1948年12月16日，海军给与道格拉斯制造两架原型机的合同，并赋予原型机型号为XF4D-1，其中“D”代表道格拉斯公司，而海军航空署编号为BuNo124586和BuNo124587。由于外形为三角性机翼，机翼外缘为弧形，类似于鳐鱼（ray fish）或蝠鲼（manta ray），因而就取了个“Skyray”的绰号，而英语里“ray”有光的意思，所以翻译时就称其为“天光”。原型机的建造在秘密的条件下进行，并于1950年完成了机体制造。但原定安装的威斯汀豪斯公司（西屋）具有7000磅推力的XJ40-WE-6发动机一时还不能提供使用。这就迫使道格拉斯公司不得不让所有的原型机使用艾利逊J35-A-17发动机进行先期测试，该发动机推力仅22.3千牛，这样的性能使得飞机严重动力不足。

1951年1月21日，首架原型机BuNo124586在木洛克空军基地（爱德华兹空军基地）进行了首飞。试飞员是拉里·佩顿（Larry .Peyton）。佩顿发现由飞机边条控制面引起的不自主的危险性俯仰，使得他难以驾驭手中的飞机。在经历了几次看似将要坠毁的跃升和俯冲后，他控制住了局势，并成功地将飞机降落在跑道上。在经历了这样一场劫难后，试飞员拉塞尔·肖（Russell Thaw）“有幸”成为了他的“替补队员”，他的任务是为解决这一问题做好相关的预备工作。

1951年10月，试飞员拉塞尔·肖的继任者鲍伯·拉恩决心试飞XF4D-1。试飞中过载压力非常大，飞机设计限制过载为7G，实际飞行中却达到了9.1G，不仅如此，XF4D-1在高速时非常难以操控。飞机在速度200节以内并且气流较为顺畅的条件下还是易于控制的，超出这个范围，驾驶飞机将变得十分困难。虽然艾利逊J35-A-17发动机动力不足，但是除了些小的操纵问题，飞机还是表现出了不错的机动性和爬升率。与同时期在役的F-86E相比，原型机并没有什么特别出彩的地方。即使这样，海军还是在1951年2月订购了预生产型批次12架飞机。不久，飞机换装威斯汀豪斯XJ40-WE-6无加力涡喷发动机，发动机推力3175千克，这使其具备了超音速飞行的条件。经过这样的改进，飞机进行进一步的试飞测试。

1952年中，海军及海军陆战队的试飞员对“天光”的生产型飞机进行试飞评估，他们注意到了该机的独特飞行品质，承认该机的机动性确实好过当时已服役的飞机，五破爬高速度世界记录。拉恩开始最后的超音速飞行。经过调试准备，拉恩在30000英尺高空的一次极小的俯冲中成功地超过了音速，从而使它成为第一种能够做超音速飞行的三角翼飞机。

1952年，鉴于XF4D-1的表现，海军与道格拉斯公司签订了230架F4D-1的订购合同，合同约定这些飞机将被安排在位于加利福尼亚州的托兰斯原来为政府所有的工厂生产。

1953年3月，海军对J40系列发动机带来的不安与困扰最终做出了决定，将改装普惠公司的加力推力达6580千克的J57-P-2加力式涡轮喷气发动机“天光”投入生产的决定。虽然J57 比J40要大一些和重一些，但改装并不困难，因为海因曼博士很早就意识到为一款尚处在发展阶段的发动机设计飞机是一件非常冒险的事情，所以从一开始，他就使飞机也能够与其他发动机相匹配，以备将来换装之用。J57比J40更为可靠，动力也更为强劲。

