軍用機の設計思想
第二次大戦末期からはジェット戦闘機時代へと入りつつあった。この時米陸軍は戦略爆撃機B-36を開発していたが、この時代のジェットエンジンに有利な高高度巡航をしたとしてもなお燃費が悪くジェット護衛戦闘機の実現は困難とみられていた。また、長大な航続距離は単発戦闘機での護衛も困難とみられていた。そのため長距離護衛戦闘機としてP-82戦闘機が開発されている。ジェットエンジンの場合は小型であればあるほど出力効率が高い傾向にあることと、胴体内に収めることすら可能でロール方向の運動性を阻害しないため、大型エンジン単発よりも小型エンジン双発のほうが、より軽量にまとまり運動性も高い。F-5戦闘機やMiG-19戦闘機は、双発であるが高い運動性を持つ事で知られる。現代戦闘機で小型機には単発のものが多いのは、コストとの兼ね合いによるものである。
昭和10年4月から翌11年にかけて、陸軍航空本部技術部長伊藤周次郎少将を団長とする欧米航空視察団がドイツ・ポーランド・イギリス・イタリア・フランス・アメリカに派遣されている。この頃は戦闘機より速い爆撃機ことブレニム爆撃機の初飛行とほぼ時期を同じくしており、爆撃機の全金属単葉化によって陸軍のみならず日本海軍や列強諸国でも戦闘機無用論が唱えられつつあった頃である。爆撃機が高速になっただけでなく、全金属化によって複葉時代の戦闘機で常識的な7.7mm機銃二丁では破壊困難なことが射撃実験で判明しつつあった。
ただしこの事は迎撃戦力の意義を否定したものではないことに留意すべきである。この時期は戦闘機に取って困難な敵は敵戦闘機よりも高速爆撃機だった、ということであり、この問題意識が各国それぞれの重武装戦闘機へと繋がっていく。英国では8銃装備のハリケーン開発、米国では搭載銃の7.7mmと12.7mmの混載状態から12.7mmへの統一化やP-38開発、日本海軍では零戦開発といった形で結実する。
視察団の報告は戦闘機に限らず航空兵備全般にわたるものであり、「爆撃機は各国が最も力を注いでいる分野で、速度の増進と空気抵抗減少のための装備法の改善が行われている。近く400ないし450キロの速度のもの出現が予想される。戦闘機は依然として速度の増進に努力が傾注され近く450ないし500キロのものが出現しようとしている。このため、従来のような旋回性能を要求することは不可能となって、戦闘法にも自然に変化が生ずるものと思われる。」「発動機の馬力は逐次増大して1000馬力あるいはそれ以上のものも出現しているが、当分は大馬力発動機としては700ないし800馬力級が最も信頼性のあるものとして広く実用されよう。武装は、戦闘機では四銃または六銃の機関銃を装備したもの、あるいは軽砲および機関銃併用のものが近く制式機として出現する機運にある。軽砲装備の飛行機は将来ますます増加し、20ないし25ミリ付近が最も多用され、38ミリ級は当分研究時代として経過する模様である。」という内容もあった。
伊藤少将は帰国後、航空技術研究所所長として研究方針審議に参加している。昭和十二年度の陸軍航空本部兵器研究方針のうち、単座戦闘機に関するものは以下のとおりだった。
主として敵機攻撃用に用い銃、砲を搭載の二種につき研究す
主要装備 「1、固定機関銃(砲)二(一) なお銃数の増加並び銃、砲の併用に関し研究す 2、無線装備 一式」
上記の方針をもとに一式戦闘機「隼」や二式単座戦闘機「鐘馗」の要求がされている。
十三年度研究方針では軽単座戦闘機、重単座戦闘機の用語が登場する。
軽単座戦闘機にありては特に格闘戦性能に、重単座戦闘機にありては特に速度に卓越せしめかつ予想敵国のものに比し常に性能の優位を保持することに務む
行動半径は300キロを標準とし概ね30分の余裕を有し、本来の性能を害せざる範囲に於てなし得る限り600キロに延長する手段を講ず
