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二战日本零式战斗机研发和实战综述

日语:零式艦上戰斗機

六二型零式战斗机

零式舰上战斗机(日语:零式艦上戦闘機,简称“零式战斗机”('零戦' - れいせん、'ゼロ戦' - ぜろせん等),编号“A6M”。在部分中文书籍中称为零式舰载战斗机[2]、零式战斗机[3]、零式战机[注 1])是日本帝国海军的单座型舰载战斗机。作为九六式舰上战斗机的后继机,在第二次世界大战期间是日本海军从1940年到1945年的主力舰载战斗机,从中日战争战场初露头角,直到第二次世界大战结束,整个太平洋战区都可以见其踪影,堪称日本海军二战时间最知名的战斗机。盟军昵称代号为Zeke

零式战斗机是日本产量最大的战斗机,由三菱重工业设计,主要研发人员为该公司的设计主任堀越二郎,并由三菱重工业与中岛飞机两家业者共同生产,总计生产10,449架(一说10,938架),总数中约有2/3为中岛飞机生产。

此款战斗机之所以会取名为“零式”,乃因为当时的军用飞机是采用日本皇纪的后两码来冠名的;而零式战斗机在1940年(昭和15年)正式由日本海军采用时,该年正好是皇纪2600年,后两个数字刚好是“00”而取名。同样以类似方式取名的,还有日本陆军百式司令部侦察机百式重轰炸机。但零式战斗机的水上机种——二式水上战斗机在1942年7月加入服役之后,日本海军便废除了这种冠名模式(例如1942年开始研制的零式战斗机后继机A7M,便取名为“烈风”)。

式战斗机代表第二次世界大战前日本航空工业的最高水准,也是日本海军的象征。1937年5月19日,日本海军向三菱与中岛两家公司提出一个名为“十二试舰上战斗机计划要求书”的舰上战斗机的设计案,准备取代刚刚进入服役的三菱96式(A5M)舰上战斗机。当时两家以“昭和十一年度航空机种及性能标准”进行设计:

机种舰上战斗机使用别航空母舰(基地)用途1.拦截敌军攻击机袭击2.敌侦察机之清除座位1机体特性速度以及爬升力优于敌军的高速飞机,可对对方加以拦截;并且机动性可和敌军战斗机空战的优秀运动性续航力普通满载状态发动机最大出力可续航1小时机枪20mm1-2门。如只装设1门时必须追加7.7mm机枪2门。携带弹药量20mm机炮1门60发、7.7mm机枪1门300发通讯能力电报300浬、无线电通话30浬实用高度3,000-5,000米备注1.离着舰性能良好,起飞长度在合成风力10m/s时必须在70米内2.使用副油箱时飞行时间可到6小时以上3.可持续改良4.必要时可搭载2枚30公斤炸弹

对于战斗机续航力与战斗半径的需求,除了滞空时间以外实际要求规格内还有不得短于各种攻击机的航程的规定,昭和11年时日本海军对于攻击机的航程要求:

  • 舰上轰炸机:高度2,000m、巡航速度160海里以上,航程要求800海里以上
  • 舰上攻击机:高度2,000m、巡航速度140海里以上,航程要求500海里以上
  • 陆上攻击机:满载状态1300海里以上

稍后汇整来自于中国战场的经验和需求,这架战机的设计需求修改为:

  • 最大空速:270节(高度4000米,311 km/h,13125英尺)。
  • 爬升率:爬升到3000米(9840英尺)高度花费9分30秒。
  • 滞空时间:正常出力下可以维持1.5到2小时,经济巡航速率下携带副油箱为6至8小时。
  • 武装:两门20毫米机炮,两挺7.7毫米机枪,并且能够携带两枚60公斤(123磅)炸弹。
  • 航电设备:各种无线电设备,包括定向设备。
  • 起飞距离:在17节顶头风下必须少于70米。
  • 机动性能必须和96式(A5M)舰上战斗机同级

由于这个需求过于严苛,尤其是必须兼顾8小时1300海里以上的续航力与飞机机动性这两项互相冲突的指标,中岛公司在设计阶段放弃竞标,而三菱公司单独进行设计。第一架原型机于1939年3月组装完毕,4月1日于岐阜县之陆军各务原机场进行首次试飞成功,1940年7月开始编入日本海军服役。