1953年秋天，XF4D-1装上了推力达5260千克的XJ40-WE-8加力式发动机。1953年10月，就在改装J57发动机的F4D-1的生产工作进行的时候，两架装J40发动机的原型机则开始在“珊瑚海”号航母上进行航母适应性测试。创纪录的贝丁海军少校在较为恶劣的天气条件下进行试飞，以便检验该机的低速稳定性。另一架 XF4D-1（BuNo124587）被通用电气公司租用，在飞机上装上了YJ79原型发动机，以对该发动机进行测试，这架飞机于1955年12月进行了首飞。两架原型机的最终命运不尽相同：编号为BuNo124586的原型机被用作消防训练平台，于1980年代被损毁，最终成为一堆垃圾；而另一架编号为BuNo124587的原型机的最后的有关记录是说在完成了发动机试验并恢复为初始配置后，被放置在位于加利福尼亚中国湖的海军空战中心（NAWC China Lake，California）用于静态展示。

1954年6月5日，首架生产型F4D-1“天光”（BuNo130740）首飞，并在平飞中就突破了音障，成为海军第一种在水平飞行中超过音速的作战飞机。

1956年4月，F4D-1开始交付美国军方，延迟的原因是发动机开发的延误。

1956年4月16日，加利福尼亚莫菲特海军航空站为基地的海军第3混编飞行中队（VC-3）第一个接收F4D-1，不过这些飞机仅是用以进行先期服役评估之用。

1956年中期，弗吉尼亚奥谢纳海军航空站（NAS Oceana in Virginia）的VF-74飞行中队是第一个真正装备F4D-1的作战部队。

1957年初，“天光”开始进入海军陆战队服役，第一个接收飞机的是位于北卡罗来纳切里点海军陆战队航空站（Cherry Point MCAS）的VMF-115飞行中队。一支海军“天光”飞行中队VFAW-3（其前身是 VC-3）被编入北美空防体系中，受空军的指挥。该中队担负拦截从美国西南角侵入美国领空的入侵飞机的任务，驻扎在加利福尼亚圣迭戈北岛的海军航空站。这些“天光”在与空军的截击机的同台竞技中，取得了与之毫不逊色的成绩：该部队两次获得了体系内战斗效率与出勤准备方面的最高荣誉，胜过了其他在 NORAD 中全部由空军组成的飞行中队。

1958年12月，订购的全部420架天光全部制造完毕（不包括早先的两架原型机），全部是F4D-1标准，最后一架于1958年12月22日交付，另有230架的订单被取消。

1958年和1962年，F-6被先后部署到中国台湾和古巴关塔那摩（Guantanamo）基地，以应对那里的紧张局势。

F4D-1共装备了11个海军飞行中队、6个海军陆战队战斗机飞行中队、3个预备役飞行中队和几个特殊作战单位。其中海军、海军陆战队和预备役部队的作战部队番号如下。这些作战单位不论是舰载部队还是岸基部队，全部清一色使用F4D-1。在服役期间，“天光”有了一个昵称“Ford”，这个名字的出典于“天光”的制式编号F4D，因为照英语发音读起来是“eff-four-dee”，而这与“Ford”读音相近。

1962年9月，海空军航空器编号命名体系合并。F4D-1改称 F-6A，此时“天光”正大批退出一线部队，只有4 个一线部队（VFAW-3，VMF-114，VMF(AW)-542，VMF-531）和3个预备役飞行中队（VF-881，VF-882，VMF-215）还在使用。同年，一小部分飞机被改装充作目标靶机控制机使用，飞机编号也有所变化，改为DF-6A。

1963年11月，VMF-542从日本厚木空军基地换防回美国时，它已是最后一个在役的“天光”飞行中队了。

1964年2月29日，F-6全部退役。在服役期间从未真正参与过实战，也没有出口客户。道格拉斯公司曾经研究过针对海外潜在客户（主要是印度）需求的出口型号，但最终还是放弃了。

机鼻

F-6战斗机原型机最先安装的是较为圆钝的机鼻，但很快就换成了带有空速管的较为尖锐的机鼻。

机型

F-6采用圆滑的三角机翼，单垂直尾翼，没有水平尾翼；整个外翼段以及部分内翼可向机身折叠，并且装有前缘缝翼和后缘襟翼；发动机进气口位于机身两侧驾驶舱后，进气口为固定式三角结构；左右机身翼根后共设有4个液压驱动的气动刹车，分别安置在机身的上部与底部。在两侧发动机喷口上还装有调螺距器控制面；垂尾上装有两段式的方向舵。

