air du côté gauche. Le moteur s'est immédiatement retrouvé submergé de carburant, ce qui a entraîné l'apparition du phénomène de pompage..
Accidents Le , premier prototype, est perdu dans un accident le , alors qu'il effectue un vol pour les essais du ; il s'est mis à flotter de l'arrière de manière incontrôlable. Toute la partie arrière s'est détachée de l'avion et le pilote Bill Park a dû s'éjecter. Le flottement vertical de l'arrière est un problème connu, et l'appareil est limité à une vitesse de Mach au moment de l'accident. Tony LeVier a tenté de faire en sorte que l'avion soit retiré des vols et placé dans un musée, en soutenant que ses performances n'étaient pas appropriées pour des missions de chasse...