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进行核打击时，F－100D可以携带MK…7、MK…38、MK…43、Mk 28 EX、Mk 28 RE、TX…43、TX…43 X1等多型核炸弹（通常挂载左翼挂点和机身中线挂点），爆炸威力从1000吨至1000万吨TNT当量不等。投弹方式主要采用“上仰投弹”（也就是俗称的“甩投”），利用AN/AJB－1LABS和A－4陀螺瞄准具交联，进行瞄准并计算投放点。在典型的攻击任务中，F－100D从超低空以900公里/时的速度突防，接近目标后以4G的过载拉起做一个半斤斗，在这过程中计算机自动计算并投放核弹，飞机到达斤斗顶点时做半滚改平，然后高速脱离，以便逃出核弹的破坏半径。＇5＇
QF…100D
无人驾驶靶机。由退役的F－100D改装而来，拆除全部军械系统，用于对空武器测试。共改装218架。
F…100F
串列双座教练型，F－100最后一种生产型。该机于1957年3月7日首次试飞。至1959年停产，共生产339架。 虽然是教练机，但F－100F仍然保留了对空作战能力和对地攻击能力，但载弹量有所减少，航炮也减为2门。后来部分F－100F经改装，专用于攻击面对空导弹阵地和具有雷达火控系统的高炮阵地，这批飞机被称作“野鼬鼠Ｉ”。
QF…100F
无人驾驶靶机。由F－100F改装的无人驾驶靶机。
当最后一架 F…100F 双座机交付后，超配刀的生产历史也随之结束，超配刀的生产总数最后达到 2；294 架，其中哥伦布工厂生产359 架。
F…100J
F…100J是根据对外军援计划为日本提供的全天候截击机，但日本政府对此不感兴趣，因此就停留在了设想阶段。
F…100K
F…100K 是F…100F 换装 J57…P…55 发动机后的型号，从未生产。
F…100L
F…100L 是F…100D 换装 J57…P…55 发动机后的型号，从未生产。
F…100N
F…100N是F…100D 的简化型，安装简化的电子系统后提供给北约成员国，但未能获得订单。
F…100S
F…100S是指1964年提出的安装罗尔斯…罗伊斯（Rolls…Royce）公司 RB。168…25R 斯贝涡扇发动机的 F…100F，计划在法国建立生产线生产 200 架 F…100S，但未实现。
服役历程
速度竞赛
自YF－100A成功首飞之后，美国空军又将其用于创造世界飞行速度纪录。当时的速度纪录由海军的XF4D…1“天光”保持着。YF－100A首次冲击飞行速度纪录的尝试在传统的3公里航段上进行，尽管确实超过了XF4D…1的速度纪录，但超出幅度不到1％，按规定不予承认。1953年10月29日皮特？埃文斯特上校驾驶第一架YF－100A再次发起冲击，于15公里航段上创造了755。149英里/时的纪录，成功地将第一的宝座从海军手里夺了回来。
停飞事件
1954年9月，首批F－100A交付479昼间战斗机联队。但紧接着该联队就在高速横滚机动时连续发生多起严重事故。为解决问题，北美公司指派F－100首席试飞员乔治？威尔士进行专门试飞。但1954年10月12日，当乔治进行飞行包线右边界试飞时，飞机突然失稳，瞬间过载超过8G！F－100A当即解体，乔治重伤身亡。11月8日，英国空军准将杰弗里？斯蒂芬逊在佛罗里达试飞F－100A时失事丧生。2天后，又一架F－100A在机动中失控坠毁，所幸飞行员安全逃生。美国空军下令所有F－100A全部停飞？？这就是F－100发展历程中那次著名的停飞事件。