起落架

F-6采用前三点式起落架，均为单轮。前起落架以及主起落架被设置在翼根处，降落时起落架向前转动放出。早期的生产型的主起落架还装有轮罩，以便在航母上降落而未抓住拦阻索的情况下，被甲板上的拦阻网“抓住”，这些装在起落架上的轮罩不久被安装在机翼前缘位于发动机进气道外侧的位置上的栅栏状的用于同样目的的凸起物所取代。当然，这些只是应付紧急情况。飞机着舰主要还是依靠安装在后机身的内部嵌套了可收放机尾缓冲轮的轭状拦阻钩来抓住拦阻索的方式完成。

座舱

F-6飞行员“委身”于装有向后开启的蛤壳式“翻盖”座舱罩的座舱内进行飞行，而第二架原型机采用的是“滑盖”座舱罩。他们的弹射座椅早期是道格拉斯公司自己生产的，后来的生产型改用马丁·贝克（Martin Baker）公司生产的 MK.P5（Mark P5）型弹射座椅。

涂装

F-6起先所有的飞机都被涂装成午夜蓝（Midnight blue），不过很快发现这样做使得这些飞机在空中很难被观察，因此飞机又被刷成了白色。在服役期间，通常的涂装方案是上表面被刷成海鸥灰，下表面则用白色涂装，其他特殊部位则用一些特定的颜色，比如用红色涂装发动机进气道以提醒地勤人员此处潜在的危险；以黑色涂装雷达天线屏蔽器和风挡前的防反光区域（该区域有时也用黑灰色）。以黑色涂装机脊，尾翼配以黄星，并以相同的色彩搭配涂装两翼下的外挂油箱是比较流行的配色方案。“天光”虽然进入部队服役，但基本上是以一种试验测试性质的飞机进行使用的，有一小部分在其服役期间就被用来拖曳拖靶。这些飞机在尾翼、翼尖和其他类似部位被涂上了较为华丽的萤光橘的颜色。

F-6战斗机最初生产型为4400千克推力的J57-P-2涡喷发动机，后来使用带加力燃烧室的J57-P-8/8A/8B，其最大推力4625千克，而加力推力达7255千克。测试飞行中发现，飞机在40000英尺高度以上高速飞行时，发动机会出现停车现象。设计人员通过在机身靠近进气道前方增设了原型机没有的分流板保证停滞的附面层气流不会被导入发动机，以免降低发动机推力或者导致发动机停转此外还修改了机尾整流罩以降低飞机高速飞行时的振颤。

F-6战斗机翼下中间的挂点通常用来挂带副油箱，但不清楚翼下其他挂架是否同时也挂带有载荷。“天光”自身不具备空中加受油能力，不过据说可以携带装有探管的副油箱与装有软管-浮标加油系统的加油机进行空中加油，但有这套系统的飞机很少见，应该没有广泛使用。“天光”还可以安装一个用于拖曳筒形或者镖形拖靶的接头。

F-6战斗机外翼中安装四门科尔特M12型20毫米机炮，每一门备弹65发，后来增加到70发。不过，由于四门机炮的炮口过于靠近，机炮经常被拆除。后期生产型共有7个外挂点，每侧翼下有三个再加上机身中部的一个，这些挂点总共可以负担1800千克重量的外挂物。正常的外挂物包括2个1136升的副油箱，4个70毫米火箭发射巢（每一个带有7-19枚折叠弹翼式航空火箭弹）或者2个副油箱，4枚AIM-9空空导弹。也可以挂带航空炸弹，但这不是正常的武器配备，因为其并不具有承受执行对地攻击与近距离火力支援任务的严酷环境的条件。

