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3 独創的な設計技術

　日本の戦闘機パイロットたちは格闘戦を好んだ。
　ちょうど二匹の犬がからみ合う形に似ているところから、イギリスでは「ドッグ・ファイト」とよんだが、日本ではむしろ剣客どうしの真剣勝負的な感覚が強かったようだ。
　だから、造られる戦闘機も重量が軽く、翼面荷重（主翼面積で機体総重量を割った数値）の小さい、小回りのきくものが多く、パイロットたちは、スピードよりも格闘性能のほうが空中戦で勝利を得るために重要である、と考えていたのである。

1 スピードか格闘性能か top

　いっぽう、世界の戦闘機の流れは、エンジンの出力を増加して速度の向上をはかり、火器や装備品などの要求も贅沢になってきていたので、どうしても機体が重くなる傾向にあり、翼面荷重も大きくなって、格闘性能を確保することがむずかしくなりつつあった。

　ところが、翼面積を充分なものにしようとすると、重量と空気抵抗が増え速度低下を伴う。
　だから小さな翼面積で、しかも充分な揚力が得られるなら、これにこしたことはない。
　速度に関するかぎり翼面積は小さくていいからで、小さな翼面積でイザという時に揚力を増やすことができれば、高速と運動性（格闘性）の両方を満たすことができる。
　そこで考えられるのは、着陸の時に揚力を増加させるために使われるフラップを、空戦時にも使ってみようということだ。

2 二律背反への解答、空戦フラップ top

　高速機などが着陸時に一時的な揚力増加法として使うフラップを、空中戦にも使おうという考えは諸外国にもあったが、もっとも熱心に研究したのは日本だった。
　外国が、たとえばメッサーシュミットＭe109のように、格闘性を半ばあきらめて速度を重視した戦闘機に移行しつつあった時、日本の戦闘機パイロットたちは依然として格闘性への夢を捨てきれないでいた。
いっぼうは実戦の体験から、速度も決して無視できないことを知り、速度も格闘性も（格闘性能をおとさずに速度を上げる）という欲ばった要求をもつようになった。
　この結果、陸軍は「隼」、海軍は「零戦」という速度と格闘性を合わせもった優れた戦闘機が生まれた。
　この両機の最大のポイントは、重量が軽く空気力学的な設計がすぐれていることだった。

3 効果をあげた空戦フラップ top

　陸軍が、この空戦フラップつきの「鍾馗」（当時はまだ制式になっていなかったので、単に機体番号「キ44」で呼ばれていた）をテストしていた頃、ドイツからメッサーシュミットＢｆ109が輸入された。
　Ｅ7型で、これはヨーロッパ戦線ではイギリス上空で「スピットファイア」や「ハリケーン」などと戦闘を交えていた戦闘機だった。
　「隼」に較べてスピードはあるが格闘戦が苦手で着陸速度が早い「鍾馗」を、陸軍のパイロットたちはどちらかといえば毛嫌いしていたが、ある日Ｍe109と模擬空中戦が行なわれ、速度がややまさる「鍾馗」の方が小回りがきき、Ｍe109の攻撃を巧妙にかわせることがわかり、評価が一変した。
　Ｍe109を操縦したのは、ヨーロッパ戦線で一〇機撃墜の記録をもった若いドイツ空軍大尉だったが、Ｍe109をかわした「鍾馗」が後に回りこんで攻撃しようとすると、上空の雲の中に逃げ込んでしまった。
　結局勝負はつかなかったが、誰の目にも「鍾馗」の優勢は明らかだったので、場合によっては流産しかねなかったキ44の制式化への動きが、にわかに高まった。
　この時「鍾馗」はフラップを八度下げて空戦をやったという。
　この空戦フラップは中島飛行機の糸川英夫技師が考案したものだが、「強風」の空戦フラップは二段階に切りかえられるようになっていた。
　海軍では、この空戦フラップの効果を、二式水上戦闘機との模擬空戦でためすことにした。
　零戦にフロートをつけて水上戦闘機にしただけあって、二式水戦の格闘性は零戦ゆずりだった。
　「強風」の総重量は約三・五トン。
　約二・五トンの二式水戦より一トンも重く、最大速度も五〇キロ以上速いから、運動性はどうしても劣る。
　まともに格闘戦をやって勝てる相手ではないが、たのみは空戦フラップだった。
　はじめはうまくいった。
　しかし、二度、三度とやっているうちに運動性のいい二式水戦はクルリと回り込んで、たちまち「強風」の後についてしまう。
　二式水戦は翼面荷重が小さいので、小さい旋回半径でも失速せずに滑らかに回る。
　翼面荷重の大きい「強風」はフラップを使つて揚力を増し、無理にあとを追おうとするが、空戦中は飛行機の速度や機体にかかるＧは刻々と変化するのに、フラップは二段階しか変わらないから、どうしても沈みが生じて旋回半径が大きくなってしまう。
　フラップの下げ角は、いつも失速しない範囲で最小、言いかえればあらゆる飛行状態で必要な揚力が最小の抵抗で得られるよう、フラップ角度を段階なしに滑らかにコントロールできるのが理想だが、空戦中にそれをパイロットにやらせることはまず不可能だ。
　とすれば、空戦フラップは自動的に作動するもので、しかも無段階に下げ角が変わるものでなければならない。

