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零式战斗机的前奏——旧日本海军96式舰载战斗机研制始末

 旭日东升0y84wc 2020-05-07

提起太平洋战争,想必大家首先就会想起那些爆发在广袤的太平洋上的惊天海空大决战,海面上硝烟弥漫,水面战舰防空火力齐开,形成一道道严密的弹幕,空中战机轰鸣、一架架零式舰载战斗机在舰队上空翻滚盘旋,与来犯的敌机捉对厮杀,,,,,

太平洋海空战中零式大战野猫

作为太平洋战争初期日本争夺海上制空权的主力,零式舰载战斗机凭借优异的低空低速格斗性能、凶猛的火力,掌握了绝对的制空权,缔造了零式神话,震惊了全世界。整个世界都对日本刮目相看,一改日制战机性能落后的印象。要知道太平洋战争爆发前20年,日本人还完全不会设计制造战斗机、太平洋战争爆发前10年,日本人制造的战斗机性能还极其落后,那么短短十年间,日本是怎么缩小与欧美强国的差距并迎头赶超呢?

答案就是“航空技术自立”的三年计划以及迈向零战之路最重要的96式舰上战斗机的成功研制。

96式舰上战斗机的研发背景

1932年的上海空战中,日本海军的90式舰战在与波音218型战斗机空战时,出现了即追不上又打不过的尴尬境地,引发日本海军震怒,自此决定开始研制新型舰载战斗机。

恰逢此时日本与英美关系出现裂痕,日本决定摆脱航空工业依赖欧美技术转移的局面,于是由时任海军航空本部技术部长的山本五十六制定了“航空技术自立”的三年计划。计划从1932-1934年每年向日本各大航空公司发布战机招标计划,并向性能优异者提出采购。作为日本当时飞机设计研发公司四巨头(三菱、中岛、川西、爱知)之一,三菱公司毫无疑问要研制新战机拿下海军的订单。

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7试舰载战斗机

日本海军将1932年(昭和7年)提出的舰载战斗机试制计划被称为7试舰战,日本海军要求新舰战要拥有3000米高度时180-200节的最大速度以及要在4分钟以内爬升到3000米高度。为了满足极高的速度和爬升率要求,三菱公司便考虑到了使用当时世界流行的低阻力单翼布局,并将设计工作全权交由东京帝国工业大学首席毕业生同时还有欧美考察经历的堀越二郎。

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拥有厚厚机翼的三菱7试舰战原型机

堀越计划为7试舰战配备一幅全金属制成的椭圆形悬臂式下单翼,然而当时的三菱重工却不具备这样的工艺,堀越只能退而求其次,使用金属内骨架外覆蒙皮的单机翼。然而堀越的原型机试飞后接连失败,不仅速度不达标,而且机体在达到最高速后易造成垂尾故障,于是7试舰战试制计划彻底泡汤。

当然失败后就要总结,堀越认真分析了失败原因,他认为单翼机比双翼机的阻力更小这点是毫无疑问的,这也是未来的发展方向,问题就出在机翼的材料和厚度上。直到1934年三菱重工终于掌握了将薄铝板加工成复杂形状的冲压一体成型技术,堀越的全金属薄单翼设计终于可以实现了,恰逢日本海军提出1934年的舰战试制计划(9试舰战),堀越便开始研发拥有全金属薄单翼的9试舰战。

96式舰载战斗机的诞生之路

虽然7试舰战项目失败了,但堀越也从中获得了宝贵的经验和教训,那就是一定要控制飞机的重量、减轻飞行阻力,这样才能获得更快的速度,而这种思路,也一直沿用到了零式身上,这也是零式能达到军方提出各种苛刻要求的关键所在。

那么如何减轻飞机的重量和阻力呢?

在机身部分,机身采用全金属半硬壳结构,尽可能设计为流线型,并且飞机外壳尽可能光滑整洁。由于铆钉的突出部分也会造成空气阻力,堀越还在飞机前段使用了沉头铆钉。

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96式舰战4视图

在机翼方面,堀越终于得到了他梦寐以求的全金属椭圆形薄机翼。同时出于保障飞行员着舰时的前下方视野,堀越采用了“倒鸥型”机翼。

在起落架设计上,堀越也没有采用欧美国家已经开始使用的可收放式起落架,原因是这样虽然可以减少10%阻力,但这要以增加飞机重量和修改机身、机翼结构为代价,得不偿失,因此堀越采用的简单的单柱式固定起落架,并在主轮包覆一个流线型整流罩降低风阻。

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起落架上覆流线型整流罩

此外,堀越还对每个可以减薄的零部件进行了削薄处理。当然为了追求速度,不仅要靠减重和降低风阻,一颗稳定又马力十足的发动机才能给飞机提供充足的动力,由于自家最大功率710马力的a-4发动机在测试中频繁出现故障(此时的a-4发动机还不成熟,经过全面改进后才成为三菱的招牌金星系列发动机),堀越不惜拉下面子选择了竞争对手中岛公司的寿5型600马力风冷发动机。寿5型虽然马力比a-4低110匹,但胜在稳定,这是堀越最需要的。