各型号之改良进程

随着获取自前线的战训(作战经验教训)与性能提升需求,零式战斗机阶段性地逐次进行改良。最初发动机的换装以一号、二号,机体的修改则以一型、二型之类记法表示,但1942年夏季因为海军要求各厂统一次型号命名法,而以连续两位数(前面的数字表示机体的修改次数,后面的数字表示发动机的换装次数)表示,故先前的一号一型/一号二型改称为一一型/二一型,暂称为'二号零式战斗机/二号零式战斗机改'的新型零式战斗机,之后则依此规则定名为三二型/二二型。

随着战局演进在零式战斗机上的变更细节增加,军方为避免混淆而规定在两位数字之后以甲/乙/丙之类的追加序号表示武装与装备的变更。因两位数字分别表示不同的改装状态(即二一型并非第二十一种零式战斗机改型、五二型并非第五十二种零式战斗机改型…),故正确念法为按照字面的'二一型''五二型'而非'二十一型''五十二型'。

如下所示,伴随着改良的型号、发动机、主翼型态、各类装备的变迁。虽然大致按照时间与系列演进,但也有例外。例如事实上四一型的规划与五二型是处于同一时期、而'二二型'型号在'三二型'之前,实际上却是保留三二型发动机但将机身换而二一型组态、在三二型之后的改型。另外受限于表格的表现能力,无法将所有时期各生产厂商甚至前线改装的全部改装细节都完全网罗:如五二型乙机鼻内7.7mm机枪与13.2mm机枪并存的状态、或前线将五二型丙列为标准装备的武装或防弹装备又卸除的作法…等。

十二试舰上战斗机(A6M1)

零式战斗机原型机,前两架使用三菱自产的'瑞星'一三型发动机,离升输出780匹马力,定额高度输出800匹马力(稍后在受测阶段中提高至875匹马力),初期采用双叶螺旋桨,在测试中更换为三叶可变螺距螺旋桨。原型机于1939年3月完成,4月首飞,由于前两架原型机三菱坚持使用自产引擎的结果是性能未达指标,因此从三号原型机起海军审查部强行责令更换成中岛荣一二型发动机(一级一速增压,定额高度输出950匹马力)。[注 4]

零式战斗机一一型(A6M2a)

中国上空的零式战斗机一一型

由于三菱的瑞星引擎表现不如预期,从零式战斗机三号原型机后更换为中岛荣发动机,搭载了荣一二型引擎的试制零式战斗机在后续审查一举达成了几乎所有项目的性能指标,发动机的争议自此拍板定案。加入3号原型机到8号原型机等6架,此型零式战斗机共生产64架。

1940年7月,从9号机后的15架零式战斗机一一型进驻中国汉口机场,最终有40架零式战斗机一一型进驻当地,在汉口当地调整后正式命名为“零式一号舰上战斗机一型”,简称零式战斗机一一型;虽然定名叫舰上战斗机,但并没装上航空母舰降落所需的尾勾,仅能作为陆基战斗机使用,实际定义上是偏向普通战斗机。

原本日本海军将零式战斗机派驻到中国战场的目的是以机场防卫为主,但是零式战斗机的航程正好提供重庆轰炸的海航轰炸机最好的掩护。8月19日,12架零式战斗机一一型为30架轰炸重庆的九六陆攻护航,次日,零式战斗机一一型同样为50架轰炸重庆的九六陆攻护航,中国空军为保存实力也未接战,令身负零式战斗机实战验证职责的日本军方大失所望。9月12日,12架零式战斗机又飞至重庆上空搜索,仍未遭遇中国战机,接战不成的日军飞行员愤怒地用机枪向中国机场扫射。

9月13日,13架零式战斗机在诱战失败准备回航之际,突然收到中国空军的I-15和I-16准备降落的消息,渴望实战的日军零式战斗机机群立即折返回战区攻击中国战机。由于双方机种性能已达世代级数差距,中国空军人员训练与后勤条件亦不如人,经历一番苦斗之后蒙受惨重损失而且战果甚微。日方宣称击落27架中国战机而己方无一损失(此次出战的中国空军为25架I-15与9架I-16,有24架中弹或是遭击落,虽然实际数字有些微出入,仍不改其压胜结果)。

