1948年4月，XF-92全尺寸原型机7-002型建造完成，前往马洛克干湖（后来成为爱德华兹空军基地）。为慎重起见，该机最初先进行了高速滑跑试验，随后在1948年6月9日进行了短暂跳跃飞行。然而就在此时，美国空军考察XF-92后认为，该机性能不能满足作战要求，决定取消该机的发展计划。但同时，空军对于先进的三角翼仍然十分感兴趣，决定继续进行7-002型的试飞工作，以便进行必要的研究。1949年夏，7-002型被空军正式命名为XF-92A。

1948年，康维尔飞机公司试制成功外形超前的纯三角翼无尾验证机XF-92A。XF-92A的诞生起源于德国三角机翼研究专家阿力克赛·利匹秀博士和美国国家航空咨询委员会（NACA）合作设计的7002号三角翼超音速模型。美国陆军寻中该模型方案，委托康维尔飞机公司在考虑同时安装涡喷发动机和火箭助推发动机的情况下，开发以XF-92命名的试验机（公司内部代号为Model7）。不久，混合动力方案被取消。实际上XF-92A只安装了一台推力仅2085千克（喷水加力时2450千克）的J33-A-23涡轮空气喷气发动机。

1948年9月18日，XF-92A首飞，这也是世界上第一次三角机翼喷气式飞机的处女航。可惜因为推力不足（尽管发动机安装了补燃加力装置），仍不足以让这架漆成雪白色的小飞机在平飞状态下达到超音速飞行的目标。在随后几年中，公司通过一系列试飞，获得了大量马赫数在0.95以下（高亚音速）的实验数据，为进一步研制实用型高速三角翼战斗机提供了坚实的理论基础。XF-92A拥有一个相对粗短的纺锤型机身，其前断为而2维的圆形机头进气口。三角形主翼安装在机身的中段，翼稍尖削，未作截稍处理。而且后缘沿全展向设有襟副翼。右机翼上表面粘满观察机翼环流走向的毛线。单座座舱盖具有井字形的宽条框架。而最有特色的是XF-92A的三角形垂尾，唐突地安装在机身的近中央，而非人们通常认知的机尾。XF-92A的翼展9.53米，全长12.93米，总重6,800千克，最大速度0.95马赫，制造数量仅一架。

1950年，在取得了XF-92A的飞行实验数据以后，F-102战斗机的设计正式起步。当时，有多家飞机企业同时参加这项竞争，新机的计划代号“MX1179”。

1951年，空军追加的战术技术要求是：在携带空对空导弹的情况下，飞机必须在平飞状态中达到超音速性能，而不仅仅是当时许多试验型号只能通过俯冲才勉强达到超音速。 作为一大契机，美国空军急需一种和新式MG-10火控系统和GAR-1（即后来的AIM-4）空空导弹相配套的截击战斗机。当时的“快捷”做法，是将现成的XF-92A按1.22倍的比例放大设计成为YF-102原型机（内部代号

Model8）。不过真正的F-102和XF-92A相比，从外形到内构已不太相像。作为飞机的心脏部分，全新的火控系统被军方指定由休斯公司独家开发，整个系统已经将导弹包括在内。也许正是因为休斯公司在猎鹰导弹的预研已接近成功，所以此项任务就非它莫属了。由于空军看好来自YF-92A的实验数据，因此对该实用型号充满信心，以至于破例允许康维尔公司在刚作试飞的同时，就马上正式投产。

