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2 水上戦闘機「強風」

　九七式大型飛行艇をものにし、続いて十三試大艇（のちの二式大艇）を開発中の川西航空機に、海軍は別の系列の一連の高速水上単葉機の設計を発注した。
　昭和十四年（一九三九年）の十四試高速水上偵察機「紫雲」（Ｅ15Ｋ）と昭和十五年の十五試水上戦闘機「強風」（Ｎ1Ｋ）がそれで、ともに水上機でありながら陸上戦闘機に劣らない高速の要求があった。
　「紫雲」と「強風」は、ざっと一年違いで設計に入ったし、偵察機と戦闘機、複座と単座という違いはあったものの、高速単葉水上機という点では共通していたから、技術的には似かよった点が多く、いわば「紫雲」は「強風」の先行試作のようなところもあった。

川西航空機（現新明和）は水上機を得意とする会社で、当時納入していた、四発の九七式飛行艇二三型（左）と二式飛行艇一一型（右）

　菊原静男、足立英三郎、馬場敏治、井上博之、小原正三、徳田晃一、大沼康二ら、いずれも、新しいものに食いついてゆく技術者魂の豊かな人たちだったから、水上機でありながら敵戦闘機より優速であることを望む海軍の要求に燃え、高速を実現するために考えられる、あらゆる技術的手法を、この「紫雲」に盛り込もうとした。
　「紫雲」に対する海軍の要求は「敵戦闘機制空権下における強行偵察が可能」であることだったから、高速を得るための第一条件として、エンジンのパワーはできるだけ大きいことが望ましかった。
　重量も当然、戦闘機より大で、空気抵抗の大きなフロートをつけて、艦上あるいは陸上戦闘機を上回る高速となれば、当然のことながら零戦（当時はまだ試作機で十二試艦戦と呼ばれていた）などより大きなエンジンを必要とした。
　当時、仮想敵だったアメリカでは、すでにライト「デュプレックス」サイクロンやプラット・アンド・ホイットニー「ダブルワスプ」など、二〇〇〇馬力級エンジンが実用化の域にあり、二〇〇〇馬力級エンジンつき戦闘機のさきがけとなったヴォートＦ4Ｕ「コルセア」やリパブリックＰ47「ザンダーボルト」などが試作の段階にあったが、わが日本にはまだ二〇〇〇馬力エンジンは影も形もなかった。
　やむを得ず、どちらかと言えば爆撃機向きで直径の人きい一四五〇馬力の三菱「火星」を採用し、機体の形状を空気力学的にリファインすることによって空気抵抗を減らすようにした。

「紫雲」一一型　二枚羽のプロペラが二重になっている、二重反転プロペラの機構がよくわかる

2 新機軸もりこんだ設計 top

　たとえ一四五〇馬力とはいえ、日本の少型単葉機として初の大出力エンジン装備であるため、この馬力を吸収すると同時に水上滑走の時のトルクによる偏向の癖を打ち消すため、前が右回転、後が左回転する、日本で初めての二重反転プロペラを採用した。

水上偵察機「紫雲」一一型　左は中央の主フロートと左右の補助フロートでの着水、右は補助フロートを引き込んだ状態

　主フロートは前後に細長い断面の幅広の支柱一本で支える簡単な構造で、緊急の場合は支柱の付根から切り離して投下し、重量と空気抵抗をへらして速度を増大するようにした。
　この場合、着水は胴体着水となり、乗員だけを救出するよう計画されていた。
　補助フロートは、これもわが国で初めての翼端引込式が採用された。
　といってもうすい主翼に厚味のあるフロートはおさまりきれないので、Ｖ形底をもつ下半分は軽合金製だが、上半分はズック製の気嚢式で、引出時にはポンプで空気を送りこんでふくらませて浮力を与え、引込時には空気を抜いて下半分だけが翼下面に密着した形で残るという凝ったものだった。
　しかし、実際には予想したほど空気抵抗減少の効果は見られず、しばしば滑水中に引っ込んで転覆事故を起したりした。