后续中日仍发生数场空战,零式战斗机的压倒性优势依旧,这让日军在1942年以前以零式战斗机取得中国战场的制空权。当时仍为航空委员会顾问的陈纳德虽然很快地向美军提出报告警告日军新锐战机的压倒性能,但当时美军并未认真看待。

自零式战斗机二一型(A6M2b)开始零式战斗机在机尾加上着舰钩与远航必须的无线电定位设备,成为真正的舰上战斗机。日本空母的升降机仅比零式战斗机一一型的12米翼展稍宽,一旦有运送疏失很容易让机翼受损;考量空母上运作的便利性是设计舰载机时必须考虑的要项之一,崛越团队的解决答案是将两侧的弧形主翼翼端重新设计成能以人力向上折起50公分的形式,以利于舰上作业。此型号称为零式战斗机二一型,也是日本海航初期的舰载主力战斗机。拥有著名的坂井三郎、西泽广义、笹井醇一等功名显赫王牌的台南航空队,最辉煌的时期也是以本机作为主力。

太平洋战争初期,日本海军有300架零式战斗机,其中有250架用于太平洋战区,全部是零式战斗机二一型,参与了偷袭珍珠港和菲律宾攻略战等战役,到1942年时零式战斗机21型三菱生产了740架。中岛生产了2,821架,可以说是太平洋战争前期的当家台柱。那时的同盟国因准备不足,也缺乏对零式战斗机特性的正确分析,因此采用错误的一战体系空战战术导致接连惨败,因此可以说正因为零式战斗机二一型的活跃造就了不败的零式战斗机神话,其明灰色(今日考证为饴色)涂装也成为零式战斗机神话的象征。盟军自此型零式战斗机开始称其为'Zeke'而对之投予高度的敬畏,并将此代号沿用至往后所有的零式战斗机系列。

零式战斗机的优势与弱点

零式战斗机曾在第二次世界大战初期产生零式战斗机的神话,被视为不可能被击败的无敌战机。这个神话的产生源自多种因素。

  • 西方国家当时普遍不相信一个东方国家制造的战斗机性能可以达到一个超过他们想像的水准。
  • 虽然陈纳德已把有关零式战斗机的性能情报交给美国,但却未受到美国军方重视。[注 15][6]
  • 初期与零式战斗机遭遇时,飞行员普遍使用错误战术,以及受到经验不足的影响。而这也与盟军将太平洋战区视为次要战区的态度有关。
  • 战争初期,日本海军航空队的飞行员训练扎实、实战经验丰富。

重新涂上美军机徽并接受飞行测试的零式战斗机二一型

1942年6月3日,一架由龙骧号航空母舰起飞去攻击阿留申群岛的零式战斗机二一型,因发动机故障而在阿克丹岛迫降不幸翻覆,飞行员古贺忠义死亡但飞机本身却奇迹似地无甚损伤。五周后被美国人发现,1942年8月该机被送往圣地亚哥北岛基地做了一系列的飞行测试,结果发现:

零式战斗机的主要优势

  • 非常低的负荷、失速特性良好、低速下的操控反应极端灵敏。这是由于航舰起降安全所需,并基于当时日本极端重视水平回旋能力的思想所致。以上诸多特性成就零式战斗机极为优异的水平面回旋能力。无论回旋半径或是回旋速度,都超越盟军当时参战的主力机种。该机优异的水平面回转能力,令盟国飞行员很难从后紧贴零式的航道从而获得开火的机会;反之,零式战斗机出众的回旋能力令零式战斗机在初期的近距离空战中经常处于优势。
  • 相较于同时期战机相比不可思议的极远航程。
  • 中高度以下良好的爬升率。瞬间爬升率几乎媲美特技机。即使被咬尾,一两个翻飞后就可能将情势逆转从而反咬敌机。
  • 作为舰载机而言,相当良好的全向视野。[注 16]
  • 以同时期的战机而言算是比较早搭载20mm机炮的机种。对早期防弹相关设备不完备、结构也并不强韧的各国战机而言,该口径等级的火力非常具有威吓性。
    而且将单发轻型战斗机击落四发重型轰炸机的可能性大大提高。
    这等火力是同一时期较零式战斗机更为机敏,但武装只有两挺机枪的一式战‧隼所难以迄及的。
  • 太平洋开战当时,以空冷引擎搭载机而言非常干净漂亮的气动外形,以及相当低的阻力。(阻力系数0.0234、综合阻力面积0.525㎡)
    这不仅利于以较低马力达成较高速度,对巡航的燃费经济性也有好处。
  • 开战初期仅次于一式战‧隼而胜过几乎所有对手的初始加速性。面对极速高于自己的对手,也往往有机会在对方达到高于自己的速度之前将之捕捉并击落。

