二式飛行艇
開発経緯
第一次世界大戦が終わると列強各国は軍縮に転じ、軍艦の建造を自粛する海軍休日に入った。日本海軍は仮想敵国の1つであるアメリカ海軍に対する数的劣勢を航空戦力で補うことを企図し、海軍航空本部は1937年（昭和12年）7月に「航空軍備に関する研究」をまとめる。航続距離の長い大型陸上攻撃機を運用することを想定したが、日本が第一次世界大戦後に国際連盟から委任統治領として託された南洋諸島の基地整備は難しく、大型飛行艇によるアウトレンジ戦法を模索するようになる。川西航空機が開発した九七式飛行艇は、この構想を現実のものとした。
一方で4発エンジンを持つ大型陸上機を推す意見も強く、1938年（昭和13年）4月18日に海軍航空本部技術部は「十三年度試製飛行機計画要求案摘要」で『十三試大型飛行艇』（川西）・中島十三試大型陸上攻撃機（深山）（中島飛行機）の計画要求案をまとめた。中島の深山は、川西の二式大艇にとって文字通りライバルであった。十三試大艇の正式試作発令は同年8月21日である。
飛行艇は、陸上機に比べると水面からの離着水のために「船」と「飛行機」の性質を併せ持たねばならず、機体は大きくなりがちで艇底の形状も空気抵抗が大きく、速度において陸上機より不利であった。海軍側の要求は、陸上機なみの攻撃力を備え、大航続力をもった、高速機という、当時の飛行艇の水準をはるかに超える過酷なものであった。製作担当の川西航空機は、九七式飛行艇を設計した菊原静男技師を設計主務者に任命し、設計制作を行った。九七式飛行艇で自信をつけていた菊原は「よしきた」という気持ちで張り切ったという。最重点目標は航続距離であった。
1939年（昭和14年）9月に第二次世界大戦が勃発、日本とイギリスやアメリカなどとの緊張も高まる中、和田操空技廠長は1940年（昭和15年）中に本機を完成させるよう厳命する。同年12月29日、十三試大艇は川西鳴尾工場で完成、翌日試験飛行を行う。方向舵の不安定さはすぐに解消されたが、過荷重重量28 tで離水テストを実施したところ、飛沫のためプロペラ先端が曲がり離水不能となる。度重なる水槽実験の結果、艇体の小改造と波押さえ装置（通称かつおぶし）を装備することで飛沫を押さえることに成功。1941年（昭和16年）3月26日に試作1号機が領収され、1942年（昭和17年）2月5日に『二式飛行艇11型　H8K1』として制式採用が決定した。先行していた本命の「深山」が失敗作となる中、二式大艇は高性能の四発大型飛行艇として完成した。
菊原は、「深山」の不運は失敗機であるアメリカのダグラス DC-4Eをベースにした事とした上で、二式飛行艇はゼロから基礎設計を行えたこと・重量管理統制が成功したことが両機の差になったと回想している。
H8K3
二式大艇22型。二式大艇12型（H8K2）の翼端フロートと後部上方20 ㎜機銃を引き込み式にし、空気抵抗を減らして飛行性能を向上させることを意図した機体。1943年（昭和18年）2月13日に領収飛行を行って性能実験を行ったが、重量2トン増加、性能は原型機と全く変わらない上に水上性能も低下、2機の試作のみで終わった。2機は第八〇一航空隊で実戦任務につき、たびたびB-24リベレーター爆撃機と誤認されたという。1945年（昭和20年）3月に2機とも夜間索敵任務にて未帰還となった。
輸送型