高速機ということで、主翼断面には、これもわが国初めての試みというべき層流翼を採用した。 　当時、高速機用の翼型として層流翼が、ようやく注目され初めていたが、菊原技師は同窓のよしみで東京帝国大学付属航空研究所の谷一郎教授に頼んで、高速でも摩擦抵抗の少ない層流翼の研究結果を送ってもらい、それをもとにして翼型を設計した。 　「層流翼については、アメリカのＮＡＣＡ（国立航空研究所、いまのＮＡＳＡに相当する研究機関）が、早くから系統的な研究をはじめ、第二次大戦の始まる少し前、その年次レポートにデーヴィスという人が、短い論文を発表している。 　しかし、従来のものに較べて、摩擦抵抗が三〇パーセントから四〇パーセントも小さい翼型というだけで、どんな内容のものかは発表されなかった。 　私が谷君に層流翼の研究を依頼してから二、三年たった頃、彼もその記事を見て、それなら俺のところで造ってやろう、と決心したらしい。 　谷君は、その結果を航研レポートに、次々と発表したが、アメリカ側は、こんなにいいものを敵方に知られては損だ、と戦後まで発表をおさえていた。 　戦後、谷君がアメリカに行って当時の関係者に会ったら、君が日本でどんどん発表しているので、こちらはヒヤヒヤしていたよ、と大笑いになったという。 　その内容は日米ともにほとんど同じもので、ただアメリカ側が大きな風洞設備をもち、豊富な実験データをもとに研究を進めることができたのに対し、設備の貧弱だった日本では、もっぱら計算だけに頼らなければならなかった点が違う」 　菊原氏の語る日本における層流翼開発のエピソードだが、谷教授の一連の層流翼型は一般にＬＢ翼とよばれた。

層流翼について 　翼の表面の空気が流れるきわめて薄い部分を境界層といい、境界層は後ろにいくほど発達して層が厚くなる。 　薄い部分では断面Ａ-Ａのように流れは整然としているが後方にいくと境界層が厚くなるとともに流れに乱れが生ずる。 　これを乱流といい、揚力が減るだけでなく空気抵抗（主として翼表面の摩擦抵抗）がふえる。 　そこで翼表面の境界層をできるだけ長く層流の状態にとどめておく目的でつくられたのが層流翼で、翼型の前部をとがらせ、最大厚さの位置はふつうは翼弦長の15〜20％ほどなのに対し、40〜51％、つまり真ん中近くまで後退している。 　層流翼型の効果があるのは翼表面のなめらかさが前提で「紫電」改の表面仕上げはかならずしも上等ではなかったから、効果はかなり減殺されたのではないか。

　その意味は層流境界層つまり Laminar Boundary Layer の頭文字をとったもので、同時に東大のスクール・カラーである Light Blue の頭文字でもあった。
　武装は後席の七・七ミリ旋回機銃一挺で、陸軍の司令部偵察機と同じく、高速によって敵戦闘機の追撃を振り切る方針だった。
　こうして、数々の新しい試みを投入した「紫雲」は、技術者たちの意気ごみばかりが先行して、彼らの（会社の）実力が伴わず、二年以上もかかって太平洋戦争が始まる直前の昭和十六年（一九四一年）十二月五日に、やっと初飛行に漕ぎ付けた。