后来事故原因终于查明，由于飞机高速横滚时，前机身滚转和偏航惯量相互耦合，F－100A的小垂尾无法提供足够的方向稳定性，导致飞机突然失稳而发生事故。在加大了垂尾并限制飞机横滚动作之后，F－100A机群恢复飞行。
装备“雷鸟”
1956年，美国空军“雷鸟”飞行表演队换装。在那个航空领域疯狂竞赛的年代，世界头号空军的地位使得超音速的F－100几乎成了“雷鸟”唯一的选择于是，F－100C第一生产批次中的幸运儿喷上了“雷鸟”的涂装。到了1964年，美国空军又觉得跨音速的F－100已经不足以表现自己的地位，琢磨着用两倍音速的F－105B“雷公”替代F－100C。但优秀的战斗轰炸机不等于优秀的表演机，换装F－105B不久，当年5月“雷鸟”就发生一起严重飞行事故。1968年7月，“雷鸟”决定再次装备“超级佩刀”，只是这次装备的是F－100D。此后F－100D在“雷鸟”一直服役到1968年11月被F－4E“鬼怪II”取代。
1967年10月21日，“雷鸟”在德克萨斯州拉夫林发生一起严重事故：一架F－100D在高速俯冲拉起时机翼脱落，从机翼油箱泄漏的燃油进入发动机，导致飞机凌空爆炸，飞行员麦瑞尔？麦克皮克上尉跳伞逃生。此次事故引起了美国空军的重视。因为此前部署在南越的F－100曾发生过好几起原因不明的事故，都是在飞机拉起进行上仰投弹的过程中失事。根据对“雷鸟”的事故调查报告，美国空军下令对所有在南越的F－100机动动作加以限制。
“零长弹射”起飞
1950 年代中期，北约组织的官员担心苏联的核弹突袭可能摧毁盟军机场和停放于地面的飞机，使北约无力报复。其中一个解决方法是将战斗机疏散进远离机场并且具有核防护能力的掩体中，核打击过后，这些飞机可以在一个特制支架上通过火箭助推起飞，以便截击机能够紧急升空拦截，这个概念就是零距离发射？？ZEL（Zero…Length Launch）。“零长弹射”试验中的F…100D
“零长弹射”装置其实可以看作一个大型捆绑式火箭助推装置，安装在F－100机身下部。火箭推力接近6吨，可以在4秒的时间里将一架16吨重的飞机加速到482公里/时。
1956 年10 月12 日，北美航空获得合约，使最后一批 148 架F…100D 具有ZEL 能力。USAF借给北美两架F…100D，进行 ZEL 的系统测试。
北美航空的火箭推进分部研制了一种固体火箭发动机，可以安装 F…100D 后机身底部。该发动机可以产生58；970。44 千克的推力并持续四秒，足够使 F…100D 在 4 秒内速度从0 加速到 482。70 公里/小时。火箭发动机在燃料耗尽后脱落，F…100借自身动力继续爬升。
在进行实机发射前，先进行了5 次配重发射，其中首次发射于1957 年12 月12 日进行。
1958 年3 月26 日，进行了首次F…100D 实机发射。试飞员阿尔？布莱克本爬入F…100，启动发动机，将油门置于全加力状态，然后点燃了火箭发动机。在4秒内，他加速到 482。70 公里/小时飞向天空，火箭发动机脱落后，布莱克本进入了标准起落航线安全着陆。
但在他的第二次飞行中，火箭发动机在烧尽后没有脱落，布莱克本不得不弹射。接下来的 20 次试射都很成功，飞机挂载着标准外挂（包括核弹模型）顺利升空。
虽然整个ZEL 系统可靠性高，操作起来也简单，但由于局势缓和和战机性能提高，“零长弹射”再也无人提起。＇6＇
“钢丝”工程
