九一式魚雷
魚雷がいったん長軸周りの速い回転を起こすと、水平舵と垂直舵があるべき位置からずれたり、上下反転したりして、結果的に暴走を引き起こした。
1939年、広田大尉(当時)の率いるエンジニアと科学者たちは、数年にわたるテストのデータによる数値解析から、一つの結論を導き出した。航空魚雷には加速度制御(PID制御)によるロール安定制御システムが必要であり、さもなければその航空魚雷は転動し暴走するだろうという結論であった。加速度制御は、当時としては不可能と思われた。この問題が解決されないまま、2年間が経過した。
航空魚雷の設計におけるブレークスルーは、まず1941年春に空技廠の家田工長が最初に発明した安定器(ロール安定制御システム)だった。家田システムの実験に入って10日後に、海軍技師の野間が別のシステムを発明し、1941年夏に最終テストされた。こちらもまったく同じ動作をするが構造は異なっていた。試作機のテスト期間に、後者のシステムのほうが応答タイムラグが少ない点でより良いと判定された。この結果、生産された九一航空魚雷には野間システムが採用された。
縦舵の操舵方式。右一杯/中立/左一杯の3状態をとる全量操舵。舵角一杯の全量操舵状態を所定の時間維持する積分的操舵。九一式航空魚雷は、魚雷長軸の左右転舵方向には長い時定数をもつ。
V : 魚雷の速度 VH : 魚雷の水平速度 VZ : 魚雷の垂直速度 φ : 魚雷の進行方向の水平軸に対する角度 θ : 魚雷の進行方向の水平軸に対する姿勢角度 α : φ と θ とのなす角度、すなわち魚雷の尾翼の頭上げ角 W : 魚雷の質量 g : 重力加速度 (9.8 m/sec) I : 魚雷の重心での揚力モーメントの慣性係数 ω : 揚力角速度(単位はラジアン) D : 空気抵抗モーメント L : 揚力モーメント M : 魚雷の長軸周りの回転モーメント ρ : 空気密度 S : 魚雷の断面積 l : 魚雷の長さ lH : 魚雷の尾翼による揚力モーメントの中心と重心との距離
lH の値は、箱型の木製安定尾翼のあり/なしによって異なる空気抵抗モーメント係数として、風洞実験で測定した。
l H = ( − C m g H l + C t H d ) / C n H {\displaystyle {\mathit {l}}_{H}=(-C_{mgH}\,{\mathit {l}}+C_{tHd})/C_{nH}\,}
ここで、各係数は次のとおり:
CnH = CXH sin α + CZH cos α
CtH = CXH cos α + CZH sin α
九一式改7頭部は1943年に採用された双発機雷撃用の頭部であって、艦底破壊用の起爆装置である三式爆発尖「T金物」が、通常の爆発尖とともに装備された。三式爆発尖には、水中で曳航する凧を用いた。魚雷は水深 10 m という、艦船の喫水に対して深めに設定された水中を駛走し、頭部から伸ばした約 10 m の曳航索で、大きさ 1 m 余りの小型水中曳航機を、金属製凧として引っ張り、魚雷から 2.2 m 上方に揚げて進んだ。曳航機が標的艦船の下側面に激突して潰れたとき、曳航索の張力がなくなって艦底直下に先行している魚雷頭部の信管を作動させ、装甲されていない艦底を破壊する。魚雷深度計の水深調整は、通常雷撃目標の水深 3 m(巡洋艦)〜 5 m(戦艦)より2倍以上深く、標的艦船の艦底を通り過ぎる水深 10 m に事前調整された。航空魚雷開発関係者たちは技術的に成功と考え、戦後にアメリカ海軍を驚かせたと伝える。
三式爆発尖「T金物」は1944年10月中旬の台湾沖航空戦だけで使用された。台湾沖航空戦後に鹿屋基地の魚雷調整班において反省会が開かれた。この頭部が駛走終期に自爆を起こすという問題点と、水中曳航機が嵐の大波や軍艦の航跡波をうけ曳航索の張力が変動し信管の自爆を起こした可能性が指摘された。この基地で調整した航空魚雷を、台湾沖航空戦の攻撃に向かったT攻撃部隊(七六二航空隊)が装備した。所属の双発攻撃機である一式陸攻、銀河、キ-67(四式重爆撃機)雷撃機(陸軍九十八戦隊)は全機、「T金物」付きの改7頭部の航空魚雷を搭載して雷撃を行ったと伝えられる。。台湾沖航空戦以降「T金物」は使用されなかった。