海軍は十三試大艇の開発中から輸送型の改造を計画していた。1942年はじめに海軍から川西に試作指示があり、十三試大艇試作1号機を輸送型H8K1-Lに改造、1943年（昭和18年）11月30日に納入した。仮称「晴空」三二型（H8K2-L）として、1943年（昭和18年）に11機、1944年（昭和19年）に24機が完成した。1945年（昭和20年）に二式大艇二三型（H8K4）を改造した「晴空」三三型（H8K4-L）も試作されたが、量産されなかった。二式飛行艇輸送型の総生産機は36機であった。
陸上爆撃機型
二式大艇開発後、川西社内では次の機体開発について3案があり、強風を陸上機化した戦闘機開発、新型艦上攻撃機開発案、本機を陸上機化した爆撃機の開発案で、結局戦闘機開発が選択された。
なお、この二式大艇陸上機化案に「海軍でG9Kの記号を与えた」とする説があるようだが、こうしたプランは公式のものではなく、海軍の実用機試製計画にも取り上げられていない。実用機試製計画「K-100」が与えられていたのは、護エンジンを18気筒化した「護改」双発の十七試陸上攻撃機だった。
活躍
大型高速で充分な防御火器を装備した本機は連合国パイロットから「フォーミダブル（恐るべき）」機体と呼ばれた（英国航空評論家ウィリアム・グリーン）。制式採用直後の1942年（昭和17年）3月4日には、大航続力を生かして2機で真珠湾を再空襲した（K作戦）。だが3月7日のミッドウェー島長距離偵察で、K作戦大艇隊指揮官橋爪寿雄大尉機が米軍戦闘機の迎撃で撃墜され、二式大艇最初の戦闘喪失機となった。ミッドウェー作戦では本機が長距離偵察を行う計画であったが、米軍の妨害や天候のため実施されなかった。その後も高速と航続力を生かしてエスピリッツサント島やオーストラリア本土、セイロン島、カルカッタといった長距離の偵察・爆撃に活躍した。ソロモン諸島方面に投入された第八〇二航空隊の本機は、水上機母艦「秋津洲」の支援を受けて活動している。
1943年（昭和18年）11月には、アメリカ軍のP-38ライトニング双発戦闘機3機と40分交戦した玉利義男大尉機が1機を撃退し、自機もエンジン2基停止と230箇所被弾、乗員1名負傷という状態で帰還、その後日本本土に戻された。さらに1944年（昭和19年）以降は日本軍多発機の中にあって、防御が弱かった一式陸攻などに比べると遥かに連合軍にとって危険な相手だった。B-25ミッチェルやB-17といったアメリカ軍の大型陸上機を積極的に追撃して撃墜した記録もある。その攻撃力から「空の戦艦」などとも呼ばれた。
このように頑丈な本機であったが、1945年に入ると太平洋戦線においては連合国軍に対して戦況が悪化して制空権が奪われ、敵戦闘機の攻撃が増えると足の遅さに加え重防御も耐え切れず、消耗していった。機体を短時間で退避、隠蔽させることも難しく、基地や水上に置かれたまま連合国軍機の空襲で破壊されたものもあった。さらに川西航空機の生産力が局地戦闘機紫電改に集中したこともあって1943年末の時点で生産数が低下、1944年は二式大艇12型33機・輸送型「晴空」24機、1945年はわずか2機の生産であった。製造に大量の資材を使い、航空燃料の消費も多かったことも、生産打ち切りの一因とされる。
また1945年3月の第二次丹作戦（銀河による長距離特攻作戦）に代表される長距離の索敵・誘導任務、トラックやラバウルといった孤立した基地への強行輸送・搭乗員救出などを行ったこともあって、成果を挙げると同時に損害も出している。補充も望めない中、第五航空艦隊（宇垣纏司令長官）所属の二式大艇はレーダーを搭載して夜間索敵に活躍したが、アメリカ軍やイギリス軍らの夜間戦闘機・哨戒機の迎撃により少なからず被害を出している。
