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风雷云雨电:二战日本“雷电”战斗机开发沿革(一)
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2022.07.03 河北

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写在前面:总编“战列驱逐舰Poi”有话说:

由于整篇内容过长无法一次全部呈现,特分多篇详细阐述。而此篇文章主要阐述了日本二战期间的“局地战斗机”概念因何诞生,又如何发展。围绕第一架局地战斗机——“雷电”,本文将从它的概念诞生到实际落地介绍该机的开发过程。

注:本文原作者为本公众号总编“战列驱逐舰Poi”,经主编“毛豆123”修改后刊登至本号上进行连载,本文所得一切打赏将转交其本人,感谢大家的支持。

▲现存的雷电二一型(J2M3)战斗机,位于美国加利福尼亚州奇诺的名机博物馆。(Planes of Fame Air Museum)

▲现存的一架“斯勃”2M-100A轰炸机,摄于俄罗斯莫尼诺中央空军博物馆。


何为“局地”战斗机?

“局地”战斗机中的“局地”一词为日文原词,其意思为“有限的区域和土地”。“局地战斗机“”这一概念自然可以理解为“在有限区域内使用,以基地防御为主要任务的战斗机”,也可以理解为“拦截机”。日本海军提出的,在陆地机场起降的“局地战斗机”这一概念,要追溯到1937年12月期间的南京保卫战

当时,趋于劣势的中国空军在接受了苏联军事顾问团的指导,采用高速双发轰炸机实施“一击脱离”战术。使日军航空单位频繁遭受损失。苦于此战术的日军,认为必须研究出一款能够截杀敌方高速轰炸机的新式战机。

然而,当时日本的新型舰载战斗机——“九六式”舰载一号战斗机的最高速度也不过405千米/时,即使换装了「寿」40型系列发动机的“四号舰战”,其速度也仅仅停留在440千米/时,这样的“蜗速”很难追上苏联的“斯勃”轰炸机。当时的日军可谓手无缚“机”之力,除了坐视己方航空兵一系列损失数字外,别无他法。

▲于中国上空飞行的第12航空队九六式四号舰战,型号为A5M4。

▲全面抗战初期,苏方曾向我国空军移交过一批SB-2-M-103型轰炸机(该机编号36),用于对抗日本侵略者

1938年,匆忙之下的日军决定购买德制“亨克尔”He-112型战斗机,希望这架时速高达500千米/时的高速战斗机能够胜任拦截苏联轰炸机的任务。虽然与德国签订了30架的购买合同,并附加1架相当于HE112A的样机,然而,由于德方问题,实际交付需要相当长的时间。此外,其后日方也证明此飞机性能上也明显不能符合海军对战斗机的要求。发觉购买德制飞机不过“饮鸩⽌渴”后,日本开始了属于自己国产拦截机的研发,也就是随后的“局地战斗机”概念。

▲上图中有两架He-112型战斗机,为日本引进版本。从这张图也可以看出它对Ki-61“飞燕”设计影响之深。


从无到有,摸索中诞生的“新概念”

1938年9月30日,横须贺海军航空队司令向军令部副部长的致信中,添加了至今尚未存在的“局地战斗机”这一项目,其用途仅记载为“拦截以及击退敌攻击机”。

主要技术要求为“速度以及爬升性能优秀,适合拦截攻击机的拦截任务”、“尽可能提高空战性能”。对于续航能力则要求为“高出力下一小时”“携带附加油箱时巡航时间达到5小时以上”。

航炮方面,军方计划使用1938年时关注的,相较20毫米机炮更加轻量化,可携带大量弹药的13毫米航空机枪。因此,最初计划在机身安装两挺7.7毫米固定机枪,主翼安装两挺13毫米固定机枪。该火力配置也与“航空机种及性能标准案”中对舰载战斗机的要求相同,海军高层认为,如此火力能有效地击落敌方高速轰炸机。

▲上图中提及的2式、3式均为13毫米口径机枪,3式机枪后来也装备在零战五二型乙、丙等“零战”后期型号上。从这张图可以明显看出其尺寸优势。此外还有日军仿造厄利空(Oerlikon)的九九-1型及九九-2型机炮,中间的14式“试制机炮”的尺寸突出,显得格外突兀

相比舰载战斗机,初期“局地战斗机”的这一概念更加追求速度与爬升,但代价是格斗性能的下降以及略微缩短了续航距离。但这也恰恰证明,“局地战斗机”是一种在飞行性能上更追求速度的战斗机。

对局地战斗机的要求性能做出若干修改的,是次年(即1939年)提出的“航空飞机性能标准(草案)”(1939年2月军令部下发)。在此项草案的推动下,五个月前仍然定义不清的“局地战斗机”概念,如今正渐渐变得明朗。

在此文件中,除了最高速度被明确规定为350节(648.2千米/时)外,有多种武器搭配方案记载其中。包括:

20毫米机炮两门(若为轴炮时改为一门),7.7毫米机枪两挺;

13毫米机枪两挺,7.7毫米机枪两挺;

