九一式魚雷
成瀬正二少将は戦前から太平洋戦争終了まで、彼のクラス講義で次のように説明していた。
航空魚雷の運動方程式は、連立常微分方程式で表現できる。次式で空中での魚雷の頭上げ動作がモデル化された。
Eq. 1: 魚雷の水平速度方程式
Eq. 2: 魚雷質量の水平加速度方程式
Eq. 3: 魚雷の垂直速度方程式
Eq. 4: 魚雷質量の垂直加速度方程式
Eq. 5: 時間変数についての角速度方程式
Eq. 6: 時間変数についての角速度微分方程式
d x / d t = V X ⋯ ( E q . 1 ) W / g × ( d V X / d t ) = − D cos  φ − L sin  φ ⋯ ( E q . 2 ) d z / d t = V Z ⋯ ( E q . 3 ) W / g × ( d V Z / d t ) = D sin  φ − L cos  φ + W ⋯ ( E q . 4 ) d θ / d t = ω ⋯ ( E q . 5 ) I × ( d ω / d t ) = 57.3 M − b V ω ⋯ ( E q . 6 ) {\displaystyle {\begin{array}{lclr}dx/dt&=&V_{X}&\cdots (Eq.\ 1)\\W/g\times \left(dV_{X}/dt\right)&=&-D\cos \varphi -L\sin \varphi &\cdots (Eq.\ 2)\\dz/dt&=&V_{Z}&\cdots (Eq.\ 3)\\W/g\times \left(dV_{Z}/dt\right)&=&D\sin \varphi -L\cos \varphi +W&\cdots (Eq.\ 4)\\d\theta /dt&=&\omega &\cdots (Eq.\ 5)\\I\times \left(d\omega /dt\right)&=&57.
雷撃隊搭乗員の戦死率は非常に高く、第二次大戦初期で 30〜50 %、太平洋戦争の終盤においては昼間攻撃作戦では 90〜100 % の戦死率に達したので、熟練搭乗員達は生き残りのために戦術を工夫した。左右に「横滑り」(機体の進行方向に対して機首の向きを左右に傾けること)して飛行経路を欺瞞し、航空魚雷の射点に到達するまで射弾を回避したのもその一つである。
天山 (B6N2) が USS「ヨークタウン」(CV-10) に雷撃をした場面の一連の写真は典型的な雷撃戦術を示している。2枚めのこの写真では、この天山は自機の左(写真では右)方向に向かって横滑りしていて、対空砲火の炸裂煙は機の右(写真では左)に外れている。
長さ = 1,460 mm (57-5/8 in)
起爆装置は慣性起爆である。水面下で所定距離を走行した後に安全装置のロックが解除される。魚雷が命中すると、頭部内後部にある重量物の慣性衝突が炸薬を点火する。この内部の重量物による点火でなければ、炸薬は爆発しない。20 mm 炸裂弾を打ち込んだテストでも、安全ロックされた状態の炸薬を爆発させることはできなかった。
頭部には、水面への突入の強烈な衝撃に対抗するために、外殻前部の内部下側を強化する「T型」とよばれた帯状部品がある。実際の量産品では、この頭部は内部殻の前底部に5本の強化ストラップバンドを必要とし、星型を下半分に切ったような、すなわち文字 T と文字 Λ を重ね合わせ溶着したような形で補強された。また、頭部の前上部には2本の細かなスティッチラインが並んでいて爆発効果を上げた。大戦終盤期には先端にフックを2つ設けた頭部もあった。
雷撃では、魚雷は高空から加速降下してくる航空機から射出される。高度 100 m で射出された航空魚雷は、マッハ 0.5 近い速度で水面に激突し、100 G を超える強烈な衝撃を受ける。高速な雷撃に対応するために、頭部補強が必要とされた。
年表
1931年 九一式航空魚雷、兵器制式採用、生産開始。
1936年 改1 着脱式尾部木製安定板を導入。
1937年 木製緩衝器装着のうえで、高度 500 m と 1,000 m からの投下デモンストレーション。
1939年 改2 生産開始。水面突入後の沈下深度が大きな問題となる。
1941年 改2 ロール安定制御器を導入して浅深度雷撃テストをクリア。真珠湾攻撃、マレー沖海戦。
1941年 改3 生産開始。
1942年 インド洋作戦、珊瑚海海戦、ミッドウェー海戦、南太平洋海戦。
1943年 改5 生産開始。
1944年 マリアナ沖海戦、台湾沖航空戦。
L = 530 mm (推進スクリューのハブ先端まで) (20-7/8 in)
水面下を走行する魚雷を直進させるため、ベベルギアを使って同軸反転2重4枚羽根スクリューを駆動する。尾部区画は、垂直安定板と水平安定板を十字型に備えている。それぞれの安定板(フィン)はその後方に舵をもっている。水平安定板と水平舵は魚雷の長軸方向の幅が比較的広く、操舵は比例動作であった。他方、垂直縦安定板は比較的小さく、縦舵は安定版の後縁全体にわたるが、そのスパンは極めて狭い。縦舵の操舵は、右一杯/中立/左一杯の3状態をそれぞれ所定時間継続させる積分動作であった。
しかし、そのまま正立位置を通り過ぎて反対側の傾きになる。回転は反対側のある傾きで停止して、再び正立位置に向かって傾きを戻す。このとき安定器は傾き変化を検知し、安定舵を当て舵操作して回転にブレーキをかける。魚雷は正立位置を通過し、またある傾きでロールが止まる。これの繰返しになり、ちょうど空気クッションがバウンスして床に落ち着くような動きをする。動きは続くが、空中で 2〜3.6 秒のうちにロール角度は正立位置の微かなロール揺れ振動範囲に収束する。
実際のテストでは、爆弾倉から落下していくテスト中の魚雷を真上から撮影した高速度撮影ムービーフィルムを解析することによって、この制御システムの動作が観察され、有効性が証明された。この安定器は、水中突入後の走行結果によって、水面下でも有効に機能していることが示された。