1930年，海軍事務委員會提出修正討論，建議將來建造多一艘小型航母，32以及兩艘增大噸位的中型航母。小型航母可用作跟從戰列艦作戰，而中型航母則可獨立成為打擊力量，既滿足海軍的戰術需要，又盡用餘下噸位。中型設計最終構成後來兩艘約克城級，以及小型化設計的胡蜂號航空母艦。[6]
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有關中型設計的爭論與突擊者號時相若，分別在航速、防禦及艦載機三方面。在航速方面，除了代表航空署的凱利·屠納（richmondk.turner）中校接受較低航速，以換取其他設施空間，其他部門大體同意將航速由29節提升至32.5節。在防禦方面，焦點集中在減少飛行甲板遭空襲癱瘓的機會及整體防禦裝甲。針對首項問題，航空署曾提出建造雙層飛行甲板、設定機庫彈射器以及增加升降臺，以提升飛機升降效率，然而這些裝備連同裝甲等等，都不是中型設計噸位所能負擔。裝甲方面，約克城級的定位為防禦輕巡洋艦的6吋火炮、空投炸彈及空投魚雷攻擊，但礙於噸位所限而要有所妥協。最後在艦載機方面，當時航空署正制訂新的航空團組合，新艦的航空團應由4支小隊各18架飛機組成，共72架飛機，然後再加上若干替補。不過由於計算方法不同，部內估算新艦的飛機數量可超過90架。事務委員會亦根據列剋星敦級的服役經驗，認為艦島無損飛行作業，故此決意要在新艦增設艦島，以有效排走鍋爐廢氣。[7]
1932年初，事務委員會終於從多項設計中，選擇了排水20，000噸、長770呎、闊80.3呎、120，000軸馬力，最高航速32.5節、搭載90架艦載機的方案。然而國會以經濟蕭條為因，並未撥款建造新型航母，使設計又再拖延。期間海軍部長曾要求軍部研究裝設8吋火炮的27，000噸方案，但最終流產。
1936年兩艘約克城級下水，並分別在1937年及1938年服役。其時艦體主要效能如下：[8]
第二次世界大戰爆發後，美國不再受裁軍條約限制。海軍可趕工建造多一艘航空母艦，以應付戰爭需要。由於時間緊迫，海軍事務委員會只能提出沿用約克城級設計，但同時附帶多項改良，特別是將新艦的鍋爐與輪機交錯配置，以減低風險。不過由於改動過多，新艦大黃蜂號最終只能建造新式艦島以及延長艦艏，動力系統的問題未有解決。在中途島海戰及聖克魯斯群島海戰，約克城號與大黃蜂號俱因魚雷攻擊而失去動力，無法離開戰場而沉沒。[7]
約克城級在設計之時，雷達技術尚未成熟。1937年海軍研發出首批艦用搜尋雷達，並在1940年命名為cxam，安裝到多艘艦隻。約克城號在1940年安裝了cxam雷達，而企業號則在1941年安裝了cxam-1型雷達。cxam的準確度為300碼，解析度400碼，一般可探測到16浬內的戰列艦、12浬內的驅逐艦、70浬內10，000呎高的pby水上飛機或50浬內同等高度的戰鬥機；而cxam-1的準確度則提升為200碼。由於cxam雷達過於笨重，大黃蜂號在1941年服役時，安裝了新式的sc雷達，但搜尋距離卻大幅下降，只可探測到10浬內的戰列艦、3浬內的驅逐艦、30浬內的戰鬥機及25浬內的轟炸機。結果海軍不久便拆除坐沉珍珠港的加利福尼亞號戰列艦cxam雷達，安裝到大黃蜂號，將sc雷達留為備用。海軍同時為大黃蜂號新設ye返航裝置，配合兩座雷達，引導艦載機返航降落。[9]
約克城號與大黃蜂號均在1942年沉沒，未有裝上更多雷達及電子系統。企業號在1942年下半葉安裝了sg雷達，用作水平搜尋，其準確度為200碼，解析度400碼，可偵察15浬內於500呎低空的轟炸機、22浬內的戰列艦及15浬內的驅逐艦。企業號同時安裝了sc-1型雷達，其搜尋距離比sc雷達增加一倍，準確度提升至100碼，解析度則為500碼。1943年企業號返國大修時，將cxam-1雷達替換為新式sk雷達，搜尋距離激增至100浬內10，000呎高空的中型轟炸機，準確度為100碼，解析度為900碼。企業號同時加裝了sm雷達，搜尋距離為50浬內10，000呎高空的飛機，以及25浬內的戰列艦，準確度為500至200碼，解析度200碼。sm雷達是美軍第一批戰鬥機調配雷達，要到此時美國航母才可有效調配戰鬥機攔截敵軍飛機。連同額外增設的yg返航裝置，以及iff敵我辨識系統，企業號的雷達及電子設備可與1943年新服役的埃塞克斯級航空母艦相比。[10]
戰爭末期，企業號將sc-1型雷達改為新型sr雷達，準確度為30至100碼，解析度500碼，可探測110浬內10，000呎高空的轟炸機、75浬內同等高度的戰鬥機、以及25浬內500呎低空飛行的轟炸機。企業同時設有作戰指揮系統的雛型，戰時會派出載有遠端雷達的tbm轟炸機，將其資料傳返艦上處理分析。企業號亦在1945年安裝了初期的電子幹擾系統，可以干擾敵方無線電訊號。[10]