1953年10月24日，在最早的2架YF-102原型机中，1号机首飞，但首飞后的第8天在作迫降时坠毁。令军方真正感到失望的事是，2号机在试飞不久即可明显地预见到新机的飞行性能根本达不到先前风洞试验时所得到的预测值。其中主要是飞行速度始终无法超过音速。究其主要原因，还是飞机的跨音速阻力一时无法克服。当时用于YF-102的是国内单台推力最大的J57-P-11型涡喷发动机，它尽管已拥有4945千克的最大推力（加力状态下达到6575千克），但要想实现超音速飞行仍然无望。于是2号机的试飞到1954年1月11日已完全终止。由于在军方的招标要求中已强调了超音速拦截的要求，所以康维尔公司的试制计划面临着夭折。康维尔公司遇到的困难还远远不止这些，F-102的研制其实同时面临了三角翼气动布局的实用化、无尾战斗机的实用化、空对空导弹机载武器的实用化和机载调试以及全自动截击引导综合火控系统的实用化等多项技术难题。 最后NACA让F-102起死回生，是NACA成全了康维尔公司重铸空中利剑的豪情，后来几乎每一位航空专业大学生都得学习的“跨音速面积律”理论解决了问题。“面积律”理论（Arearule）通俗地说，就是跨音速或超音速飞行时，飞行器“零升力波阻”和飞行器横截面沿飞行器纵轴分布之间的一种（函数）关系。

在及时得到NACA的技术援助以后，立即将新装配的机身改成了所谓的“蜂腰”状。与之相对应的改造，还包括在机尾发动机喷气口两侧外部加装一对突出的鼓包（面积律整流罩）；加长了机头的长度；对座舱盖作低阻化修形（随之而来的视界恶化则通过让机头雷达罩下倾来弥补）；对进气口修形以及为翼型前缘部分进行锥度卷曲处理（以缓和大迎角状态下延缓气流分离）等等项目。于是，超音速飞行的难题就这样不攻自破了。动力装置自身的升级也起到了一定的作用，改造后的机体采用了推力更大的J58-P-41型发动机。作这样的大手术不仅需要对全机结构进行再设计，而且还需要对各系统和重要附件进行重新进行协调与试安装。康维尔公司利用自身的技术优势和强大的工艺实力，用了117天就完成了全部改装工程。新的改型机在公司内部被叫作Model8-90。大改后的YF-102A，共造了4架。它重新试飞于1954年2月20日。在次日的试验中，就顺利地实现了超音速飞行，F-102是最先得益于“面积律”理论的飞机。

而早先追加制造的8架YF-102前期原型机中的后4架，由于还没有来得及全部装配好，因此也及时按“大改”方案进行了改造。于是YF-102就形成了“直筒形”和“蜂腰型”机身各4架的局面。 所以，F-102截击机的原型机特别多，一共14架：2架最早的原型机YF-102、8架“追加”的原型机YF-102和4架以“蜂腰”外形制造的“新原型机”YF-102A。空军赋予F-102的爱称是DeltaDigger，也即“三角剑”的意思，最恰如其分地表述了它硬朗的气动外形特征。

1955年6月，批产一号机交付部队服役（它装备最大推力5310千克/加力推力7800千克的J58-P-23型涡喷发动机）。

1955年7月，F-102A生产型飞机开始交货，与金属蒙皮的原型机不同，采用灰色涂装。F-102有以下主要型别：F-102A，生产型，共生产975架，1958年4月停止生产，机上配备有自动驾驶设备，F-102A于1973年退出现役，被 F-106所取代；TF-102A，双座教练型，1955年11月开始试飞，共生产111 架；F-102B，为F-102A的改进型，后改编号为F-106A。采用罕见并列双座的TF-102教练型。

1955年～1956年，大约有875架F-102A被生产出来，它们在27个空军防御司令部（Air Defense Command，ADC）单位中服役，直到20世纪60年代末。在F-106取代了它们在空军防御司令部中的位置后，“三角剑”进入23个国民空中卫队特遣队服务，1976年退役。

F-102主要被部署在北美大陆，美国和加拿大的要地，用来拦截苏联的远程轰炸机。因此F-102的飞行员一度不用在第一线作战出现。小布什也曾经在得克萨斯服役时驾驶过F-102 。