3 水上戦闘機「強風」 top

　水上戦闘機「強風」の方は「紫雲」より一年ちょっと遅れてスタートした。
　当然のことながら、先行した「紫雲」の経験をとり入れ、技術的にも外形的にも似かよった設計となった。
　日本海軍が、世界にも余り例のない水上戦闘機という機種の試作を思い立ったのは、石油をはじめとする南方資源を確保するための戦争を予想し、基地航空兵力や数少ない航空母艦を使えない場合の上陸作戦の支援用に、飛行場ができるまでのつなぎとしての制空権の確保が狙いだった。
　「紫雲」と設計上で大きく違うのは、二人乗りの「紫雲」に対して一人乗りの戦闘機であるため、機体の長さと翼幅がひと回り小さくなったこと、主翼の取付位置が低翼から中翼になったこと、主フロートを緊急投下式ではなく完全固定としたことなどで、「火星」エンジンと二重反転プロペラ、翼端の半引込式補助フロート、層流翼などは「紫雲」の技術を流用することにした。
　試作機をつくる段階では、機構的な繁雑さをさけるため、二重反転プロペラは一号機だけで、二号機以降は延長軸式のシングル・プロペラとなり、引込式の補助フロートは重量増加や整備の繁雑さなどから計画だけに終った。
　そのかわり、戦闘機として格闘性能をよくするため空戦フラップを装備すること、武装を主翼内二〇ミリ二、胴体内七・七ミリ二に強化することなど、新しい要素が加わった。
　全く新しい機種、しかも四発大型飛行艇をやっていた川西の戦闘機とあって、海軍はいささか心もとないと思ったのか、このころ新鋭艦上戦闘機として生産に入ることになった零戦を水上戦闘機に改造することを、中島飛行機の海軍機設計部門に命じた。

5 「強風」一号機、初飛行 top

　中島の試作機に約四ヵ月遅れの昭和十七年四月、「強風」の第一号機が完成した。高速水偵「紫雲」をひと回り小さくしたような「強風」は、よく似た形をしていたが、「紫雲」の不具合の様子を見て補助フロートの引込機構と上半分をズックの空気嚢とするフロート構造は、設計途中から中島と同じ一本支柱のすっきりした固定浮舟に変った。
　初のテスト飛行は五月六日、会社のテスト・パイロット乙訓（おとくに）輪助操縦士によって行なわれたが、前が細いＶ字型、後は幅広のＩ字型で張線なしというシンプルな支柱のフロート、二重反転のために大きく突き出たスピンナー、胴休が砲弾のように見える「強風」が水を蹴って飛び上がった時は、こうした経験には慣れている関係者たちも、一様に喜びの声をあげた。

全幅　12m　　全長　10.59m　　自重　2,700kg　　全備重量　3,500kg エンジン　三菱「火星」一四型　空冷二重星型14気筒　1460馬力（離昇） プロペラ　定速三翅（直径3.1m)　最大速力　489km/時／5700mで 上昇力　4,000mまで4分11秒　　実用上昇限度　10,560m 航続距離　1,060km   武装20mm機銃×27.7mm   機銃×2　爆弾30kg×2

