川西陣風戰鬥機

J3K/J6K陣風是日本海軍計劃研製的陸上高空攔截機，由川西飛機公司研製，但是準備製造試驗機前被終止。開發簡史.十七試陸上戰鬥機.太平洋戰爭開戰時，日本海軍基本除了「艦上戰鬥機」為主以外，以迎擊敵轟炸機為主、防衛陸上要衝為要務的「局地戰鬥機」思想也逐漸影響著手上的開發案。在初期主力只有零戰的時間點，其不僅作為艦上戰鬥機，也在各個陸上基地擔任迎擊與進攻掩護的任務，作為泛用戰鬥機使用。雖其活躍證明瞭陸基戰鬥機與泛用戰鬥機思想的必要性，不過也因零戰在實戰中顯現的不足之處，讓海軍更加確信需要開發更加強力的陸上基地專屬戰鬥機。(也因為海軍一開始將零戰視為「萬能戰機」，所以之後的開發案經常要求各項效能「比照零戰」、「不得低於零戰」，變相被零戰限制了在航空技術領域的想像力與視野)肇因於此，海軍於昭和十七(1942)年四月，頒布了在以往「效能標準」中不存在的規格和構想：「十七試陸上戰鬥機」(J3K1)，並責令川西擔負設計主務。基於開戰後對付盟軍戰鬥機的經驗，對這架機體要求必須儘可能提高爬升率與高速效能，並具備比零戰更強大的火力。同時，由於在零戰身上顯露出俯衝太弱而常有追不上或跑不掉的問題，因此除了要求足以勝敵的良好運動性之外，優秀的俯衝效能也是規格中的必須專案。除此之外，由於敵機與我方轟炸機的高空效能都在不斷提高，為了迎擊或給我方護航，也必須具備超越零戰的高空效能。同時因為零戰遠大的續航力，在護航和深入敵境方面展現的有效性，因此要求此案必須具備全負載狀態下空戰30分+巡航5小時的滯空能力。(可以看出，海軍又一次開出了啥都想要的不切實際要求，除了不必上艦以外，幾乎所有方面都要挑戰極限，完全枉顧各種目標在物理上會互扯後腿的問題)為了滿足海軍這嚴苛的要求，在「暫稱一號局地戰鬥機」(之後的紫電)之外，川西嘗試以社內稱呼「K90」的陸基戰鬥機技術儲備案來應對此次海軍要求的「十七試陸上戰鬥機」專案。由於原構想中「K90」是圍繞著中島的Ha 45「譽」來進行開發的，所以原本川西也預定十七試陸上戰鬥機是採用這顆動力來設計。但因當時開出的指標非常高，海軍認為「譽」的高空效能潛力可能不足以達標，因此指定當時高空效能指標最高的三菱Ha 43-21(MK9B，無段變速二級增壓)作為動力源。為此，川西在1942年8月將計畫改稱「KX-Ⅱ」並圍繞著MK9B重新進行設計。然而設計開始後，預定裝備的MK9B在液壓聯軸無段變速增壓的環節不斷發生故障，不僅跑不出額定的效能，油耗也遠遠高出預期，被判定引擎一時之間難以實用化。動力未決，同時機體的基礎設計也不明朗，加上量產紫電、研發紫電改對海軍而言是更優先的事項，需要川西集中精神進行。最後在這種困境之下，海軍不得不下達「待昭和十八年初有更合用的高高空用引擎完成之前，暫停十七試陸戰的開發」的處置，最後在昭和十八年初正式將計畫終止。十八試甲戦.到了昭和十八年8月，二級三速的「譽」四一型(NK9A)在實驗室的進展不錯，即將在所有指標上都達到計畫的效能。眼看當初期待的高效能高空戰鬥機有希望復活，於是規劃在原本「十七試陸戦」的基礎架構上換裝這顆動力，以「十八試甲戦‧陣風」(J6K1)的名目，將計畫復活。基於橫須賀航空隊(以下簡稱「橫空」)在昭和十七年末開出的指標，陣風要滿足：由於裝備二級三速的「譽」四一型「引擎不出狀況的話」，陣風預計將比開發中的烈風擁有更高的高空高速效能，因此被海軍寄予厚望，欽定為之後的陸上基地主力。由於海軍實在是太想要這款戰機，「至急実現を要す」(務必盡早實現)，於是川西也挪用了不少在紫電/紫電改上驗證成熟的技術，務求陣風成為可靠的戰機，迅速進入戰列。