1956年下半年，第一支使用F-102A“三角剑”截击机的第327飞行中队成立，成为ADC指挥下庞大的全美自动化防空体系中第一支配套的可以升空作战的飞行部队。后来，陆陆续续一共组建了25个“三角剑”截击机中队，成为50-60年代美国本土防空力量的主力。 大多数战斗机、尤其是当代战斗机几乎都兼顾了多用途作战性能，所以总不免在各项战术技术需求方面需要不断予以协调。而F-102是用途相当专一的战斗机，它的各项战术技术性能在相当长的服役期间内完全可以满足作战需要，所以改动教少，所以改型也少得多。

20世纪60年代中期，因为机体日渐老旧，续航能力也稍嫌不足，特别是当需要作较长时间超音速飞行时，过多地打开加力不仅耗油，而且会缩短发动机的寿命。所以军方急需找到一种可替代的后继型号。但F-106的开发和配置进展缓慢，使F-102A的使用得以延续，直到1973年才退出现役。

F-102采用无尾（无水平尾翼）三角翼气动布局，其悬臂中单翼的前缘后掠 60度（和同期的苏联米格-21相当、但展弦比较之米格-21要小），后缘前掠10度。在外翼上表面装有翼刀，后缘装有升降副翼，用以分别控制横向倾斜和飞机的仰俯，可谓一物多用，但同时也是无尾飞机的不得已之处。全金属结构的机翼翼面积为61.45平方米，在内部加强肋的前后，各安排了一个整体油箱，这样既增加了内部的燃油容量，又减轻了油箱的构造重量，为此，采用了当时最时髦的化学铣切加工整体壁板式翼蒙皮。在机翼下方，可左右各外挂一个副油箱，但从未考虑设置外布武器挂架，这也是F-102的一个特点。

F-102采用无平尾三角翼布局，气动外形的最大特点是机体沿纵轴的横截面积颁布符合跨音速面积律的要求。机身采用全金属半硬壳式结构，其中段的下半部是一个内置式的武器（导弹或火箭弹）舱。而可用来安装容纳截击雷达天线的尖削的圆锥形机头罩明显下倾，以改善视界。但单座座舱盖的最前缘采用少见的V形风挡玻璃和尖楔形中央隔框，以尽量减少超音速阻力。不过前方视界恶化，这也是显而易见的，飞行员的眼前永远竖立着一道骨架。同样的设计在欧洲早期超音速实验机以及美国X-15等高超音速实验飞机上也得到了同样的应用。也许为了方便安装必不可少的雷达天线，空气进气口从一开始就从XF-92那样的机头位置移到了前机身的两侧，均呈半圆形。

机翼：悬臂式中单翼，前缘后应试60度，前缘前掠10度，翼尖呈矩形，薄翼型，根部弦长9.07米，翼根相对厚度5%，翼尖4%。翼型前缘部分翼弦向下弯折。由翼根至翼尖前缘锥度扭转。机翼为全金属结构，每侧有五根锻压的整体大梁。翼肋平行于机轴线，两个锻压加强肋分别位翼根和距翼根30%半翼展处。蒙皮为铝合金机加整体壁板。升降副翼分内外两组，采用胶接蜂窝结构。

机身：中部呈蜂腰形，机头削尖并向下沉，机身后部加装了面积律整流罩。进气口在机身两侧。机身上部自座舱至垂尾有一条北鳍。机身为全金属半硬壳式结构，前段包括座舱。中段包括进气道和导弹舱。后段包括一组锻造的铝合金加强框，用以承受机翼升力和弯矩并支持发动机，除燃烧室和加力燃烧室段为钛合金隔框、隔热圆筒和机翼接头外，其余部分均采用铝合金。

垂尾：呈三角形，前缘后掠52度。无平尾，机翼后缘有升降副翼。垂直安定面与机尾结构为一整体，用4个承力构件与机身隔框连在一起。垂尾根部为减速伞舱。

起落架：可收放前三点式起落架。主起落架装在后一加强肋上。主轮向内收入机身，前轮可操纵转向，向前收入机头。

机尾段安装一台普惠公司的军用涡喷发动机J57-P-23或-25型。其最大推力5,265千克、加力推力7,740千克。在垂尾根部的后端，是一对可按“蛤壳”状打开的空气阻力板，打开后还可以释放出着陆阻尼伞，用以缩短着陆滑跑距离。燃油分布在4个机翼油箱和一个机身油箱内，每侧翼下可带一个副油箱。