主要装備 「固定機関銃(砲)装備 軽単座戦闘機 銃二 重単座戦闘機 砲一銃二 無線電話装備 一式」
重単座戦闘機が格闘戦性能を諦め、速度性能に絞り込んだ理由は重量問題が大きいと思われる。八九式固定機関銃二門で約25kgなのに対し、後に陸軍最初の主力機関砲となった一式十二・七粍固定機関砲は一門で23kgであり、上記「増大係数」をそのまま適用した、軽戦闘機並みの格闘性能を持った砲一銃二の機体を設計すると重単座戦闘機は軽単座戦闘機のおよそ倍(弾丸重量を計算に入れるとさらに差は開く)の離陸重量になってしまう上、そんな大重量戦闘機にふさわしい大出力発動機も存在しなかった。また、ここまで重単座戦闘機の砲装備が一門とされているのも目を引く。これはフランスのドボアチンD520等のモーターカノンに影響を受けていたと考えられるが、実施に不可欠となる大馬力水冷発動機の入手が見込み薄とみなされたためか、この部分は翌年の部分的な改正で砲二(もしくは一)に改められた。
昭和十五年度方針では軽単座戦闘機と重単座戦闘機の方針は明確なものとなった。
昭和十五年度方針では複座戦闘機の方針が消えている。
この方針の下で重戦中間機キ60及び、軽戦キ61(後の三式戦闘機「飛燕」)、軽戦キ62、重戦キ63、重戦キ64がまず要求された。キ60が中間機とされているのは「重戦闘機はまず20ミリ砲を積んだ中間機を完成させる」という方針が存在したことによる。
こうして一度に5機種が要求されたが、順調に計画が進行した機種は一つもなかった。
キ62は発動機をハ115と指定していたが、これは現時点審査で苦戦していたキ43の性能向上計画(後の隼二型)と同じである以上、得られる性能も同程度であり、新規に計画する意味が不明だった
十五年度の計画がほぼ全て挫折という状況下、十六年春に陸軍は三菱に要求したキ65襲撃機を計画変更し、重戦闘機の要求に切り替えている。これは海軍の十四試局地戦闘機を陸軍に合わせた小変更で採用し、満州飛行機でも転換生産しようというものだったが、十四試局地戦闘機の開発難航によって計画は流れた。
この時点で開発見込みのない計画番号の再検討、集約も始まっていた。
キ60 重単座戦闘機としては性能不足、軽単座戦闘機としての採用を検討されるも、不採用に
キ61 DB601の国産化にめどが付き、なおかつその発動機を最優先で割り当てられていたキ60が不採用となったことからハ40搭載で試作へ。十六年半ばには発動機と武装の強化で重単座戦闘機化計画が持ち上がる
キ62 ハ45を積み重戦と軽戦の中間的機体とする事も一時検討されたが、キ43-Ⅱ(後の隼二型)をキ62とみなし、事実上計画中止
キ63 キ44-Ⅲをキ63とみなす
欧州戦線の様相も伝わり、Bf109輸入計画(審査結果によっては国産化を検討)なども進められる状況下で、陸軍航空本部と航空技術研究所は軽単座戦闘機に熱意を失いつつあった。
十六年末に初飛行、590キロを記録し重単座戦闘機より速い軽単座戦闘機となったキ61は武装強化されて配備され、発動機強化とホ5搭載がなされたキ61Ⅱ、キ61Ⅱ改(後の飛燕二型)は航空本部によって重単座戦闘機として扱われている。
そしてキ61の搭載するハ40、ハ140にも問題があった。それは発動機の工数でいうと三菱、中島の空冷発動機に比べて三~四倍近い加工時間を要する生産性の低さであった。
総加工時間は、ハ112は2410時間で、ハ104は3160時間、ハ115は3621時間、ハ45は4220時間に対し、ハ40は11800時間、ハ140は12200時間であった、
このような中、キ44-Ⅲと、「キ62のハ45搭載案」の二つの計画を統合した形でキ84(後の疾風)が十六年末に要求されている。