到這個階段為止，由於「譽」四一型(NK9A)具備二級三速的輸出曲線，加上擁有2000馬力的高輸出。預定重量4373kg，配上26㎡的翼面積，預計翼負荷將能壓在軍方期望的170kg/㎡以下，達到168.2kg/㎡ (因此武裝採13.2mm ×2 + 20mm ×4 或 13.2mm ×2 + 30mm ×2兩方案的陣風，運動性有希望跟飛燕一型丙或疾風試作機處在類似的水平)。 動力、升力、增壓器等條件一應俱全的狀況下，根據川西的計算，陣風將能夠達到上文寫的，橫空在昭和十七年立下的效能基準。此時陣風的大致效能將會是：極速665km/h，升限12000m，爬升至10000m約15～16分(減重到4000kg時更會強化至：極速678km/h，升限13000m，爬升至10000m約13分半)。加上上述跟稍重的飛燕或輕荷的疾風相仿的格鬥能力，以及強大的火力，若能在1943～1944年之間服役，絕對是一款具有威脅性的戰鬥機，就算在戰爭末期都不弱。但由於發動機和機體雙方面的試作延遲，昭和十九(1944)年3月的「試作処理方針案打合覚」之中，對於預定在同年度9月完成試作機的陣風，給出了「可預期提升引擎的效能之後，將能滿足要求的飛行效能」這樣的備註。原本2000馬力不是已經能達成預計的效能了嗎？為何不趕快妥善已經完成的「譽」四一型，反而還要求提升出力才能滿足原本的效能需求？原來是因為隨著計畫推遲到1944年，別說雷電紫電，連零戰都開始安裝防火和防彈裝置了，還在研發的重戰鬥機自然不可能還走開戰當時的無防禦路線。加上海軍末期對還未服役的機種都以「次期甲戦闘機」(又名：高高度甲戦闘機、次期戦闘機)的規範要求20mm ×6的超高火力。防禦和火力需求都爆增之下，大幅增重的陣風將無法滿足原有的航程需求，加上機載燃料箱也需自封對燃料容量會減少，於是又需要進一步增設更多燃料箱，同時在機身和機翼底部設定外掛燃料箱吊架，滿足到遠航程需求。起落架和輪艙也要針對增重而強化，重量不斷失控下，最後陣風的4886kg的體重就是這麼來的。比原本計算超重超過半噸的陣風，自然就沒辦法以原有的動力達成當初的設定指標了，也難怪廠商需要跟軍方請求更強的發動機來配套，藉此彌補損失的效能。由於試作途中不斷因應增大的武裝需求(然後又不懂得權衡利弊去蕪存菁，導致盲目堆砌火力)，導致陣風最終增重幅度超乎預期，因此向軍方提出了強化動力的請求。於是該計畫獲得了在「譽」四一型(ハ45-41。NK9A)基礎上進行強化的「譽」四二型(ハ45-42。NK9A-O)，作為新的動力該發動機的技術含量相當高，在原有二級三速的基礎上加了氧氣噴射注入裝置，再行提高了進氣壓和轉速。然而此種複雜又高技術含量的引擎對當時的日本來說太不現實，除了原本「譽」四一型快要成熟而可以省下的等待動力時間又被還在完善中的「譽」四二型搞到再次拖延之外，由於「譽」四二型多了新的加力裝置週邊，原本陣風跟「譽」四一型搭配得剛剛好的引擎罩和引擎架放不下新的整套系統，又需要修改設計。(當時日本的另一個問題：設計經常為了當下的最佳化而沒有留下足夠的餘度，導致後續升級或修改困難，動輒需要大改或全新設計，總體上反而花掉更多的開發成本)而橫空在昭和十九(1944)年給予陣風的要求效能，隨著年度和戰況推移而提高。一來，發動機不變但機體大幅增重之下，完全不可能進行這麼明顯的效能提升。二來，許多出處都把這效能當成是川西拿「譽」四一型套在陣風身上得出的試算值，但這是不對的。