F-102截击机采用Weber公司生产的弹射救生座椅，座舱内拥有增压、供氧和空调设备，但当飞机到达15000米以上高空时，要求飞行员穿着MC-1型抗荷服，座舱盖向后上方开启，V型风挡外层玻璃的内表面有导电薄膜，并用热空气除雾。

武器系统：导弹舱内带一枚AIM-26A和三枚AIM-4C空空导弹，装在可快速伸出的发射导轨上。导弹舱门上的发射管内还装有24枚69毫米火箭弹。所有武器都由MG-10火控系统控制自动发射。

军械由6枚曾编号为XF-98的休斯 GAR-1“苍鹰”导弹组成，导弹从机身弹舱投放，机身弹舱还容纳24枚70毫米折翼飞航式火箭弹或附加油箱。长1.83米，重45.4公斤的“苍鹰”导弹，从弹舱伸出到气流中后，由休斯飞机公司的雷达火控系统发射，利用雷达自动引导寻找目标，弹舱的舱门有折翼式飞航火箭的发射。

1950年，美国空军为制造并装备一种综合性的全天候截击机武器系统，在国内招标研制，从而引发了各大军火公司间的设计竞争。最终，康维尔公司的F-102“三角剑”的设计思路在这场竞争中脱颖而出，被军方选中投入预生产。它的心脏中装有“休斯（Hughes）”MX-1179武器系统，由一个雷达、一台计算机和一个“猎鹰（Falcon）”导弹组成。MG-10火控系统，红外搜索、跟踪装备拦截数据计算机，L-10自动驾驶仪，APX-6A敌我识别器。

F-102从设计招标之始，就被当作一种必须装备“最完美”火控系统（FCS）的截击机来加以研制的，所以它安装了当时美国最好的拦截作战机载设备，主要包括可进行全自动追尾瞄准的MG-10火控系统、红外线目标搜索系统（于后期追加在座舱盖的最前端，类似于苏-27）、跟踪和拦截计算机、L-10 自动驾驶仪、APX-6A敌我识别器等等。更重要的是，该机已作为全美半自动防空体系SAGE（俗称“赛琪”）中不可或缺的重要一环来加以开发和使用，这才是意义最大所在。而全美半自动防空体系包括遍布北美乃至北极圈的雷达预警系统、防空管制数据链共享体系和庞大的数字计算机网络，当然，也包括本文所涉及的飞机型号。

第一代生产型。单座的全天候截击机。生产889架。批量生产型，截击机，1955年6月中开始交付部队，一年后参加战斗值班。与无涂装金属蒙皮的YF-102A原型机不同，它们开始采用浅灰色涂装。因为基本上属于空军自用，总产量仅为975（一说873或989）架，1958年4月停产。其中自第66号机开始改用大面积垂尾，以改善横侧安定性，并同时放大了空气阻尼板面积、并对进气口作进一步修形。这些改造后来作为定型标准被适用于所有批产型号。所以细心的人还是可以从照片上比较出来的。另外，后期的F-102A为了增加滞空时间，可以在翼下挂载2具230加仑（870公升）的副油箱，甚至可以进行空中加油。当进行空中加油以后，最大滞空时间将达到2.5小时。尽管如此，还是需要牺牲它的超音速性能，除非抛弃副油箱。