4 川西、自動空戦フラップを開発 top

　川西の技術者たちは、人真似が嫌いだった。
　すでに実用化されている技術でも、自分たちで新しく考え出して造り直すという気風があったから、世界に類のないこの難題にむしろ勇んで取り組んだ。
　飛行機の速度が速い時は揚力は少なくてよく、Ｇが大きければフラップ下げ角を大きくして揚力を増やさなければならない。
　川西の研究陣が考え出した方法は、速度とＧの大きさを検知し、この両者の大きさに応じてフラップの下げ角を連続的に変える方法で、速度はピトー管を、Ｇの大きさは水銀柱をセンサー（検知器）に使った。

　たとえばＧと速度とのかね合いで水銀柱が�@の状態、つまり大きなＧがかかった場合は、電極が二本とも水銀から出ているので電気が導通せず、マグネットは作動しないので、フラップ下げのリレーは閉、フラップ上げのリレーは開となり、フラップ下げの方向に油圧が作動する。
　Ｇが減少して�Bの状態、つまり電極が二本とも水銀につかるようになると、電気が導通してフラップ上げのリレーが閉、フラップ下げのリレーが開となって、油圧はフラップ上げの方向に作動する。
　フラップの上げ下げの量は、水銀柱の上下に応じて回転方向と角度が変わるカムと同軸にセットされた油圧コックの開度によってコントロールされるので、パイロットは空戦開始の時にスイッチを入れておきさえすれば、フラップは完全に自動的に、速度とＧに応じた最適の角度加えられ、滑らかな旋回ができた。
　速度が極端に落ちたときも同様で、この時はピトー管からの圧力の関係で水銀柱が下がり、リレーおよびカムがＧがかかったのと同じ状態になるのでフラップが下がり、失速によるオートロテイション（自転失速して機体が、パイロットの意に反した方向に回ってしまうこと）を防ぐことができた。
　この装置を開発したのは、強度試験場の主任をやっていた川西の清水三郎技師ほか田中賀之、仲慎吾の三技師で、昭和十八年六月五日、奇しくも山本元帥の国葬の日に、これを取付けた「強風」の実験機が飛んで成功が確認された。

5 世界に比類のない独創 top

　その後、容器内の水銀がとび出して、回りの金属を腐蝕させるなどの問題もあったが、容器をプラスチックにするなどして解決、作動もしだいに確実となって、「強風」から発展した「紫雲」や「紫電」改の空戦能力の向上に役立った。
　水銀柱内の水銀の上下する間隔は、わずか六ミリか七ミリ程度で、この間で○度から三〇度までのフラップ角度をコントロールする精密なものだった。
　清水技師たちはこの装置全体を、ほんの一にぎりの大きさに造り上げ、パイロットの手の届く範囲に取付けて、不時着の際には取って捨てられるよう、機密保持に注意が払われていた。
　戦後になってわかったことだが、外国の戦闘機で、この自動空戦フラップのような装置を使っていたものは全くなかった。
　空戦中にフラップを使うものはあっても、ただ下げっ放しにしておくだけだったようである。
　自動空戦フラップの効果について、「紫電」改で戦ったある戦闘機パイロットは、こう言っている。
　「空戦中、機を引上げてスピードが落ちた時など、急激な舵をとると失速して、オートロテイションに入りがちだ。
　たとえば機を引き起したあと、左に旋回しようとして機を急激に左に傾けると、迎角の大きくなった右翼が失速して、突然、機は反対の右の方に傾いてしまう。
　自動空戦フラップを装備した「紫電」改では、この時右翼を見ていると、フラップがジワリジワリと下がり、それにつれて機が旋回圈の内側へ内側へと食い込んでいくのがわかった。
　このおかけで零戦より速度も早いのに急激な操作にも耐えられ、格闘性能も零戦に近いものが得られた」
　のちに、この空戦フラップは年間の航空関係技術の発明賞にえらばれたが、軍極秘だったので新聞紙上には「特殊管制装置の発明」という名称で発表されただけで、もとより詳細な機能の説明などなく、一般国民には何のことやらさっぱりわからなかった。
　だが、米軍側はその存在を知っていたらしく、終戦後、占領軍司令官として厚木飛行場に第一歩を印したマッカーサー元帥に続いてタラップを降りた米軍航空参謀が開口一番、日本側に放った言葉は「クーセン　フラップ　ヲ　ミセロ」だったという。