該動力應付沒超重的陣風也只是有機會達成先前提的該程度效能而已，要達到現在這個新制定的指標完全是過度樂觀。如果是之後獲得的「譽」四二型的2200馬力、配上當初設想的4373kg體重，則這個效能看起來十分合理，很多書籍和出處也是這麼寫的，所以長久以來沒什麼人懷疑。但事情的因果是先用2000馬力應付4373kg認為可以達標(667km/h)，超重之後發現難以達標，才請求新的動力填補損失的效能。也就是說，即使拿到新的2200馬力動力，拿來撐起4886kg也是差不多剛好抵銷超重的幅度，恢復到原本極速667km/h，爬升至萬米18分以內的程度而已。如果拿到新的2200馬力卻套當初未強化火力和防禦的體重，在時序和因果上說不通，只是無視前因後果把不同時期的數字湊成一張效能諸元、乍看之下合理而已。這個指標只是橫空表示的意向與企圖，不代表當時的陣風有能力達成這個指標。之後雖然在昭和十九年6月2日進行了全尺寸木型審查，確認設計可行，但在7月的「昭和十九年度飛行機試製(改造)計畫」中，軍方和廠商一致認為開發案有過多濫發的傾向，造成寶貴的開發資源被稀釋，並使許多機種的實用化遙遙無期。結論是需要整頓開發中的試作計畫，使之收束在幾個最有希望達成或接近指標，並且設計已驗證可靠，能快速服役的專案上。由於武裝過剩，加上「譽」的效能向上型仍待成熟，導致整個專案嚴重延遲的陣風在該次會議上被判定為「應當立即終止開發」的「丙等」，請川西開發「紫電改」的高空效能改進型作為替代其位置的甲戦。於是陣風等不到7月8日的第二次木型審查，就這麼束之高閣。次期戦闘機.在昭和二十年5月1日進行的官民合同會議，檢討了「次期戦闘機」(即高高度甲戦or次期甲戦，也就是原本叫「二十試甲戦」但此時已不叫這名字的計畫)各種方案的可能性，在會議中主要歸納出了三個方向：並在六款馬上能成為戰力、五款足以成為次期主力，共計11款的備選引擎中，選出了六款名為「決戦戦闘機用発動機」的引擎作為動力沿用設計方面，則確立走將既有「紫電改」或「烈風」引擎全開高度拉高的「中高度效能改進型」，和直接換引擎挑戰高空效能的「高高度型」；新規設計方面，機體仍以既有設計做大幅氣動與規模改動，放棄對日本而言超過國力的渦輪或液壓聯軸無段變速增壓，改採一級三速、二級二速、二級三速機械增壓等。而被認為戰力化可能要推遲到昭和二十一甚至二十二年，明顯緩不濟急的陣風，沒能活到這場會議的尾聲，整個專案被終止，直到戰爭結束。可以說，陣風的存在意義最終被量級接近但更成熟的「紫電改」和「烈風」吞沒了。評價.陣風的二槍六砲+彈藥，總共要付出約760kg的重量代價(如果算上電氣或油壓週邊以及彈鏈的重量，甚至會達到800kg)。相比之下，Bf-109不含外掛吊艙、純算機內預設武裝：二槍一砲的重量大約是300kg上下(隨各型波動)；二槍四砲的Fw-190大約是500kg。美國六挺M2重機槍的使用者之中，P-51大概是380kg；F6F和F4U大概是400~420kg，含彈鏈的話是400~450kg；即使是搭載八挺M2的P-47，以各槍500發最大備彈來算，也不過是650~700kg(而且通常不會完全裝滿，大概會控制在500~600kg之間)。就算只看日本機，雷電和紫電改的四門砲+800發砲彈只付出了350kg左右的重量；キ-87和キ-94這種兩門20mm + 兩門30mm的真正重火力戰鬥機，花在武裝和其彈藥上的重量也不過半噸左右；兩槍兩砲的疾風，以及火力最重、最拖垮效能的疾風一型丙，總重量也還是壓在400kg以內。