WW2航空機の性能:WarbirdPerformanceBlog

第二次大戦中の日本軍航空機を中心に、その性能を探ります。

はじめに
 前回の記事、『〈考察⑩〉栄31型の馬力性能について』内にて栄31型として考えられてきた馬力性能は栄31甲型の性能であったのでは?という考察をしましたが、新たな資料を見つけてしまったので追加報告をしたいと思います。
 結論から言ってしまえば、前回紹介した数値よりも栄31甲型は少しだけ悪い性能なのではないでしょうか。

新たな資料を見つけたよ
 早速その資料をご覧ください。コマ番号120ページに飛んでみると、「TABLE OF OPERATIONAL ENGINES」と題された1945年9月付の表を見ることができると思います。製作者は第一海軍技術廠(いわゆる空技廠)とみられます。敗戦後すぐに作成され、占領軍に提出したものでしょう。
 表をずっーとみていくと、「Ha-35mod.31(Sakae31)」と「mod.31ko(Sakae31ko)」が見つかるはずです。簡単に以下の表にまとめてみます。
sakae31ko
 全般的に31甲型の方が馬力、全開高度ともに31型よりも低いことが読み取れます。回転数が毎分2900回転になっているのは誤記だと思うので(?)を付けました。

考察
 ここで、「前回記事で書いたことは完全に間違っていた」と言うつもりはありません。記事内容の本質は間違っていないと確信しています。すなわち、栄31型のメタノール噴射時のブースト圧+300mmHgで全開高度が7000m近くになることは100%あり得ませんから、7000mで950馬力という性能値を栄31型のメタノール噴射時のものとするのは確実に誤りで、非噴射時の公称性能と考えるのが自然です。その上で、栄31型の非噴射時の公称性能=栄31甲型の公称性能とストレートに考えたというのが全開の記事の結論です。
 今回紹介した資料は全体的に記述におかしなところは少なく、信頼度は高いものと思います。この栄31甲型の性能も海軍内に残されていた正統なデータだと仮定すると、以下のような推論が成り立ちそうです。

1.前回「栄31甲型の性能」と考察した1080馬力@2700m、950馬力@7000mの公称性能は、あくまで「栄31型」の水メタノール非噴射時の2700rpm、+200mmHgでの性能である。
2.「栄31甲型」の公称運転時の性能は上記表にあるような数値である。
3.栄31型と31甲型の違いはメタノール噴射装置の有無くらいであるが、何らかの理由で非噴射時の性能に差が出ている。

では、その「何らかの理由」とは何なのでしょうか?正直納得できるものが思いつきません。
もしかしたら、31型の性能は甘めに計算した数値で、31甲型で測定し直してみたら結果が違ったのかもしれません。もしかしたら31甲型は大量生産の結果、材料品質・工作精度の低下があったのかもしれません。もしかしたら31型の毎分2900回転の記述は実は正しくて、2700回転の31甲型よりも高馬力だったのかもしれません。
 いずれにせよ現在与えられた情報では答えを得ることはできそうにありません。もっともっと調査を進めていく必要がありそうです。
 栄31甲型搭載の零戦の実際の全開高度が6800m付近にあることも加味すると、現在のところは栄31甲型の性能はこの表中のものであると考えていたほうがよさそうです。


余談
 ちなみにこの資料の中には火星26甲型の細かい性能も記載されています。今までほとんどよくわからなかった同エンジンですが、いろいろと面白い考察が出来るような気がします。次回は雷電33型をテーマにちょっと書いてみようと思っています。
 今回も最後までお読みいただきありがとうございました。ご意見ご感想等お待ちしております。

本記事では一式陸上攻撃機一一型・一三型(G4M1)の主要3タイプの性能について紹介します。すなわち、
1.一式陸上攻撃機一一型(火星一一型)
2.一式陸上攻撃機一三型(火星一五型・非推力式集合排気管)
3.一式陸上攻撃機一三型(火星一五型・推力式単排気管)
の三つです。

 それぞれ簡単に説明すると、一一型が最初の量産機で、火星一一型エンジンを装備していました。一三型は高高度性能向上のために公称二速全開高度を4100mから6000mへ高めた火星一五型エンジンを装備した改良型です。なお、一一型・一三型ともに略符号はG4M1となっています。そもそも戦争中期までは火星一五型装備機であっても一一型と呼称されていました。
 一三型は途中から消炎効果を狙って排気管を下図のように、集合式から単排気管に改めています。副次的な効果としてロケット効果による速度の向上も確認されました。
排気管比較図

