Title: 零式艦上戦闘機 (Mitsubishi A6M Zero)
Section: 特徴
Subsection: 構造

零戦は、速力、上昇力、航続力の各数値を優れたものとするために、軽量化を徹底している。同時期の艦上戦闘機であるF4Fワイルドキャットが構造で機体強度を確保していたのに対し、零戦はより強度の高い素材を使用して部材の肉を抜き重量を削減した。軽量化は骨格にとどまらず、ボルトやねじなどに至るまで徹底したという。しかし、これら軽量化策は想定外の強度低下を招き、初期の飛行試験では設計上耐えられるはずの条件下での機体の破壊を招いた。1940年3月、十二試艦戦2号機が昇降舵マスバランスの疲労脱落によるフラッタにより空中分解しテストパイロットの奥山益美が殉職、さらに1941年4月、二一型135号機と140号機がバランスタブ追加の改修をした補助翼と主翼ねじれによる複合フラッタにより、急降下中に空中分解して下川万兵衛大尉が殉職、開戦直前まで主翼の構造強化や外板増厚などの大掛かりな改修が行われている。設計主務者の堀越技師は、設計上高い急降下性能があるはずの零戦にこのような事態が発生した原因として、設計の根拠となる理論の進歩が実機の進歩に追い付いていなかったと回想している。操縦席の横に補強した脚置き場を設置し、胴体フィレット下と胴体側面に引き込み式のハンドルとステップを取り付けている。そのステップと一部のハンドルは操縦席から手が届かず、離陸前に整備員が押し込む必要があった。生産段階でも多数の肉抜き穴や、空気抵抗を減らす目的で製造工程が複雑な沈頭鋲を機体全面に使用するなど、生産工程が増える設計となっているが、少数精鋭の艦戦ということで工数の多さが許容されたからである。大戦中期以降は後継機の開発が遅れたため生産数を増やす必要に迫られたことで設計を変更し、工数を減らす努力が続けられたが、設計段階から生産効率を考慮したP-51マスタングと比較すると零戦の生産工数は3倍程度もあり、生産側の負担となった。米軍が鹵獲した零戦二一型の機体調査に携わったチャンス・ヴォートのエンジニアから、V-143戦闘機と引き込み脚やカウリング・排気管回りなどが類似していると指摘されたため、零戦そのものがV143のコピー戦闘機であるという認識が、大戦中だけでなく現在でも一部海外で存在する。しかし、この説は開発開始時期の相違によって否定されている。降着装置が半引き込み式で、尾部の突起が少々長いが、外形、寸法、各種数値が似ているグロスター社のF.5/34をコピー元とする説もあるが、零戦の寸法は、翼面荷重や馬力荷重を九六式艦戦と同程度に収めるように決められた数値である。しかも、グロスターのF.5/34が前近代的な鋼管骨組み構造であるのに対し、零戦は九六式艦戦と同じ応力外皮（モノコック）構造なので、コピー説は否定されている。似ているのは、機体形状に関して冒険を避け、当時主流の設計にまとめられた結果である。零戦には九六式艦上戦闘機同様、全面的な沈頭鋲の採用、徹底的な軽量化と空気力学的洗練、主翼翼端の捻り下げ、スプリット式フラップ、落下式増槽などがある。主翼と前部胴体の一体化構造は、陸軍の九七式戦闘機（中島製）に採用された技術で、フレーム重量を軽減するが、翼の損傷時の修理に手間取るという欠点がある。降着装置零戦の降着装置は、油圧作動式の引込み脚であり、空気抵抗を削減するために主脚及び尾輪を機体内へ引き込む設計とした。引込み式の降着装置は日本の艦上機としては九七式艦上攻撃機に次いで2番目の採用となる。主脚は萱場製作所製のオレオ式緩衝装置を備えていた。主脚は主翼中程から胴体側へと内側に折りたたまれた。これは主翼の構造がやや複雑になる反面、強度や安定性に優れ安全性が高い。油圧が少なくて済むよう、主脚は左脚が引き込まれた後、右脚が引き込まれた。降着装置の作動状態は尾輪も含め操縦席左側の脚位置表示灯で確認できるとともに、主翼上面に棒が飛び出して主脚が出た事を知らせる機構も併用している。主脚カバーには、整備員が荷重状態がわかるように、青と赤のストライプが塗られていた。これを青・黄・赤の三色とするのは、実は戦後に零戦のプラモデルの塗装例によって広まった誤解である。胴体側の車輪カバーは、引き込んだ主脚が爪を押して閉める機械式ロックを採用した。トラブルで脚が出せないときは、応急脚出し引手（応急用手動ポンプ）で脚を下ろした。