試作を十七年五月に命じたこの計画は日本海軍式に言えば十七試の計画であり、海軍であれば誉ではなく、その改良型を軒並み指定されていたところだが、(前段階の計画であるキ44-Ⅲがハ145で計画されていたにもかかわらず)キ84はハ45を指定され、火力を20mm砲二門、12.7mm砲二門とした計画だった。
海軍系のハ45の導入という形で、大量配備に応えられる大出力発動機に見込みがつき、昭和十八年度方針において陸軍は要求戦闘機の分類をそれまでの「軽単座戦闘機/重単座戦闘機」から「近距離戦闘機/遠距離戦闘機」へと変更している。軽単座戦闘機は重単座戦闘機に併呑される形で「近距離戦闘機」へ分類され、20ミリ砲二門、30ミリ砲一~二門を持つとされているのである。
任務 敵機特に敵戦闘機の攻撃に任ず
1.敵国最優秀戦闘機に対し必勝を期し得ること
2.水平速度に卓越せしめ且つ上昇力を重視し軽快性をしてこれに調和せしむ
3.行動半径は500kmとし800kmに延長し得しむ
何れのの場合においても行動のため1時間、空中戦闘のため30分の余裕を有せしむ
4.常用高度は400m乃至11000mとす
5.武装は20mm機関砲2 30mm機関砲 1~2を標準とす
6.軽易なる航法及び通信装備を具備せしむ
7.要部の防護に留意す
1.水平速度は750kmを目処とす
2.40mm機関砲の装備につき研究す
3.雪上装置につき研究す
4.昭和21年3月を目処とし審査完成に努むるものとす
1943年12月25日、陸軍航空審査部から「戦闘機に関する意見」が提出され、それまで一般的に、近距離戦闘機、防空戦闘機、夜間戦闘機、高高度戦闘機、遠距離戦闘機と陸軍で分類されていた戦闘機を近距離戦闘機、高高度戦闘機、夜間戦闘機の3つに絞り、所要の装備を施してその他の任務に流用するという意見が出された。
後に三式戦闘機二型の首なし機問題が取り上げられて五式戦が生まれると、軽戦闘機に分類された。
日本海軍では、急降下爆撃を行える機体を爆撃機、水平爆撃および雷撃のみを行える機体を攻撃機とする独自の分類があった。
当初、戦闘機は航空母艦に搭載して上空直掩、艦上攻撃機の援護を任務とするため、艦上戦闘機は空戦性能と航続力が求められていた。支那事変の戦訓として3つの戦闘機が要求され、遠距離で行動し、攻撃機の援護ができる艦上戦闘機、陸上戦闘機の要求は零戦に、空襲を阻止する局地防空用陸上戦闘機の要求は十四試局戦(雷電)に、陸上攻撃機に随伴する遠距離援護戦闘機の要求は十三試双発戦闘機(後に用途を変更して二式陸偵、夜間戦闘機月光となる)にして開発が進められたが、後者2つは初めての機種で重点が明らかでなく、戦力化が遅れた。また、大東亜戦争前半は前進基地の防御のために一五試水上戦闘機が川西に依頼され、後半は敵大型機の夜襲から夜間戦闘機が必要になり、艦上戦闘機から陸上戦闘機へ重点が変わっていった。1944年、用兵思想を明らかにするために戦闘機機種の統合を図り、対戦闘機用として空戦性能を重視した甲戦、対攻撃機用として陸上戦闘機の思想を単純化し、高高度性能を重視した乙戦、夜間行動を重視して複座機で兵装を強化した丙戦、前進基地の防御用で性能は乙戦に準じる水戦に整理・分類された。
双発戦闘機の成功例として知られるアメリカのP-38は、ボマーエスコート(爆撃機爆撃機に随伴する護衛機)として必要な能力を備えていた。しかし同機はもともと陸軍が提示した要撃機の要求に対し、必要な速力と大火力を確保するために双発機とされたものであり、由来において1930年代の双発護衛戦闘機論とは全く関係がない。座席も双発護衛戦闘機が複座、あるいは三座だったのに対して、元来が要撃機であるP-38は単座であり、ロッキード側の裁量でコクピットを広めにし空調を備えるなど長距離飛行の負担を軽減する設計にしていたが、それでも長距離飛行はパイロットに苦痛を強いる事となった(これは前述の単発・単座戦闘機にも言える事であった)。さらに、頑丈で急降下速度が速い反面、旋回性能や急上昇性能が単発単座機よりも低いため、戦闘機相手には急降下突撃からの一撃離脱戦法を中心に戦わざるをえず、それを行うと再上昇するまで一時的に爆撃機の護衛要員が少なくなってしまうという問題も有していた。
