軍用機の設計思想
燃料タンク等の重量物を主翼内に置かない、置く場合は出来る限り内側、胴体寄りに配置する
第二次大戦のフォッケウルフ Fw190は国情から要求された行動半径が小さく、胴体内に燃料タンクを設けただけで済んだことと、設計者のクルト・タンクがロール率を特に重視したことから同時代では極めて良好な横転性能を持っていた。
日本の零戦が高い運動性を持っていたと言われるが、これは低翼面荷重を生かした高い旋回性を持っていたということであり、NACA Report 868によると横転性能では米英の機体に比べてやや低いレベルにあったようである。
横転性能の向上と旋回性能の向上では特に主翼形状で相反する部分が多く、軍の要求する戦技に適切な形状を選ぶことが必要である。
横転性能の高いFw190が日本に輸入された時には、日本陸軍の操縦士(黒江保彦)によるテストではその点が評価されず、旋回性能の低さが問題視されているし、横転性能が低いとされる零戦ではあるものの旋回性能の高さを米国は脅威視し、ドッグファイトを避けてサッチウィーブや一撃離脱戦法で対抗したのは事実である。
なお、上述は全て、空気力学的な運動性の確保についてである。ジェット機においては、近年、エンジン排気の推力偏向も導入されるようになった。失速速度に近いポストストール領域では動圧が少なく動翼操舵での機体操縦に困難があったが、推力偏向の導入でポストストール領域でも機体の運動性を確保する事が可能となった。
欧州戦で夜間爆撃を担当した英空軍は、元来高速爆撃機として作られたモスキートの夜間戦闘機型を作るよう命じ爆撃機に随伴させた。アメリカのP-61夜間戦闘機は迎撃戦闘のみならず夜間における爆撃機の護衛戦闘機としても計画されたが、完成時期が遅く欧州戦に与える影響は殆ど無く、主に日本の夜襲を迎撃することで活躍した。
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。
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。
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。
これをコーナー速度といい、機体が発揮可能な最も高い旋回率を発揮できる速度であり、コーナー速度の瞬間最大旋回率が最も高い旋回率となる。低翼面荷重の戦闘機は失速速度も低くなるため、コーナー速度も低くなって瞬間最大旋回率を大きく取ることができる。
失速速度がコーナー速度、即ち瞬間最大旋回率に影響することから、失速速度を低下させる高揚力装置を空戦に使用できれば格闘戦で有利に立てる。戦間期に実用化されたフラップは、第二次大戦時の戦闘機では空戦フラップとして少なからぬ機体で用いられた。空戦フラップではないが、Bf109は高揚力装置として前縁スラットを備え、スピットファイアはおろか、ハリケーンよりも小さい旋回半径での旋回を可能としていた。 主翼迎角を増して揚力を増やすより、フラップを展張して同程度の揚力を発生させる方が揚抗比が改善する領域もあるため、空戦フラップは維持旋回性能を向上させる場合もあった。フラップの展開は抗力も増大させるため旋回に応じて必要最低限の開度を保つことができれば速度減少を抑えることができる。それを実現したのが川西航空機の強風から実用化され、紫電・紫電改にも搭載された自動空戦フラップである。
水平旋回は抗力増大に伴い機体の速度エネルギーを消費するため、水平旋回を使わない方向転換方法としてインメルマンターンやスプリットSのような方向転換も多用される。この場合、方向転換はロールによって行われる。 ロール率を上げるには
アスペクト比の低く、面積の小さい主翼を用いる
こうしてドイツでは Bf 110、日本では月光や屠龍が作られた。双発護衛戦闘機に影響を受けたアメリカ機としてはYFM-1(試作のみ)やその後のXP-58等が挙げられる。
しかし、実戦においては、双発護衛戦闘機は軽快かつ、速度がほぼ同等な単発戦闘機には対抗できず、Bf 110についてはBf 109が護衛につくなどという事態となり、後に護衛任務から外された。月光や屠龍も偵察機や夜間戦闘機として使用されることになった。最終的にこの系統から出た機体は随伴護衛がない状況下の大型機への迎撃、地上洋上襲撃においてのみ成功とみなされるようになる。結局、可変ピッチプロペラの実用化により巡航時の航空機の燃費が大幅に改善された結果、爆撃機と同等の航続距離を持ち同一行動を取れる単発・単座戦闘機として、零戦や隼、P-47、P-51といった機種が出現したことで、この議論に終止符が打たれたことになる。なお、類似した機種に、爆撃機をベースに多数の機銃座を装備した、翼端援護機の構想も存在した。
また、ドイツで夜間の対爆撃機戦闘機として双発戦闘機が登場すると、再び双発護衛戦闘機のニーズが生じるようになる。双発戦闘機は単発戦闘機に運動性では及ぶべくもなかったが、敵が双発戦闘機であれば同じ双発戦闘機で対抗可能となったのである。