由于F－100D/F问题不断，北美实际上是边生产边修改，导致飞机生产批次极其繁杂，亚改型众多。到了60年代初，美国空军吃惊地发现现役的F－100几乎没有两架是相同的，给机务维修和后勤保障带来严重困难。于是，从1962年开始，空军开始对大约700架F－100D/F进行标准化改装和升级，工程代号“钢丝”。其目标是：扩展飞机可用的常规弹药的品种，增强其使用灵活性；减轻飞机重量；统一座舱布局；全机电气系统进行重新布线。在外观上，经过“钢丝”工程改装的飞机在后机身下部都增加了着陆拦阻钩（用于紧急情况下拦阻飞机以免冲出跑道），成为与其它F－100最大的外观区别。同时，改装飞机的生产批号也有所变化，具体做法是在原批号的基础上加“1”，如F－100D－25－NA经改装后，其批号变为F－100D－26－NA。整个改装工程于1965年全部完成。
越南战场
越南战争是F－100参加过的最大规模的战争。该机被赋予两个基本任务：战斗空中巡逻，以阻止米格机对己方攻击机的突袭；对地攻击。此外，该机有时还担负前方空中管制任务。从1964年至1971年，F－100机群战斗出动超过30万次。
1964年2月，战术空军第615战术战斗机中队奉命进驻越南岘港空军基地。6月9日，该部首次出动轰炸老挝目标。随后，8月17日，第401战术战斗机联队进驻新山一基地。次日，第一架F－100D（序号56－3085）就在老挝上空被击落。到当年年底，共损失了2架F－100。
1965年“东京湾事件”后，美军开始大规模空袭北越。
1965年4月1日，F－100D首次执行护航任务，掩护F－105攻击清化大桥。3天后，F－100D再度与F－105搭档攻击杜梅大桥。这次与前来拦截的北越米格－17遭遇，爆发越南战争中第一场空战。混战中两架美机被击落。事实上，由于缺乏先进的雷达和空空导弹，F－100并不适合用于对空作战，在和米格机的较量中没有获得一个战果。因此后来多用于执行对地攻击任务。
但F－100毕竟设计年代久远，即使用于对地攻击，其作战半径、载弹量也比不上F－105和后来的F－4新秀，特别是其机体结构强度不能满足低空高速轰炸的要求，因此主要担负在南越次要的战斗任务？？典型的是轰炸游击队集结地。在这种任务中，F－100通常挂载2枚CBU－24子母杀伤弹和2枚750磅凝固汽油弹，轰炸之后再用其4门20毫米航炮反复扫射目标地区，进行“清扫”工作。
1965年，“野鼬鼠”工程启动。部分F－100F改装电子对抗设备和AGM－45“伯劳鸟”反辐射导弹，从泰国科芮特空军基地起飞，执行电子战中的“硬杀伤”任务。尽管对空、对地的作战能力都不被看好，但被称作“野鼬鼠I”的F－100F执行这种任务还是胜任愉快，该机一直服役到60年代末被F－105和F－4取代。
由于飞机数量不足，除了空军现役部队外，一些装备F－100的空中国民警卫队也被征调到越南前线执行作战任务。1968年，科罗拉多州空中国民警卫队第120战术战斗机中队（装备100D/F）作为首批ANG部队前往越南。该中队共战斗出动5905次，克莱德？斯莱尔少校和皮瑞？杰斐逊上尉阵亡。
F－100机群在越南的数量最多时曾达到490架，但随着F－105和F－4大批服役，F－100从60年代末开始逐步撤出越南。至1971年7月，最后一支装备F－100的部队？？第35战术战斗机联队撤离越南。
随后，F－100从空军中全部退役，大量F－100D转交空中国民警卫队。截止1972年中，空中国民警卫队共接收335架100D。
NASA研究机
1954年7月31日，NACA（美国国家航空咨询委员会，NASA的前身）高速飞行研究站接收到一架预生产型F－100A（生产序号：52…5778），随即利用该机展开对F－100A的独立评估。当时高速飞行研究站的主任沃尔特？威廉姆斯被指定负责F－100A稳定性和控制方面的评估，但根据空军和NACA试飞员的体验，决定同时展开对该机滚转趋势的研究。仿真实验