主要諸元
寸法(3タイプ共通)
 全長:19.97m
 全幅:24.88m
 翼面積:78.125m^2

発動機
 火星11型
  離昇:1530ps / 2450rpm / +250mmHg
  公称:1480ps@2200m / 2350rpm / +180mmHg
     1380ps@4100m / 2350rpm / +180mmHg

 火星15型
  離昇:1460ps / 2450rpm / +250mmHg
  公称:1420ps@2600m / 2350rpm / +180mmHg
     1300ps@6000m / 2350rpm / +180mmHg

重量
 一式陸上攻撃機一一型
  自重:7,000kg
  偵察正規:9,500kg
  攻撃過荷:12,500kg

 一式陸上攻撃機一三型
  自重:6,800kg
  偵察正規:9,500kg
  攻撃過荷:12,500kg

性能
一式陸上攻撃機一一型(第1号機試験成績)
偵察正規状態(9,500kg)にて
 最高速度
  236.0kt(437.1km/h)@2,400m
  240.0kt(444.5km/h)@4,200m

 上昇時間
  3,000mまで 5'33"
  8,000mまで 22'23"

 実用上昇限度 9,520m

一式陸上攻撃機一三型(非推力式集合排気管・第241号機試験成績)
偵察正規状態(9,500kg)にて
 最高速度
  234.5kt(434.3km/h)@3,100m
  244.0kt(451.9km/h)@5,900m

 上昇時間
  3,000mまで 5'27"
  8,000mまで 20'18"

 実用上昇限度 9,660m

一式陸上攻撃機一三型(推力式単排気管・第948号機試験成績)
偵察正規状態(9,500kg)にて
 最高速度
  239.0kt(442.6km/h)@2,800m
  248.0kt(459.3km/h)@5,450m

 上昇時間
  3,000mまで 5'26"
  8,000mまで 20'00"

 実用上昇限度 10,020m


おまけ
G4M1
 参考までに3タイプの高度別最高速度のグラフを作成しました。第1号機については推定部分が多いので点線としましたが、第241号機、948号機の性能は実測値に基づいています。
 低高度での性能は一一型が最優秀ですが、高高度では一三型に大きく差を開けられています。一三型は排気管を推力式にすることによって全高度帯での最高速度が向上しました。一方で全開高度が幾分低下している点が気になります。排気管の形状の違いが何か影響しているのでしょうか?それとも別の要因があるのでしょうか?
 なお、第948号機の実験成績については、アジア歴史資料センターwebサイトにて閲覧できます。


 今回も最後までお読み頂きありがとうございました。
 昨日今日と珍しく二日連続更新になりました。ネタが思いつけばどんどん更新していきたいと思っているのですが、なかなかそうもいかず更新が滞りがちになっています。また暫くは資料収集の時期に入りそうです。もちろん皆様からの情報提供もお待ちしています!!
 ところで今回初めてイラストも描いてみました。ボールペンで描いたものをスキャンしただけなのですが、少しでも分かりやすくなれば幸いです。

はじめに
過去記事『〈考察⑧-2〉紫電の性能について』にてあるコメントを頂きました。「誉搭載機の運転制限前後の性能が単純な割り算の3乗根になっているのでは?」という推察です。

一般に、速度を2倍にしたいなら馬力を8倍にしなければならないと言われます。ただし、飛行機の場合は高度による空気密度の変化があるため単純な3乗根の計算では正確な数字は出ません。

そこで、自分なりに誉エンジン搭載機の運転制限前後の性能を推定してみようと思ったのが今回の記事のきっかけです。これからも皆様の感想やコメントをお待ちしております。たいへん励みになります。


基本の計算式
という訳でいろいろと調べてみたところ、航空機の水平速度は以下のような計算で求めることができるようです。(手書きで恐縮ですが、一番見やすいと思ったのでこうしました)
速度計算式
凡例