大黃蜂號的艦島近照。1號為mark4火控雷達（fd火控雷達），其底座為mark37射控裝置。約克城號與企業號起初只安裝了mark33射控裝置，其體積令輔助雷達難以安裝，後來企業號亦更換為mark37。2號為ye返航裝置，向友軍艦載機發出無線電訊號，引導返航。3號為sc雷達。起初sc雷達是用作升級cxam及cxam-1雷達，但其效能卻強差人意。不久大黃蜂號便換回cxam雷達。
艦載機與飛行設施
約克城級在服役之初，仍搭載戰前的飛機款式，包括格魯門公司的f2f戰鬥機及f3f戰鬥機、馬丁公司的bm轟炸機（魚雷－俯衝兩用）及諾斯洛普公司的bt轟炸機（俯衝轟炸機）。約克城號與企業號在1941年換上f4f戰鬥機，並在1942年換上sbd轟炸機、tbd轟炸機及tbf轟炸機。較晚服役的大黃蜂號在1942年才換上f4f，並在服役之初使用sbc俯衝轟炸機及布利茲特航空公司（brewsteraeronauticalcorporation）的sbn轟炸機。[11]
由於海軍在1942年初尚未有完善的雷達系統，再加上海軍承襲戰前的攻擊優先戰術，約克城級初期俱以轟炸機為航空團核心。比如在中途島海戰，約克城號、企業號及大黃蜂號分別攜帶了75架、79架及79架飛機，三艦的航空團都是由1支戰鬥機小隊（f4f）、1支魚雷轟炸機小隊（tbd）、1支俯衝轟炸機小隊（sbd）及1支偵察機小隊（sbd）組成。三艦的戰鬥機由21架至25架不等，至於俯衝轟炸機則有37架至38架，魚雷轟炸機13架至15架。瓜島戰役開始後，殘存的企業號及大黃蜂號陸續增加戰鬥機數量，並減少魚雷轟炸機及俯衝轟炸機。1943年晚期，企業號換上f6f戰鬥機，到1944年中，企業號曾混合f6f及f4u戰鬥機，並換上sb2c轟炸機。此時企業號一般會攜帶超過34架戰鬥機、21至30架俯衝轟炸機及14至16架魚雷轟炸機。1945年企業號改裝為夜戰航空母艦，其航空團專門負責晚間及破曉前的戰機戒備。艦載機數量下降至53至61架，並且全由裝設雷達的f6f及tbm組成。[11]
約克城級的機庫彈射器在戰前已經發現效率低下，於1942年中途島海戰後拆除。企業號的艦艏降落設施也因鮮有使用，而在後來拆除。其他飛行設施則未有顯著更動。
防空炮與火控系統
約克城級的1.1吋防空炮及0.5毫米勃朗寧機槍，在建成前有操作問題。1939年海軍武備署（bureauofordinance）已著手處理艦隊防空炮落後問題，並在1940年開始生產波佛斯40毫米高射炮及奧利岡20毫米防空機炮，分別替換1.1吋炮及勃朗寧機槍。1941年建成的大黃蜂號，已將24挺勃朗寧全數更換為單裝20毫米防空機炮；而約克城號在珍珠港事件後於美國東岸更換，然後趕往太平洋；至於企業號則在空襲東京前夕，一次過安裝了32挺單裝20毫米防空機炮，使她的防空火力較同級艦為優。至於波佛斯炮則在聖克魯斯群島戰役前安裝到企業號及其護航艦南達科他號，是企業號得以悻存的其一原因。聖克魯斯戰後，大黃蜂號亦告沉沒，而企業號則忙於戰事而無暇維修。1943年後海軍乘企業號返國大修之機，開始大幅加裝防空炮。到1945年，企業號的防空武器已增為11門4聯裝波佛斯炮、5門雙聯裝波佛斯炮及16挺雙聯裝20毫米防空機炮。[11]
在射控系統方面，約克城號與企業號服役之初，均裝有兩座mark33。mark33是專門為5吋/38炮而設計，相比起上一代手動操作的mark19及mark28，mark33完全以電力運作，以電腦測量距離，可更有效測出飛機的距離及高度。大黃蜂號因較晚服役，故此安裝了較新的mark37射控裝置，其體積較mark33為大，可容納更大的電腦，以提升效能。更有甚者，mark37的電腦及支撐點都在射控裝置下方的甲板，而非裝置內部，使系統有充足空間升級，安裝新式雷達輔助。[12]
mark33及mark37均可安裝輔助火控雷達。1942年美國預備將第一代防空－水平兩用艦炮的fd火控雷達（mark4），安裝到約克城號及企業號，然而約克城號在中途島海戰沉沒，企業號則在稍後裝上兩座，輔助mark33引導5吋炮射擊。大黃蜂號則在試航時已經裝上。fd雷達可偵察12，000碼內5吋炮彈落點，探測到40，000碼內的轟炸機、30，000碼內的戰列艦、20，000碼內的驅逐艦及12，000碼內浮上水面的潛艇，準確度為40碼，解析度400碼。1943年企業號返國大修時，將mark33系統升級為mark37。當企業號在1945年因自殺飛機受創而返國維修時，則將fd雷達換上新產品mark12/22火控雷達，但對即將退役的企業號執勤沒有影響。[12]
最後，約克城級的防空武器亦有另一套射控裝置。起初，約克城級三艦的1.1吋防空炮及勃朗寧機槍，都只能以準星及曳光彈瞄準。1941年三艦安裝了mark44射控裝置，但實際上裝置只是由光學目測鏡組成，防空武器仍然全由人手瞄準。到1943年，企業號安裝了mark51射控裝置，輔以mark14瞄準具。後者由兩個陀螺儀組成，配合簡單電腦運算，以計算出合適的射擊角度及距離，分別用於波佛斯炮及20毫米機炮。[12]
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