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yf-104a 是裝備j79 發動機的研製發展用的試驗機，開始裝備的是j79--3，後來換裝成改進了加力燃燒室的j79--3a，軍用推力為 4,220 千克，加力推力為 6,710 千克。在換裝發動機的同時加長了機身，增加了機內的燃油量。加裝了腹鰭，垂尾後移，裝備1門固定式的 20 毫米 61&ldo;火神&rdo;6 管炮。美國空軍於1954年10月17日訂購了 17 架，第1架飛機於1956年2月17日首飛。60年代部分 yf-104a 被改裝成 qf-104a 無人靶機。

f-104a 是單座截擊型，裝備加力推力為 6,710 千克的j79--3a 發動機。裝備1門固定式的 20 毫米 61&ldo;火神&rdo;6 管炮，有 5 個武器掛架。f-104a-1 和f-104a-5 兩批飛機裝備 a-10（an/asg-14t1）火力控制系統。f-104a-10 以後的飛機裝備 an/asg-14t2 火力控制系統，其基本組成與 a-10 系統相同。1955年10月開始訂購，總共生產了 153 架，1958年1月開始交付，同年 12月交付完畢。先後裝備了第 83、第 56 和第 337 截擊機中隊。後來有部分f-104a 戰鬥機換裝成加力推力 8,120 千克的j79--19 發動機。由於這種飛機航程短和火力弱，特別是不能裝備與地面&ldo;賽其&rdo;防空系統交聯的資料傳輸裝置，於 60年代初全部退出現役轉入國民警衛隊的第 151（田納西州）、第 157（北卡羅來納州）和第197（亞利桑納州）3 個飛行中隊。在&ldo;柏林危機&rdo;期間，上述 3 個中隊於1961年11月～1962年8月先後被動員重新進入現役，並在歐州展開，第 151 和第197 中隊部署在前西德，第 153 中隊部署在西班牙。緊張局勢緩和後，3 個中隊的飛機再次配署給防空空軍（adc），分別劃歸第 319 和第 331 兩個截擊機中隊。在1962年10月&ldo;古巴危機&rdo;時再次擔負了戰鬥警戒任務。f-104a 截擊機的最後退役時間是1969年12月（第319中隊解散），前後總共服役 12年。退役後的f-104a 飛機中，1 架改成 cf-104的原型機，3 架被改成超高空飛行訓練用的 nf-104a，24 架（含部分 yf-104a）被改成無人靶機，10 架買給了巴基斯坦空軍，25 架買給了我國臺灣省，16 架買給了約旦。

f-104b 是 a 型的雙座教練型，發動機與 a 型相同。增加了尾翼面積，去掉了機炮，保留了 4 個外掛架，可掛 2 枚&ldo;響尾蛇&rdo;空對空飛彈。火力控制系統是 an/asg-14t1。1957年1月26日首飛，共生產了 26 架。

f-104c 是戰鬥轟炸型，裝備加力推力為 7,165 千克的j79--7 發動機（軍用推力 4,540 千克），具有有限全天候效能力。1958 的 9月開始交付，1959年6月交付完畢，共生產 77 架。裝備了第 479 戰術戰鬥機聯隊的 4 個中隊。這型飛機裝備1門固定式的 20 毫米 61&ldo;火神&rdo;6 管炮，有 5 個外掛架。裝備有 an/asg-14t2 火力控制系統。no56-938 以前的f-104飛機裝備擾協光環計算瞄準具。部分f-104c（no57-910 以後）飛機的光學瞄準具去掉了光學測距裝置，因而光環大小不再改變，其直徑為 50 il。在火控計算中使用雷達測量的目標距離。1965～1967年期間，一部分f-