例えば前述の丹作戦・梓隊で特攻機を誘導した二式大艇3機のうち、生田中尉機は生還、杉田中尉機はPB4Y-2プライヴァティア哨戒機（B-24の発展系哨戒機型）に撃墜され、長峯飛曹長機はメレヨン島に不時着して水没処理され搭乗員は潜水艦で帰投した。五航艦の二式大艇隊は、2月10日から終戦まで27機・約250名を失った。終戦時に完全な状態で残っていたのは二式大艇5機、晴空6機のわずか11機であり、うち8機は終戦から数日で処分、もしくは移動中の事故で失われたため、進駐してきた連合国軍から機体の引き渡しが通達されたときは詫間基地に残された3機を残すのみとなっていた。
また、海軍甲事件で戦死した山本五十六のあとを継いで連合艦隊司令長官となった古賀峯一海軍大将が移動中に遭難し殉職した時には二式飛行艇の輸送機型「晴空」に乗っていた（海軍乙事件）。古賀長官の1番機は燃料7割、福留繁連合艦隊参謀長の2番機は燃料8割の時点で空襲警報があったため離陸、熱帯低気圧に遭遇して墜落したのである。なお、空襲警報は誤報であった。通信科・暗号・気象関係員が搭乗した3番機は無事に到着した。
現存する機体
全タイプ合計167機以上生産されたうち、前述のように終戦後、作戦可能機体は七尾基地の3機のみだったが、1機は詫間基地への移動中に不時着して島根県中海に海没処理された。8月22日の時点で詫間基地に残されていたのは3機。その中の第426号機（表記、1943年（昭和18年）3月製造第26号機/推察）「詫間31号機」が、残存機のテスト飛行を希望したアメリカに引き取られて性能確認試験が実施され、圧倒的な高性能を発揮してアメリカ側を驚かせている。
指揮官兼操縦者の日辻常雄少佐は本機受け取りにきたアメリカ軍クルーのPBY カタリナを操縦し、二式大艇に比べ離水は簡単だが飛行性能は圧倒的に劣り、アメリカ軍指揮官も「飛行艇技術では日本が世界に勝利した」と賞賛した。その一方で着水した二式大艇に新聞記者が殺到した際、日辻は気化ガソリンのため艇内禁煙であることを説明しなければならず、性能が劣るとはいえガソリン漏れの心配がないPBYとの差を実感している。アメリカ軍もPB2Y コロネド飛行艇（二式大艇と同規模）と比較して二式大艇の方が遥かに優秀としつつ、ポーポイズ現象と機体強度に問題があると指摘したが、これは両国・両機の設計思想の違いによるものであった。
1947年（昭和22年）の試験終了後、詫間31号機は長らくアメリカのノーフォーク海軍基地で厳重に保管されていた。1959年（昭和34年）、菊原技師は海軍基地の二式大艇を見学して返還交渉を行ったが、日本への輸送手段が見つからず、3年後に米海軍は合衆国内で永久保存の方針を伝えた。その後、斎藤茂太らが中心となって返還運動を起こす中、1978年（昭和53年）6月にアメリカ海軍の経費削減で保管終了が決定、「日本で引き取る」もしくは「スクラップ」を日本側で選択することになった。その結果船の科学館にて引き取りを表明、1979年（昭和54年）11月13日に日本に到着する。整備を経て1980年（昭和55年）7月から東京の「船の科学館」に長らく野外展示されていた。2004年（平成16年）4月末からは鹿児島県鹿屋市にある海上自衛隊鹿屋航空基地史料館に保管（野外展示）されている。
また、サイパン島には近場の海中に残骸が残っている場所があり、その場所はダイビングスポットになっている。それ以外にもミクロネシア連邦・チューク州（旧島名：トラック諸島）の海底にも同じように二式大艇があり、こちらもダイビングスポットとして間近で見る事ができる。
設計主務者について
設計主務者である菊原静男技師は、その後海軍局地戦闘機「紫電」「紫電改」の設計を担当。終戦後、川西航空機の後身である新明和工業で、再度国産飛行艇PS-1の制作に携わった。