双座教练机。生产111架。双座教练型型，自1954年研制，是F-102A飞行员的专用训练机，持有双重操纵系统。由于撤下了MG-10火控装置，所以只保留较低水平的截击战斗功能。从外形上看，因为教官和学员是并列乘坐的（和英国的“闪电”或“猎人”战斗机有些类似），而且不再安装雷达天线，所以重新设计了一个全新的机头、它的长度缩短、座舱盖和座舱段机身明显加宽，飞机总长度减至19.32米。另一个外观特征是，进气口已从两侧位置改为“两侧肋下”形式（类似于法国的“阵风”战斗机）。该型号首飞于1955年11月1日，在试飞中发现全机“颠振”现象严重，通过分析是新设计的座舱盖引起的。于是经过研究，在座舱盖上部加装涡流发生器、并对机体进行了加固，终于消除了这一隐患。经过2次追加定货，TF-102A的产量最终为111架，一般为每个F-102A截击机中队配备2架TF-102A。TF-102A在水平飞行中只能达到0.97马赫。经试验发现，只有当以5度角作浅俯冲、并经过170秒冲刺以后，其速度才刚刚能够突破1个马赫的音障。

F-102B

F-106A战斗机的早期名称，F-102A的高性能全天候改进型，在研制后期独立出来、改称F-106A。

QF-102A

双座的有人驾驶拖靶机。

PQM-102A

无人驾驶靶机。改装了65架。F-102A 的无人驾驶靶机改型，利用达到使用寿命的截击机改装，供地对空导弹打靶使用。

PQM-102B

升级的无人驾驶靶机。改装了146架。

PQM-102

F-102A的无人驾驶靶机改型，利用达到使用寿命的截击机改装，供地对空导弹打靶使用。

YF-102C

用于F-102A机载武器的开发试验，归空军技术应用中心（AFSC）管理。

B-52护航的F-102被越南的米格-21发射AA-2红外制导空对空导弹偷袭击落。其他伴随的F-102发射了AIM-4试图击落那架攻击后撤出的米格-21，但是没有成功。有一种说法说F-102也参加过一些对地攻击任务，主要是袭击越南的胡志明小道。

一共有15架F-102在越南损失掉，一架被越南的战斗机击落，其余的被防空炮火击落。

1965年7月1日凌晨约1时32分，一声爆炸声打破了噪热中的宁静，一发迫击炮弹落在了岘港空军基地南面的跑道和停机坪之间，那里停放着处于24小时待命状态的F-102A截击机和两架AC-130“炮艇”特种攻击机。与此同时，北越军队约有60人剪开5处铁丝网围栏，成功潜入基地，并集结在两道巨大的飞机水泥掩体后面，而2架AC-130就近在咫尺！迫击炮的开火是他们发起进攻的信号。在轻型炮火的掩护下，他们敏捷地穿过跑道、翻过水泥掩体，用自动步枪将AC-130的油箱打烂，并用手雷将其轻而易举地引爆。另一队北越军跑到F-102A的近前，用57mm无后坐力炮对准飞机黑洞洞的发动机尾喷口猛轰，顿时就报销了它3架。

20世纪60-70年代里，F-102A也被少量派遣到美军在西欧和远东的军事基地，如前西德、日本、荷兰和泰国等国的空军基地。而且土耳其、希腊空军后来也曾得到过少量二手货的F-102A和TF-102A。

F-102之所以被部署到越南是因为美国的雷达在越南发现了一些可疑的信号。这些信号被怀疑是伊尔-28轰炸机。为了防止越南的轰炸机空袭，F-102在1966年部署到东南亚。

1968年，所有F-102都从越南撤回到美国。

1973年，有6架F-102A被改装成了拖靶机，称为QF-102A。被改做无人靶机的F-102被称为PQM-102。此后开始了一项工程，将上百架已经老化的F-102改造成靶机，用来模拟米格-21。改造的靶机起初被用来训练F-4和F-106，后来则用于训练爱国者导弹系统和F-15战斗机。同年，F-102从美国空军里退役并转交给国民警卫队。一共装备了9个大队。卖给土耳其的F-102A参与了1974年入侵塞浦路斯的作战，并且和希腊空军发生了空战。有两架F-102A被希腊击落，但他们也击落了一架F-5。1979年希腊和土耳其的F-102也退出现役。

美国的PQM-102最后一次使用是在1986年。还有一些F-102保存在博物馆里，虽然它们都已经不能飞行了。