P-51は武装積載量以外はP-38以上の性能を有しており、速度を活かした一撃離脱戦法の他、P-38では事実上不可能だった格闘もある程度は可能となった。また主任務であるボマーエスコートの他、装備を変更するだけで対地攻撃も可能であり、戦闘爆撃機のような運用も行われた。
アメリカ海軍では第二次世界大戦前にエシュロン隊形による空戦が浸透していたが、零戦の登場により格闘戦は危険と判断し、サッチウィーブと一撃離脱戦法を組み合わせるなど集団戦が主流となり、戦闘機も過剰な格闘性能を捨て最高速度や防御性能、高度な連携を可能にする無線機など戦術に適した設計が主流となった。
ジェット機の発達と共に機体が大型化、高価格化するのに対し、限定した性能で現有主力戦闘機より安価に整備可能であることを目的とした簡易的戦闘機を軽戦闘機(軽量戦闘機)と呼ぶことがある。意識してこの方向に振った西側戦闘機はF-104スターファイターが英国のフォーランド ナットとならんで最初期の物である。F-104の初期型はM61 ガトリング砲と翼端のサイドワインダー2発(従って翼端ポイントを増槽と交換すると武装はM61ガトリング砲のみになる)に武装を留めた代わりに、高い加速性能、上昇性能を発揮し、NATO諸国における要撃機の標準となった。
しかし、米国ではSAGEシステムとのリンク能力に欠け、レーダー誘導ミサイルを装備できず、航続力も短いF-104はF-106の前に影の薄い存在となった。その後もF-5フリーダムファイター/F-5EタイガーIIは途上国向けに多くを輸出しヒット作となっている。
アメリカ空軍はF-15の調達を目論んで居たものの、コスト高騰にあえぐ議会の圧力によって1972年、LWF:Light Weight Fighter(直訳すれば軽量戦闘機)コンペを実施した。一位に選ばれたジェネラルダイナミックス案、二位に選ばれたノースロップ案に実用性有りと議会は判断し、ACF( Air Combat Fighter )として実用化が図られる。これはそのままF-15の調達数削減となるため国防総省は反対したが、議会に押し切られF-16を制式化した。当初はレーダー誘導ミサイルを搭載しない昼間格闘戦闘機という位置づけであった。しかし開発が進むにつれ対地攻撃能力を付加され、当時の主力レーダー誘導ミサイルであるAIM-7を誘導できないことから来る射程が短い欠点は
ミサイル自身がレーダーを持ち、自己を誘導するAMRAAMが登場することで補われ、堂々たるマルチロールファイターと呼べる機体になった。
F-16はもはや軽戦闘機というジャンルからは脱却したと言って良いが、以上の開発経緯を持つために軽戦闘機と呼ばれることも稀にある。
F-15が高価な事から輸出が限られたのに対し、F-16はNATO諸国から発展途上国まで世界各国に輸出されたベストセラー戦闘機となった。当のアメリカ空軍においても、数の上ではF-16のほうが圧倒的に多く、主力機となった。F-15は高価であるがゆえに損耗率の大きい近接支援任務への投入は敬遠されほぼ純粋な制空戦闘機、そして発展型のF-15EはF-111後継の低空侵攻型戦闘爆撃機として運用されているのに対し、F-16は制空部隊だけでなく、F-15に比して安価であるため損害が許容されるとしてA-10の後継機として近接支援攻撃にも充当され住み分けがなされている。
F-15も通常爆弾や誘導爆弾を装備可能であり、近接支援を行う能力は持ち合わせている。行わないのは単純に損耗リスクと調達コストの問題であり、その意味ではF-16はF-15に対する軽戦闘機で在り続けていると言える。