零式战斗机的主要弱点

  • 因为设计上要求低翼负荷,飞机重量必须刻意降低,导致结构强度不足以适应高速下大幅度动作产生的应力,原型2号机便遭遇俯冲超限翼梁与主翼外板无法承受负荷导致结构解体的情形,这问题在量产机上仍有类似状况。虽然日军很早就知道问题,也试图对机体结构进行强化修改,然而零式战斗机与西方国家战机相比高速俯冲下强度与操控性弱于对手的问题自始至终就没有获得实质上的解决过。另外,结构强度不足同时也更为恶化零式战斗机本身差劣的抗战损能力。
  • 日本的发动机技术不如其他航空先进国,使得零式战斗机的飞行性能必须靠近乎偏执地削减机体重量来达到,恶化前一点提到的结构强度、防御力问题。
  • 出于极端重视低速格斗战能力的代价,零式战斗机的控制面在高速下很难改变角度,致使综合速度的运动性能反而最差,这问题从大约220mph(354km/h)的空速开始浮现,一旦超过300mph(483km/h)的空速后,操纵杆需要施加非常大的力量方能移动。依据某些零式战斗机驾驶员的实战证言,超过500km/h时的杆力大到需要两手 +一腿的程度才能扳动。也就是说,中高速度范围下的运动性能明显劣于同速度等级的盟军战机,而后期面对更高速等级的新一代英美战机时差距更是大到绝望的程度。
  • 无线电通信品质不佳,有驾驶们为了减轻重量会干脆拆掉无线电改用手势沟通;无论是前者或后者皆缺乏灵活、即时且精确指挥中队执行团体战术的能力。
  • 油箱缺乏被枪炮命中时抗燃的设计,而且驾驶座对枪炮子弹可说是毫无防护力。[注 17][注 18]
  • 战争后期,美国已找出抗衡零式的战法,以“一击脱离”或“萨奇剪”等编组方式取代单纯的循环缠斗,让俯冲速度不佳、滚转率差、缺乏可靠无线电、防护能力又差的早期零式战斗机难以与之抗衡

零式战斗机武装弹道对比

  • 早期零式战斗机的99式20mm机炮的炮口初速低导致有效射程短、贯穿力不足,弹道弯曲又散射,连射性也差,实际上有效射程比美国的0.50英寸重机枪还短得多。

加上弹药基数少(早期型的九九式一号炮每门只有60发),对经验较少的飞行员来说只够一到两个长点射,还在摸索前置量时弹药已然耗尽,实战效果极低。而一旦20mm炮耗尽,飞行员就只能依靠机首的7.7mm机枪,偏偏此枪口径与威力太小,无法穿透许多战机的装甲板,甚至难以伤及结构,需要非常高密度与长时间的命中方能生效。而7.7mm机枪与20mm机炮两者的弹道与初速亦相差甚远,除非抵近至百米以内距离开火,否则枪炮齐发时两者只有其一能命中。这对新手飞行员而言很难捉摸射击手感,即使是如坂井三郎之类射击技术超群的老练飞行员,对九九式一号炮差劲的性能也仍是多所抱怨。

中后期型零式战斗机改搭载提高初速藉以改善贯穿力和弹道特性的长炮管型九九式二号炮,弹药基数也经历了两次提升(60→100→125 ),飞行员们欢迎这项改变,但发现在零式战斗机上使用新款机炮射击时弹道发散的问题依旧严重。这是肇因于零式战斗机主翼结构太弱导致抗挠性也差,在承受机炮等级的后座力时无法将炮身稳定,因此导致弹道发散问题。虽然零式战斗机在改进途中曾试图强化主翼,但高初速的九九式二号炮也增加了后座力,两相抵销之后此问题直至最后依然无解。

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