经过事无巨细的准备,1935年被寄予厚望的三菱9试舰战首飞成功,并且性能远远超过预想,可以在3200米高度上飞出了450KM/H的最高速度,比日本当时装备的最强双翼舰攻快100km/h,比美国同期装备的F3F还快25km/h,并且爬升到5000米高空只要5分54秒。

后来又针对试飞中暴露出的问题,做了改进优化,还更换了更为稳定的寿2改1型风冷发动机。

最终三菱九式舰战凭借优异的性能轻松的战胜了中岛,获得了海军的青睐,命名为96式舰战。可以说96式舰战的成功研制,使得日本终于在飞机性能上对欧美同期战斗机实现了反超,同时96式舰战试飞成功还获得了世界上第一款全金属单翼舰载战斗机的头衔。

96式舰载战斗机的改进之路

96式舰载战斗机初期量产时采用的是寿2改1型风冷发动机,虽然稳定性更强,但是付出了性能被削弱的代价,直到第二年春天,中岛公司推出了性能更好的寿3型发动机,此后生产的96舰战换装了该发动机。

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96式舰上战斗机三视图

此外该机在实战中暴露出超出迎角后容易出现失速问题,堀越便利用大型风洞实验,搞清了原因,又在机翼上做了改进,在机翼前缘增加了一个向下方的小扭转角,从而将机翼上的失速临界迎角加大了2度。而这个改动效果出奇得好,不仅解决了失速问题,而且增到了最大升力系数,使得96式舰战的盘旋性能大幅改善,而该设计后来也沿用到了零式舰战身上,这就是零式为什么盘旋能力强的秘密。

1937年底换装710马力寿41型发动机后的96式舰战终于迎来了自己完全体,性能进一步提升,最高速度终于达到了试飞时的435km/h,爬升到3000米高度也不超过3分35秒。但该机依然是一架重量轻、航程短的飞机,最大起飞重量仅1671千克,最大航程仅1200km。此外日本并没有对96式舰战孱弱的火力做出改进,仅装备2挺7.7mm机枪,而这一问题也让96式舰战在后来的实战中没少吃亏。

96式舰载战斗机在战争中的表现

96式舰载战斗机产量后首先投入的是中国战场,由于96式舰战的主要对手是霍克-三型双翼战斗机,混身现代化的96式舰战无论是在速度、爬升、盘旋等各个方面都对霍克-三型双翼战斗机产生了压制,96式舰战打出了不错的战绩。

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在战场上撞断一节机翼后,仍坚持返回机场

但是96式舰攻空战能力强的优点依然掩盖不了它速度优势不大、航程有限、火力弱的问题,无法用作为远程制空护航和要地防空作战。

1938年10月3日,苏联援华航空队驾驶苏制SB-2轰炸机远程轰炸日本占据中国的武汉机场,96式舰战甚至在速度上没有占到SB-2的上风,SB-2凭借远程突袭成功将机场化为一片火海,机场上200架日本飞机被摧毁,日本海军也因此在后续的零战身上提出要求新舰战要拥有高速度、大航程、重火力和高机动性要求。

1941年后,由于日本开始筹划对美作战行动,便将海航撤出了中国,此时虽然大名鼎鼎的零战已经开始陆续量产,但由于产能有限,96式舰战仍然是日本二线航母上的主力舰载战斗机。

1942年96式舰攻终于有了跟美国战机掰手腕的机会,但是在马绍尔群岛保卫战中96式舰攻羸弱的火力问题,又在美国野猫面前暴露了出来,明明依靠机动性可以轻易驶入美机机尾开火,可7.7mm机枪子弹对皮糙肉厚的美国野猫不痛不痒。

此战过后,随着零战的不断投入战场,战斗力极弱的96式舰战开始退出第一线,并承担训练新飞行员任务。

总结

总体来说,虽然96式舰战在发动机和火力上有所缺陷,但不能否认96式舰战的巨大意义,可以说96式舰战是迈向零战之路上的重要里程碑,96式舰战使得日本从双翼舰载机时代率先迈进了全金属单翼舰载机时代,甚至早于德国的BF-109B和美国的P-26,此外96式舰战还为零式舰战的研制做足了技术储备,零战的设计思路也是沿袭了96式舰战减重、减阻力,零战机翼前缘的小扭转角也是沿袭的96式舰战、96式舰战羸弱的火力、有限的航程也给零战提供了反面教材,促使零式在航程和火力方面大为提升。

可以说从95式舰战到96式舰战是0-1的突破,而从96式舰战到零式舰战是1-1.5的升级,96式舰战的成功研制相比零式缔造神话对日本航空工业来说意义更重大。

参考文献:从零到零,旧日本海军航空兵战斗机装备发展史

舰载机日本之发展

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