6 問題の二重反転プロペラ top

　プロペラそのものは、たがいにトルクを打ち消すように反対側に回るので、水上で滑走中に機体が片側にかたよる癖がなく、操縦性、安定性も悪くなかったのだが、二重反転機構のギア・ボックスからの油漏れが絶えなかった。
　油漏れは日本の飛行機に共通する欠点だったが、プロペラ機構からの油漏れは、オイルが風防ガラスに付着して、外が見えなくなってしまう恐れがあった。
　二重反転プロペラのもう一つの欠点は、プロペラ・ピッチの変節機構が前列プロペラにしかつけられないことだった。
　後列プロペラは、前列プロペラ軸の外側の筒状の太い軸に取付けられているので、変節機構なしの固定ピッチで、二列あるプロペラのうち前列しかピッチ変更ができないという変則的なものだった。
　結局、技術的な欠陥からせっかくの二重反転プロペラも一号機だけで終り、二号機からはエンジンも二重反転プロペラつきの「火星」一四型から通常の一重三枚プロペラ用の「火星」一三型に変えた。
　先行していた高速水偵「紫雲」は、そのまま二重反転プロペラを続行したが、当時は世界でも余り実用化された実例はなかった。
　二重反転プロペラの採用は、元々大出力エンジンによる強いプロペラ後流が、ねじれながら吹きおろして、尾部を左から叩くことによって起る左旋の傾向を抑えるためだった。
　これは風洞実験でもわかっていたことなので、普通のプロペラにかえた二号機以降では左旋が心配されたが、実際にはそれほど強くあらわれなかった。
　だが、全くなかったわけではなく、離着水、特に着水時のアプローチのむずかしさは、最後まで「強風」についてまわったようだ。
　この傾向は、ほぼ同じ機体で、しかもさらに大出力エンジンをつんで陸上戦闘機とした「紫電」にも受けつがれたが「紫電」の次の「紫電」改では胴体の設計を根本的にやりなおし、胴体を延長するとともに方向舵を下まで延ばすことにより解決した。
　胴体前方、肩口あたりに七・七ミリ二、左右両翼に二〇ミリ各一、合わせて四挺の機銃を装備した「強風」は、高度四〇〇〇メートルで二六六ノット（時速四九二キロ）という、実用水上機としては画期的とも言える最高速度を記録した。
　「紫雲」も「強風」も、新しい企画に対して、余りにも新機軸を欲ばりすぎ、川西の設計や現場の技術もアイディアに追いつかないこともあって、テスト中にしばしば事故を起した。
　「紫雲」は、初飛行のときフラップの故障で転覆大破したあと、翼端フロートの作動不良による事故が何度も起ったが、昭和十七年中には何とか四機を海軍に引き渡した。

7 前線の水上戦闘機 top

　平時と違って戦時には拙速を尊ぶ。
　不具合があるとは言っても、二三五ノット（時速四六九キロ）の高速は魅力だったので、海軍は「大淀」級の航空巡洋艦に搭載する最前線の強行偵察用として採用を内定し、昭和十八年中に八機、十九年初めに二機の増加試作機が引き渡された。
　試作一号機を含めると合わせて一五機が造られたことになるが、昭和十八年に実用試験のためパラオ基地に配備された六機は、短期間にたちまち全機が消耗してしまった。
　いざという時に、抵抗をへらして速度を増大させるための主フロートの緊急投下装置は、前後二ヵ所のフックでとめる簡単な機構であったが、作動が不確実で飛行試験では、ついに投下することはなかったようだ。
　実戦でも、おそらく主フロートの投下がうまくゆかず、増速がきかないまま敵戦闘機の餌食になったものと思われる。
　その後の「紫雲」の活躍は明らかでない。

　「紫雲」は、一応昭和十八年に「紫雲」一一型（Ｅ15Ｋ1）として制式採用になったが、「強風」も試作二号機が着水時の事故で破損沈没するなどしてテストは予想外にのび、「強風」一一型（Ｎ1Ｋ1）として制式採用になったのは、戦局が企画当時とはすっかり変ってしまった。
　昭和十八年末だった。
　それでも、テストと並行して少しずつではあるが生産が進められ、この年だけで六五機が海軍に引き渡されて実戦部隊に配備された。
　その一つが、ボルネオ占領地域のバリクパパン防衛だった。
　ここは豊富な油田地帯で、しばしば連合軍側の空襲の目標になり、「強風」は来襲する四発重爆Ｂ24やオーストラリア空軍機、イギリス太平洋艦隊の空母搭載機などに立ち向かったが、戦果の方は不明である。
　もう一つは、日本本土防空戦で琵琶湖畔の大津水上基地に配備され、アメリカ空母から発進したＦ4Ｕ「コルセア」やＦ6Ｆ「ヘルキャット」などと対戦したが、空気抵抗が大きいフロートつきでは、しょせん本職（？）の戦闘機の敵ではなかったようだ。

　「強風」は、いまアメリカ西岸のウイローグローブ海軍基地に「紫電」改や「天山」艦上攻撃機などとともに展示されているが、部分的な破損や変形はあるものの程度はかなりいい状態である。
　川西で昭和十七年が三機、十八年が六五機、十九年が二九機の合計九七機が生産され、十九年三月の一〇機を最後に生産中止となった。