7.7毫米机枪4挺这三种武器方案。虽然有关“局地战斗机”的武器配置至此大部分已经明确,但日方认为,20毫米机炮采用轴炮形式安装的可能性仍值得关注。


对“机鼻轴炮”的执念

日本人为何会对机鼻轴炮产生了执念般的兴趣?是认为一切都该向德国人看齐,还是说机鼻轴炮可以避免翼炮产生的弹道交汇问题?笔者也不得而知。

无论如何,从整体上看,日本人就是因为纠结这一单项技术,足足浪费了3年的开发时间,导致在航空发动机的开发进度上远远落后于欧美。

▲德制戴勒姆-奔驰DB605发动机实物。注意中间发动机轴为轴炮预留的中空部分。

测试显示,气冷星型发动机的螺旋桨轴内开火较为困难,至少要采用液冷直列型发动机,才能满足安装轴炮的条件。所以,新型的“局地战斗机”当时能采用的备选发动机只有戴姆勒-奔驰DB600和DB601A两种进口货。

在日本海军准备将DB600系列发动机进行国产化(即“十三试 Ho”号)的同时,中岛飞行机与三菱重工接到命令,对倒立V型12缸气冷及液冷共四种发动机进行样机试作(十一试)。以上全部发动机,均为适配机鼻轴炮为目的的试验发动机,而在日本海军战斗机使用的一系列试制发动机中,从“十试”气冷600马力发动机而订购的14缸星型气冷“荣”型发动机到“十五试”的ru号发动机(可以理解为前者的18缸版本,也就是后来的“誉”型发动机)的这段时间里,也曾有研究过将其适配机鼻轴炮的计划。

然而,这些计划未能赶上适配轴炮螺旋桨的试制研发。除了“十三试Ho”号发动机之外,中岛和三菱被要求停止全部的倒立V型12缸发动机的研发。

然而,这些计划未能赶上适配轴炮螺旋桨的试制研发。除了“十三试Ho”号发动机之外,中岛和三菱被要求停止全部的倒立V型12缸发动机的研发。

▲日本中岛“荣”型发动机结构示意图。其研发一定程度上参考了英方的布里斯托尔“木星”式9缸发动机。

▲日本中岛“誉”型发动机实物


由液冷走向气冷,一切推翻重来

对军方来说,没有能装备海军各式轴炮用发动机机体的情况下,毫无目的地研发并无意义。不过,雷电的原型机——“十四试局地战斗机”的试制计划,是在实际下单订购之前就由海军航空本部向三菱重工发布的内部指示,其概要指示为计划装备DB601A发动机的高速战斗机。三菱公司试作中的“十二试舰载战斗机”于1939年春完成了一号机并开始试飞。

根据三菱重工的内部资料,从航空本部得到内部指示的“局地战斗机”也将根据近战考虑改为舰载战斗机,但从实际完成的“雷电”的性能来看,此举较为困难。不过,这也曾侧面证明了该机优越的性能,以至于航空本部从雷电设计之初就打算改为舰载机。它是在零战基础上进一步优化了空气动力学,且是一款装备液冷发动机的高速战斗机,所以军方才有考虑将其转为舰载的方案

在三菱重工名古屋飞机制造厂,这架“局地战斗机”的主设计师堀越二郎也将这样的机体视为“理想机体”。对堀越二郎而言,液冷高速战斗机的设计任务,是他盼望已久,能够大展身手的机会。

▲堀越二郎团队与他们的杰作——“十二式舰载战斗机”,也是“零战”的原型机。照片中间为堀越二郎,摄于1937年7月

大力投入技术开发的同时,海军也对这样一架可以再次“超英赶美”的轻型高速战斗机报以期待。

然而,1939年9月爆发的第二次世界大战如同晴天霹雳一般,使整个“局地战斗机”计划遭受沉重打击。从德国远渡重洋而来的DB601A发动机,也因盟军的海上封锁变成了稀有物,同时,能提升此发动机性能的关键技术情报也受制于封锁面临断绝的风险。此时,原型机采用的发动机仅通过了耐久性测试条件,除非后续实际发动机到货,否则根本无法满足海军的需求。

考虑到完全依赖德制发动机这一点,军方在审议会上认为,必须从发动机的选用开始重新考虑整个计划。

1939年末,日本海军在“十四试局地战斗机”发动机的选用上可谓下足功夫。直到1940年1月11日终于作出决定。使用“十三试He”号发动机,即“火星”发动机。

将装备液冷发动机,正面投影面积较小的高速飞机换装大直径的气冷发动机需要重新进行基础研究,这是一项非常消耗时间的工作。举例来说,日本陆军的五式战斗机就是一个典型的反面教材。它就是将准备搭载液冷发动机的Ki-61“飞燕”直接换头,强塞上“金星”气冷发动机,导致了性能方面产生了诸多问题。而这一突然的改动,对三菱重工、川西航空机而言都是非常大的负担。

▲装备“金星”六二型发动机的五式战斗机。其发动机直径1.24米,但机身宽度只有0.84米,左右之间多出了0.2米的间距

▲现存于英国皇家空军博物馆的五式战斗机。从前方也可以明显看出发动机与机身的巨大差距,其糟糕的气动外形也是让人“过目不忘”

当时的日本海军,采用的是“两手抓”的策略。一边是三菱重工设计的“高速截机战斗机”、一边是川西航空机在1936年开始受命进行基础研究的“高速水上战斗机”(也就是后来的“强风”水上战斗机),两机种都决定装备最初为“陆上攻击机”准备的1500马力的大起飞功率,但直径有1.34米之大的“火星”发动机。川西航空机奉命开发的“高速水上战斗机”原型机和“十四试局地战斗机”一样,都曾设想过安装DB601A发动机。但德制发动机的断货,使得两公司被迫重新设计整个机身。

   (未完待续)

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