主翼二本桁構造で翼弦の30 %位置を左右一直線として前桁を通し、後桁は図面計測で63 %位置を通っている。超々ジュラルミンESD材は桁のみに使われ約30 kgの重量軽減になると計算された。翼型は九六艦戦、九六陸攻、九七司偵等で実績がある三菱B-9翼型の肉付けとNACA23012系の矢高線を組み合わせた「三菱118番翼型」を採用。翼面荷重は海軍が要求する旋回性能、離着艦性能に応えるため当時の世界的趨勢より思いきって低くし試作機段階で105 kg/m2以下を狙った。中央翼弦長、中央翼厚は主脚引込、燃料タンク、翼内砲の必要容積から定まったが、翼厚の%について設計主務の堀越技師は書き残していない。翼型断面図の寸法から計算すると、1番リブ位置で約14.26 %、12番リブ位置で約14.21 %となる。1番/12番リブは共に取付角2度で、2.5度の捩り下げはその外側から始まりサインカーブ状、なだらかに捩られている。21番リブ位置で約11.11 %、取付角0度、26番リブ位置で約9.01 %、取付角−0.5度である（翼厚については付根14.4 %、翼内砲取付部15 %、翼端9 %とする資料もある）。最大矢高は翼弦の2 %、外翼で徐々に増して翼端で3 %。上面図で見る翼端は丸く見えるが円弧ではなく放物線である。超々ジュラルミン住友金属工業が開発した新合金である超々ジュラルミンを主翼主桁に使用した。後に米国でも同様の合金が実用化されている。日本・英語圏ともESDと呼ばれるが、日本では「超々ジュラルミン」の英訳である「Extra Super Duralumin」の略であるのに対し、英語圏では「E合金」と「Sander合金」をベースに作られた「Duralumin」という意味の略号である。ちなみに現在のJIS規格では、7000番台のアルミ合金に相当する。剛性低下式操縦索人力の操舵では操縦装置を操作した分だけ舵面が傾くが、高速飛行時と低速時では同一の舵角でも舵の利きが異なるため、操縦者は速度に合わせて操作量を変更しなければならない。そこで零戦では操縦索を伸び易いものにして、もし高速飛行時に操縦桿を大きく動かした場合でも、気流の抵抗で動きにくくなっている舵面との間で操縦索が引き伸ばされることで舵角が付き過ぎないよう補正されるようにしている。この仕組みは昇降舵につながる操縦索だけに用いられた。従来は、主任設計者である堀越二郎の記述により、剛性低下操縦方式の採用は零戦からだと思われていた。しかし近年、曽根嘉年が残した資料によって、剛性低下操縦方式はすでに九六式艦上戦闘機二号二型から導入されていたこと、この発想の原点は本庄季郎が設計をとりまとめた九六式陸上攻撃機の先行試作機である八試特殊偵察機だったことなどが明らかになっている。光像式照準器（九八式射爆照準器、俗称OPL）海軍では大戦間期の1932年にルヴァロワ光学精機社製照準器を試験的に輸入して以来、慣例的にOPLと呼称していた光像式照準器を日本の戦闘機で初採用した。従来の照準器は「眼鏡式」と呼ばれ、照準用望遠鏡が前面風防から突き出ていたので空気抵抗が増し、搭乗員はスコープを覗き込む際に窮屈な姿勢となって視界も制限された。これに対し光像式照準器（ハーフミラーに遠方に焦点を合わせた十字を投影する）はキャノピー内に配置されるので、空気抵抗を低減できるうえに照準操作もしやすく、望遠鏡式とは異なって照準器を覗き込まないので、視界が狭くなることもない。九八式照準器は輸入したハインケルHe 112に装備されていたレヴィ2b光像式照準器をコピーしたものであるが、大戦後半には、輸入したユンカースJu 88に装備されていたレヴィ12C光像式照準器をコピーした四式射爆照準器に更新されている。発動機零戦五四丙/六四型を除き、制式採用時より中島飛行機製「栄」エンジンを搭載する。零戦の性能向上が不十分だった原因として、発動機換装による馬力向上の失敗がある。雷電・紫電の穴埋めとして零戦の武装・防弾の強化及び高速化を図った五三丙型（A6M6c）の開発を開始、水メタノール噴射装置の追加によって出力向上を図った栄三一型（離昇1,300馬力を予定）の搭載が予定されており、武装・防弾を強化しても最高速度を580 km/h台までの向上が可能と試算されていた。栄三一型の開発は比較的順調に進み、五三丙型試作一号機を用いて実用審査が行われていた。