如果採用四門機砲+800發砲彈，或是兩挺重機槍 +兩門30mm砲的武裝方案，陣風的武裝重量將能減少一半以上，使得機體重量從4886kg的計畫重量一口氣減至4噸半──差不多就是原本的4373kg，再加上自封油箱和各類防彈裝置的重量。若陣風採用該方案，因為比原本的4.37噸重了大約100～150公斤，極速大概會損失1～3km/h，但只搭載四砲或兩槍兩砲所減少的外型阻力，卻可能帶來4～8km/h的速度提升，所以極速可能反而會微升到666～670km/h這個區間。升限部份，大概會從實用升限12000m降成絕對升限12000m；爬升至10000m所需的時間，大概會從15～16分降到16～17分，最保守估計也能在18分以內。航程部分，可能要靠外掛油箱才能達到2650km的指標，但僅靠內部油箱應該還是有1500km上下。而陣風的木型審查會拖到1944年六、七月，就是因為超重→換發動機→架構修改的一連串工程所致。如果沿用1943年8月就已經幾乎達成指標的「譽」四一型(1944年一整年用於進行耐久測試以及產線準備應該足夠)，陣風大致在1943年底～1944年初就可以定型，約莫1944年下半就可以首飛，再怎麼不順1945年應該也可以進行小批的預量產，然後投入實戰測試並進行改良。而不是像現實那樣，1944年下半還在木型審查，戰力化要到1946～1947年，用一個1942年確立概念的基礎架構追逐每個年度逐漸提高的指標，最後未出生就落伍。效能.開發過程中有過以下幾種方案「次期戰鬥機」川西案.在「次期戰鬥機」的檢討會上確立三個方向，最終決定刷掉陣風之後，軍方和廠商分立了五個方案：五個方案當中，川西案雖然名義上是新規設計，但從尺碼、重量、翼面積來逆推，大致可以猜出這依然是以紫電改作為基礎的升級案，比方說主翼面積23.9㎡僅比紫電改的23.5㎡大了0.4㎡。因為本方案已增重到媲美烈風或陣風的程度，須強化並增大主輪，微增的翼面積可能是像隼或烈風改那樣，翼根前緣往前凸出兩個圓弧所致。其餘三維尺碼也與紫電改十分相近。加上根據航空本部的文書所記載，昭和十九年夏季決定將陣風計畫終止時，就指示過川西研發紫電改的「高空效能改進型」，應該當時就已著手做相關的技術儲備。所以此時出現搭載「譽」四四型(ハ45-44)的紫電改參與相關競標，就時間點和脈絡上來說也是很理所當然的。「譽」四四型是一顆砍除了中冷器，具備二級三速增壓器，以出力等級來說不算非常強力，但技術上相對先進的引擎。搭載此發動機的川西案，試算效能則為：因為川西案機體規模較陣風小，重量相仿，翼負荷較陣風高出甚多，引擎出力也略弱，所以效能不會比陣風好。不過可以看出，受昭和二十年「官民合同會議」飛行機部提示的備考影響，效能預估不再浮誇，速度(含全開高度)、昇限、爬升力、航程都估得收斂很多。陣風爬升至萬米的時間應該還是會比川西案明顯短一截，運動性應該也略好。除此以外的各項效能大概會與川西案相近。這臺改進高空效能又強化火力的紫電改，在超荷定義下具備兩門20mm各250發 + 四門20mm各200發，共計1300發的巨大彈藥量，但實際上，正規全備只有20mm ×4 (各200發。共計800發)而已。即使如此，本機的正規全備4768kg已經幾乎跟大一圈的陣風相等，這也導致川西案的翼負荷直衝200kg/㎡，過荷重時使用六門砲+1300發砲彈、再給彈艙裝上防彈鋼板，體重極有可能逼近5噸。因此川西案在五案中機體規模最小、翼面積最小，但翼負荷和和失速速度都僅比中島案稍低，遠高於另外三個基於烈風架構的三菱案，導致最後在競爭中落敗。