まずは、堀越・奥宮『零戦』に記載されている雷電の数値を使って計算の練習をしてみます。
IMAG0014
これによると、馬力は高度5450mで1450PS、抗力係数は0.0265、プロペラ効率は0.74で最高速度は314ktという計算となっています。なお、雷電の翼面積は20.05m^2です。また、高度5450mでの空気密度は0.7013kg/m^3とします(ここから拾いました)。

そうすると、
V^3=8813*(1.225/0.7013)*(0.74*1450)/(0.0265*20.05)
      =31088193...
となり、
V=314.43...
というわけで314ktという数字を導き出すことができました。


それじゃあこんな感じで進めていきます。
なお、誉エンジン各型の公称2速性能は以下のようなものとします。
ハ45-11(誉11型) 1440PS@5700m
ハ45-12(誉12型) 1495PS@6550m
ハ45-21(誉21型) 1625PS@6100m

紫電改の性能を推測する
まずは紫電改の性能から。
本機はハ45-11搭載時に高度5600mで321ktを発揮したと仮定したうえで、まずはη/Cxを求めます。
321^3=8813*(1.225/0.689871)*(1440/23.5)*η/Cx
η/Cx≒34.5

このη/Cxを使って、馬力や高度などの条件を変えながら計算していきます。
なお今回はエンジン(プロペラ)を換装して最高速度に変化があってもη/Cxは変わらないものとしています。

ハ45-12装備時
V^3=8813*(1.225/0.620821)*(1495/23.5)*34.5
V≒337kt(624km/h)@6550m

ハ45-21装備時
V^3=8813*(1.225/0.652828)*(1625/23.5)*34.5
V≒340kt(630km/h)@6100m

という訳で、ハ45-12装備時の紫電改は620km/h少々は出せそうです。実際に運転制限下の紫電改試作機が620km/hを発揮したことがあるようですが、この計算結果を見る限り誉12型相当の運転条件であった可能性が高そうです。
一方で運転制限解除後の誉21型搭載機の計算結果は630km/hに留まっています。操縦参考書記載の644km/hという数字はやや過剰とも考えられます。

紫電の性能を推測する
続いて紫電です。
ハ45-11搭載時に高度5900mで315ktを出したと仮定した場合、計算したところη/Cxは約31.5となりました。そのうえで、
ハ45-12装備時は約327kt(606km/h)@6550mという数字が、
ハ45-21装備時は約330kt(611km/h)@6100mという数字が得られました。

以前の記事で紫電の最高速度については325kt(602km/h)というものもあると紹介しましたが、誉12型搭載時の計算結果にかなり近いことが分かります。
なお、運転制限を解除しても紫電の速度は当初の計画値から40km/hほど遅く、しかも運転制限下の紫電改とさして変わらないことが分かります。

疾風の性能を推測する
今度は四式戦闘機「疾風」です。
疾風はハ45-12搭載時に高度6550mで624km/hを発揮したと仮定したうえでη/Cxを計算してみると、約30.9という数字になりました。

そこで、ハ45-21装備時の最高速度を求めてみると、約341kt(632km/h)@6100mとなりました。
疾風試作機が運転制限ではない運転条件で、高度6120mで631km/hを発揮したとされていますから、計算値と実測値とがよく合っているようです。

一方でハ45-11装備時の性能も計算してみると、約322kt(596km/h)@5700mという数字が出てきました。
実は、個人的には疾風にもハ45-11搭載機がいたのではと考えています。なぜなら、陸軍の技術関係者のメモに疾風の最高速度が583km/hとか595km/hなどという数字が見られるからです。どうにも遅すぎるこの速度は、ハ45-11を装備していたからだと考えると辻褄が合うのです。

ところで、乙型試作機が高度6000mで660km/hを出したという原資料不明の話があります。しかし、今回の計算結果では30km/hほど足りません。集合排気管が単排気管になり、プロペラ直径が10cm伸びたところで30km/hの差を埋めることはできるのでしょうか?少し疑問が残ります。

おわりに
これで今回の考察は以上となります。なお今回の計算結果は多くの仮定を含んだあくまで「推測」であってある種の「遊び」の域を出ません。それでもいくつかの示唆を得ることはできるのではないかと思っています。皆さんも今日紹介した計算式を使って遊んでみてはいかがでしょうか。
今回も最後までお読みいただきありがとうございました。

↑このページのトップヘ