しかし、1944年秋頃に多発した零戦のプロペラ飛散事故の原因が栄二一型の減速遊星歯車の強度不足であることが判明し、対策を必要とする零戦（五二型系列約300機）の改修に海軍の栄三一型審査担当者が追われ、栄三一型の審査は一時中断された。そしてこの時に始まったフィリピン戦に対応するため、審査未了で生産できない栄三一型の代わりに栄二一型が装備されることになったものの、審査と平行して生産されていた栄三一型用の調整は困難かつ実効がほとんど認められず、性能低下の一因ともなる水メタノール噴射装置は倉庫で埃を被ることになった。一方で、同時期に陸軍の栄三一型審査担当者は審査完了しており、水メタノール噴射装置の可能性を実感した結果、これを改良した栄三二型（離昇1,300馬力）を搭載した一式戦闘機三型を1944年7月から量産開始した。この結果、大量生産された零戦五二丙型（A6M5c）は栄二一型（離昇1,130馬力）装備のまま武装・防弾だけを強化したので正規全備重量が3,000 kg近くに増加し、急降下性能の向上は見られたが、零戦の持ち味であった運動性能と上昇力がともに低下した機体が量産されるに至った。この混乱が治まった後に栄三一型の審査は再開されたものの、すでに審査終了が1945年の初頭になっていた。その後、零戦六二型（A6M7）には栄三一甲/乙型（離昇1,210馬力）、これと併行して零戦六三型（A6M7）には栄三一型（離昇1,300馬力を予定）を1945年2月から量産開始させたが、その大多数は水メタノール噴射装置を廃した栄三一甲/乙型を搭載した零戦六二型（A6M7）で、一部は保管され審査完了待ち状態だった栄三一型を零戦六三型（A6M7）に装備した。2機種を競合させて零戦六二型（A6M7）の生産を優先させた理由は、水メタノール噴射装置自体の重量が約100 kgと70 Lの水メタノールタンクで合わせて約170 kg以上の重量があったため、零戦の運動性能が損なわれると判断されたからである。水メタノール噴射装置の不具合とそれによって引き起こされる稼働率の低下も問題になったと考えられる。運動性能を重視して稼働率の高い零戦六二型（A6M7）か、速度性能を重視して稼働率の低い零戦六三型（A6M7）を競合させた結果、前者の方を量産するに至った。零戦に栄より大馬力を期待できる金星を装備するという案は、十二試艦戦の装備発動機選定以降も繰り返し浮かび上がっている。まず、零戦二一型の性能向上型であるA6M3の装備発動機を検討する際に栄二一型と共に金星五〇型が候補として挙がったが、最終的には栄二一型を採用、次に1943年秋に中島飛行機での誉増産に伴って栄の減産が計画されたため、零戦にも金星六〇型への発動機換装が検討されたが、航続距離の低下とより高速重武装の雷電二一型（J2M3）の生産開始が近く、中止になっている。1945年、中島飛行機において誉のさらなる増産に伴い、中島での栄は生産中止となり、再び零戦の金星六二型への発動機換装が計画された。発動機換装型の零戦五四型（A6M8）は、艦上爆撃機彗星三三型のプロペラとプロペラスピナーを流用した間に合わせ的な機体だが、発動機換装により正規全備で3,100 kgを超える機体に零戦各型で最速となる572.3 km/hの速度と五二甲型（A6M5a）並みの上昇力となったが航続距離は大幅低下、局地戦闘機的な性格が強い機体となる。性能向上型としては成功したように思える五四型だが、試作一号機が1945年4月に完成する数か月前に、金星を生産する三菱の発動機工場がB-29の爆撃（名古屋大空襲）によって壊滅し、結局は試作機2機が完成したに過ぎず、零戦は最後まで栄を搭載せざるを得なかった。開戦前の海軍は栄二一型に換装した性能向上型の零戦、後の零戦三二型に期待しており、三菱の他にライセンス生産を行う中島飛行機でも三二型の大量生産計画が立てられていた。しかし、三二型は出力向上と引き換えに燃費は悪化し、過給器を改良したぶん寸法が大型化したエンジンのためエンジン後方にあった胴体内燃料タンクの容量を減じなければならず、折しも実戦配備時期が長大な距離を飛行したあとの空戦を強いられたガダルカナル攻防戦には航続距離の問題から投入できないことが判明し、改良型の栄二一型の不調もあって、中島飛行機での零戦三二型のライセンス生産は中止、1944年前半まで零戦二一型の生産を続けている。設計者の堀越は1944年9月の社内飛行試験報告において軍に対し、工作精度の低下、劣悪な燃料から生産機は設計値から25 %の性能低下、とした試算、実験報告をしている。