F-6战斗机生产型安装了以威斯汀豪斯公司的AN/APQ-50雷达为核心部件的Aero-13火控系统和一个当时最先进的由电子管驱动的计算机。火箭发射时，计算机会根据风速管测得的数据调整飞行员前面的阴极射线显示器上面瞄准点。由于雷达系统的推迟交付，早期的生产型并未安装该雷达，有些到后来也没有改装。AN/APQ-50X波段截击雷达具有24英寸雷达天线，拥有29千米的最大搜索范围和20千米的自动跟踪搜索半径，该雷达的出现是一体化设计的标志性的一步，它是以一个整体单元发挥其功能，而早期的雷达由几个子系统通过导线相互连接发挥功能。

F-6战斗机一些中队还装备了一种热成像导弹作为其首选武器，这种导弹有一个旋转陀螺仪探测器和一个图像断路器，能引导导弹跟踪目标的热信号，比如废气。这种导弹非常经济、可靠而且有效。F-6还有一部相对简单的瞄准具来控制20毫米机炮。

F-6战斗机中线挂架可以用来携带装有 NAVPAC（Navigation Pack）综合导航系统的导航荚舱。该系统具有无线电信标跟踪和测距设备以供飞向与海军使用不同导航设备的空军或民间地面站使用。

XF4D-1

原型机，共建造了2架，采用西屋J40发动机。

F4D-1

单座战斗机，换装了发动机，1962年更名为F-6A，建成419/420架。

F4D-2

道格拉斯公司设计过它的改进型号，是试图改换动力更大的J57-P-14发动机的生产型，但没有被正式投入生产。

F4D-2N或F5D-1

F4D-1全天候改进型，海军要求新飞机要充分利用动力更为强劲的J57发动机，以获得更出色的性能，赋予新飞机F4D-2N的型号，并给了制造两架原型机的合同，两机编号分别为139208与139209，加装双雷达扫描仪。随着工作进度的推进，新飞机与F4D-1相差得越来越远。虽然该机拥有与F4D-1相似的气动布局，但是从设计角度而言，新飞机已经很难被归于只是“天光”的一种改型了，因此又被改称F5D-1，绰号“Skylancer”，意为“空中枪骑兵”。

F5D-1几乎在每个部件上都重新修改过，新飞机拥有加长加固的机体；机翼得到了加强；针对F4D存在的问题进行了改进；机身加长了2.4 米；根据面积律将翼根区域变得更薄以减少跨音速阻力，前缘缝翼以及后缘操纵面被重新布置，原本延伸出去的靠近尾喷口的边条修改成与尾部平齐，机身表面都尽量被设计的有利于减小阻力，更便于气流通过机翼表面，从而增加高速飞行时的稳定性；重新设计了进气道，加大了加力燃烧室冷却进气口并前移了位置；装有呈V 形的挡风玻璃的座舱盖取代了原来的成直角的平顶座舱盖；安装了更大的腹鳍和方向舵；起落架轮距扩大达到了12英尺 6英寸；增加了1倍以上的内部载油量；换装与后期F4D-1生产型相同的普惠公司的J57-P-8发动机；机载设备进行了更换，采用了当时先进的X-24A火控雷达系统。

F5D-1保留了翼根的4门20毫米机炮，但飞机的主武器变为导弹与火箭弹搭配4枚AIM-9导弹，或者2枚AIM-7空空导弹，或者72枚51毫米固定弹翼无控火箭弹。海军最初定购了9架试验型飞机和51架生产型飞机。生产型将被要求安装更为强劲的J57-P-14发动机。F5D-1首次试飞在1956年4月21日于爱德华兹空军基地进行，在此次试飞中，飞机就达到了超音速，而且表现出易于操控的品质。它具有两倍于“天光”的航程，海平面最大飞行速度超过了 1000英里/小时，整体表现非常良好。在那个更新换代极为迅速的时代，19架订货中只有4架被实际制造出来，2架为原型机和2架生产型，全部装上了J57发动机。在测试评估期间表现出色，但是海军后来还是采用了沃特公司的F8U“十字军战士（Crusader）”战斗机。因此，到1956年11月，“天空枪骑兵”项目被取消。