6 操縦装置にも独創性を発揮 top

　太平洋戦争に活躍した日本軍用機の中で、もっとも多く生産され、全期間にわたって航空作戦の主役を演じた「零戦」の最大の特徴は、双発爆撃機と行動をともにできる長大な航続力と、優れた格闘性能（一般に空戦性能と書かれている場合が多いが、その内容は狭義の空戦性能である格闘性を意味しているようだ）にあった。
　さらに、この格闘性の良さを裏付けるものとして、零戦パイロットたちが一様に指摘するのは、彼らの操縦感覚にピタリとくる、舵の手ごたえだった。
　これは単に空力設計が良いというだけでなく、操縦系統をやわなものとし、力の大きさに応じた操縦索の伸びを利用して、あらゆるスピードにおける操縦感覚と舵の効きを対応させるようにした、独特のアイディアによって得られたものである。
　飛行機が高速で飛ぶ時は、舵が重くなるとともに、操縦桿の少しの動きに対してもよく効き、反対に低速では手ごたえが少なく、舵は軽くなるが効きが悪くなる。
　別な言い方をすれば、機体の姿勢をかえようとする時、高速の時は舵の動きは少しでよく、低速では大きく動かさなければならない。
　パイロットの側からすれば高速だろうと低速だろうと、同じ姿勢変化に対しては、できるだけ似たような手ごたえと操縦桿の動きであることが望ましい。
　飛行機の舵は、低速での効きを重視すれば高速では重すぎ、高速で手頃な効きを与えようとすると、低速ではスカスカのさっぱり効かない舵になってしまう。
　この傾向は離着陸、すなわち最低速度と、最大速度との開きが大きくなればなるほど強くなる。
　零戦では、操縦装置に特別な機構を加えることなしに、操縦索に従来のものより細いワイヤーを使うだけという巧妙なアイディアによって、それが解決されていた。
　「剛性低下方式」と呼ばれるこの方法は、高速で舵に働く力が大きい時は、途中でワイヤーが伸びるので、舵角は操縦桿の動きに対して小さくなり効きすぎを防ぎ、舵に働く力が弱い低速ではワイヤーの伸びが小さいので、舵が大きく動いて効きを保つことができるというものだった。
　それまでは振動を発生したり舵の遅れが出たりする恐れがあるとして、操縦系統にたわみは絶対禁物とされていた常識をくつがえした、三菱重工の堀越二郎技師の発想によるもので、堀越氏は戦後二〇年くらいたってから、これをもとにした「人の操縦する飛行機の飛行性に関する研究」と題する論文によって工学博士となった。
　零戦のたわむ操縦系統は、速度に応じて舵の角度と効きの関係が無段階にかわる自動調整式とでも言うべきものだったが、何でも自分たちのオリジナルでなければ気のすまない川西の設計グループが考えたのは、自動空戦フラップよりは、ずっとシンプルなやり方たった。
　操縦装置の操縦桿やフット・バーの動きは、軸の回りに動くレバーを介して、ワイヤーやロットによって補助翼、方向舵、昇降舵などの舵面の回転軸に伝えられる。
　操縦装置とこのレバーはロットで結ばれ、軸からロットの連結位置までの長さが操縦桿やフット・バーを動かした時のテコ作用をする。
　川西がやったのは、このロットの連結位置を動かすことにより、軸回りの操縦装置側と舵面側の腕の長さの割合を変え、操縦装置の動きと舵の効きの関係を変えようというものだった。
　連結位置は小さな油圧管を使って、二段階に変えられるようになっていた。
　離着陸の時は、レバー軸に対する腕の長さの割合を、操縦装置側が小さくなるようにしてやれば、一定の操縦桿やフット・バーの動きに対して舵は大きく動くので、効きが充分に得られる。
　同時にテコの原理で操縦桿などの手ごたえも適当に重くなり、操縦桿が軽くいくら引いても舵がさっぱり効かない、といったことはなくなる。
　高速で飛ぶ時はこの逆で、同じ操縦桿の動きに対する舵角が小さくなり、舵の効きすぎや、重すぎるといったことはなくなる。
　この装置は「腕比変更装置」とよばれ、試験飛行の時は昇降舵、補助翼および方向舵の三舵につけたが、のちに方向舵にはその必要がないことがわかったので、昇降舵と補助翼だけに採用することになった。
　この装置によって、離着陸と高速時の舵に対する違った要求を、ほぼ全面的に満足させることができたが、さすがに空戦フラップのように自動で無段階というところまではやれなかった。