アメリカ軍が現代のハイオクガソリンと遜色ない100オクタンのガソリンを安定的に使用できたのに対し、日本軍の航空91揮発油は額面上では91オクタンであるものの実際には87程度、航空87揮発油（87オクタン）は85程度という証言もあり、ガソリンの品質悪化により不調や性能低下が誘発された。定速回転プロペラ恒速回転プロペラとも呼ばれ、回転数を一定に保つため、プロペラピッチ変更を自動的に行うもので、操縦席にあるプロペラピッチ変更レバーにより任意でのピッチ変更も可能である。日本の艦上機としては九七式艦上攻撃機、九九式艦上爆撃機についで3番目に装備された。零戦に使用されたのは当時多くの機体に使われていたハミルトン・スタンダード製の油圧式可変プロペラを海軍向けのプロペラを生産していた住友金属工業がライセンス生産したものである。アメリカの参戦により以降に開発された改良型や新型の情報、そして、より精密な加工に必要な工作機械が入手できなくなった。これらの対策として住友金属では独自に改良型の試作が行われ一〇〇式司令部偵察機三型にピッチの変更範囲を35度に拡大した ペ26 が採用されたが、素材や工作機械の精度により性能の向上は限定的であった。住友金属ではドイツのVDM社からライセンス生産権を得た電動式ガバナーを備えた定速4翅プロペラも生産しており雷電などに採用されたが、構造が複雑で生産工程数や部品点数が多く振動問題もあったため、零戦は旧式ではあるが信頼性の高いハミルトン式の採用が続いた。大戦前の旧式プロペラが改良されなかったことは発動機とともに速度向上の足かせとなった。機銃爆撃機など大型機を一撃で撃墜するため、当時としては強力な20ミリ機銃搭載が求められており、初期型から機首の7.7ミリ機銃（九七式七粍七固定機銃）2挺に加え翼内に20ミリ機銃2挺を搭載しており、当時としては高火力な機体となった。大戦後期には機首の九七式7.7ミリ機銃2挺に替えて、三式13.2ミリ機銃を機首に1挺、両翼内に1挺ずつ、計3挺搭載した型も登場した。7.7ミリ機銃の弾丸は、当時のイギリス軍の歩兵銃であり日本海軍でも国産化していた留式七粍七旋回機銃と同じ7.7 × 56R弾（.303ブリティッシュ弾）であった。これは輸入した複葉機の時代からのものであり、この歩兵用の重機関銃を航空機用に改良したヴィッカースE型同調機銃を、毘式七粍七固定機銃（後に九七式固定機銃）として国産化したものであった。7.7ミリ機銃を機首上部に配置したので、操縦席の正面パネルは計器類を下に寄せたレイアウトとなっている。またプロペラ回転面を通して発射するため同調装置を介しているが、安全に撃てるエンジン回転数の範囲が狭く3000回転を超えると弾がプロペラをこすりはじめたと言い、F6Fと戦う場合など4000回転以上に回す時は 7.7ミリ機銃は使えなかった。零戦搭載の20ミリ機銃は、エリコンFFをライセンス生産した九九式一号銃、FFLをライセンス生産した九九式二号銃および両者の改良型であった。初速は一号銃 (FF) が600 m/s、二号銃 (FFL) が750 m/sであり、携行弾数は60発・ドラム給弾（九九式一号一型・一一型 - 三二型搭載）、100発・大型ドラム弾倉（九九式一号三型または九九式二号三型・二一型 - 五二型搭載）、125発・ベルト給弾（九九式二号四型・五二甲型以降搭載）となっていた。20ミリ機銃は大型機対策として搭載したものだが、防御力が高くて7.7ミリ機銃では効果の薄いF4Fにも有効であり、空戦でも活躍したことは多くの搭乗員が認めている。しかし、携行弾数60発（初期型）を2斉射で全弾消費するパイロットもおり、多数のF4Fを相手にする際は弾数が不足しがちであった。他にも7.7ミリ機銃との弾道の違い、旋回による発射時のG制限などが欠点として指摘されている。これに対応して携行弾数を増加させる改修が施されている。大戦中盤からは一号銃から銃身を長くして破壊力を上げた二号銃が搭載されるようになった。九九式一号銃の初速では、弾丸の信管の不具合もあってB-17フライングフォートレスの防弾板を至近距離でなければ貫通できないことを海軍鹵獲の実物で確認したので、高初速の二号銃の採用で弾道、貫通力が改善し、先行して信管の改良も実施した。携行弾数は、初期の60発ドラム弾倉が、改良され最終的にベルト給弾化、125発に増加した。