YF-6A

XF4D-1原型机的改进型。

1953年12月中旬，海因曼因为设计了“天光”而获得了科利尔奖（Collier Trophy），与他分享这一殊荣的是设计了世界上第一架超音速战斗机，有着“F-100之父”美称的北美公司詹姆斯·H·金德柏格。

1953年10月3日，海军少校詹姆斯·B·贝丁（James B Verdin）在加利福尼的沙顿海上空驾驶一架经过抛光，加注了预冷燃油的XF4D-1（BuNo124587）以1213千米/小时的时速打破了3千米航线飞行速度纪录。特别值得说明的是，这是有史以来，飞行器速度纪录第一次被舰载飞机获得。

1953年10月15日，拉恩在木洛克干湖上空以1172.3千米/小时打破了100千米闭合航线飞行速度纪录。

1956年，一架编号为BuNo134759的F4D-1被交给美国国家航空航天咨询委员会（NACA）的埃姆斯（Ames）航空实验室进行一系列的研究飞行，1959年退役。

1958年5月22日至23日，海军少校爱德华·N·勒费夫尔（Marine Major Edward N. LeFaivre）驾驶编号为 BuNo130745的F4D-1创造了5项世界爬升速度世界纪录。这些纪录是：3000米爬升速度纪录44.39秒；6000米爬升速度纪录1分06秒13；9000米爬升速度纪录1分29秒81；12000米爬升速度纪录1分51秒23；15000米爬升速度纪录2分36秒05。但在当时快速推进的航空技术迅速就将“天光”这丝闪光淹没。

1958年，一架“天光”被用于发射一种带有重达1吨的空间发射助推器的固体燃料火箭，目的是以此将手掌大小环形的小卫星送入轨道。1961年10月最后一次执行试射任务。此前在该项目中总共进行了10次用于试验火箭可靠性的试射。

海军上尉马里昂·卡尔（Marine Major Marion Carl），那个时代杰出的试飞员之一，在飞过“天光”后，给予了最高的评价：“如果我们在朝鲜有这样的飞机，我就可以把米格一扫而光。”

F-6战斗机尽管在研发上的迟缓肯定了其只会有短暂的服役历史，但飞行员们对于它的能力还是表示赞赏的。从 1955年由拉恩驾驶一架生产型“天光”进行的爬升试飞中获得的数据表明，其具有极为出色的爬升性能。同时还具有极佳的机动性，可以做出令人难以置信的滚转率。

F-6战斗机比较显著的缺点有：飞行员必须记住张贴在座舱里的一系列飞行限制告示，否则极易酿成事故；出众的机动性也带来了一定程度的不稳定性，特别是在跨音速阶段。此外，该机还存在过高的着陆滑行速度，常常被形容为“滑雪撬”。F-6会以很大的攻角接近航母，通常会引起前方视野不佳，也有飞行员指出以大攻角接近航母会使得机翼将垂尾遮盖，从而降低了飞机的可控性。正是这个原因，飞机在低速飞行时，常常会引发诸如半滚、半侧滑等等的“机动”动作。起飞也同样困难。像降落一样，主起落架不能同时收起导致飞机发生“打滑”。F-6拥有一系列那个时代喷气战斗机所具有的共同问题。座舱缺乏以针对实际飞行需要出发的设计，使得飞行员在驾驶时缺乏舒适感，这在那时是比较普遍的，因为“人机工程学”（ergonomics）在那时还没有产生。

F-6战斗机扮演的是单纯高空拦截机的角色，缺乏被日益看重的多用途性能。它具有极佳的爬升率，相对较高的速度，较大的航程和一部好的雷达，所有的特征都表明其是一款好的截击机。