エリコンFFシリーズは弾倉が機銃構造の一部に含まれるので、ベルト給弾化は困難であり、本家スイスだけでなく技術先進国のドイツでも実施されず、日本の九九式二号四型が唯一の事例であった。20ミリ機銃は威力を活かして重装甲のB-17やF4Fを数発で撃墜し、米軍に脅威を与えた。しかし「照準が難しく、修正しているうちに弾が無くなる」ため、戦闘機との格闘戦においては使い難いという欠点があり、用兵側は一号銃に不満をもっていた。威力に関しても、F6Fなど防御力が向上した戦闘機が登場したこともあり、ミッドウェー海戦で沈んだ空母「加賀」の直掩隊は、さらなる威力増大を求めている。大戦後期にアメリカ軍が12.7ミリ機関銃6ないし8門を装備したF6FやP-51を投入してくると、機首の九七式7.7ミリ機銃2挺に替えて、三式13.2ミリ機銃を計3挺（機首1・翼内2）搭載した型も登場した。防弾零戦は、徹底した軽量化のために防弾装備（防弾燃料タンク・防弾板・防弾ガラス・自動消火装置）は搭載されなかった。初陣から防弾装備の追加は要望されていたものの、重量増によって運動性や航続距離とのトレードオフになること、各種装備の実用化が遅れたこと、さらに連合国軍の反撃に対応するため改修による生産数や飛行性能の低下が許容できなかったことなどから先送りされた。それでも、1943年末からは翼内タンクの炭酸ガス噴射式自動消火装置が、1944年からは操縦席の防弾ガラスや防弾鋼板が順次装備され、一部の機体は胴体タンクを自動防漏式としていたが、最後まで不足が指摘されていた。零戦は涙滴型の風防を備えており、特に後方視界が広く取れた点では同時期の他国戦闘機と比して後方警戒がしやすい利点があった。そのため運動性能と視界の良さを生かして、攻撃を受ける前に避けるという方法で防御力の弱さをカバーするパイロットも多かったが、それには熟練の技術が必要で短期間の訓練で投入された新人には難しく、気象条件や位置に左右されるなど限界もあった。設計者の堀越は、開発時に防弾を施さなかったことは優先順位の問題であり、戦闘機の特性上仕方がないと語っている。当時は大馬力エンジンがなく、急旋回等で敵弾を回避することもできる戦闘機では、防弾装備は他性能より優先度が低く、海軍からも特に注文はなかったという。防弾装備が必要とされたのは搭乗員練度の低下によるもので、分不相応なものだったと回想している。技術廠技術将校岸田純之助は「パイロットを守るために速力や上昇力、空戦性能を上げて攻撃を最大の防御にした。防弾タンクやガラスを装備すれば敵に攻撃を受けやすくなる、日本の工業力から見ても零戦の設計が攻撃優先になったのは仕方ない選択。日本は国力でアメリカに劣っていたため、対等に戦うにはどこか犠牲にしなければならない、防御装備には資金がいるので限られた資源でどう配分するか常に考える必要があった」と語っている。通信装置零戦には前作の九六式艦戦同様に無線電話・電信機が装備され、当初は九六式空一号無線電話機（対地通信距離100 km、電信・電話共用）を搭載していた。ミッドウェー海戦の戦訓は「直衛機は電話を工用し、制空隊・直衛隊の電波を同一となすの要あるものと認む」と述べている。大戦後半はより高性能の三式空一号無線電話機（対地通信距離185 km、電信・電話共用）に変更している。アメリカ軍は、アリューシャンで鹵獲した二一型に装備されていた九六式空一号無線電話機を軽量化のため最小限の装置だけを搭載していると評価し、マリアナで鹵獲した五二型に装備されていた三式空一号無線電話機を「自軍無線機に匹敵する性能をもつ」と評価した。ただし「取付方法や防湿対策に問題がある」とも評価していた。事実、高度や気温で不調となることが多く信頼性が低いので、軽量化目的で無線機（約40 kg）を下ろすベテランもおり、現場では手信号が多用された。この他に艦上機型である二一型からは、単座機では困難な洋上航法を補助する装置として無線帰投方位測定器が新たに搭載されている。これはアメリカのフェアチャイルドが開発したものを輸入・国産化したもので、輸入品はアメリカでの呼称そのままにク式（クルシー式の略）無線帰投方位測定器と呼ばれ、後に国産化されたものは一式空三号無線帰投方位測定器と呼ばれた。これらも絶縁処理やノイズ対策の未熟さや整備マニュアルの不徹底により不調となる例が多かった。なお同時期の多くの単発戦闘機と同様、電探や敵味方識別装置は装備されていない。