自動空戦フラップ

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自動空戦フラップ（じどうくうせんふらっぷ）とは太平洋戦争中に川西航空機で開発された空戦時に機体速度と機体荷重(G)に応じて自動展開されるフラップもしくはその制御システム全体のことである。日本海軍の水上戦闘機である強風に初めて搭載され、後に局地戦闘機である紫電、紫電改（紫電21型）にも搭載された。もともとドイツのクルップ社の砲身自動水平維持装置のライセンスを1940年に大日本兵器が購入し、それを1943年に川西航空機がフラップを自動操作するための補助操縦装置に転用したものである^[要出典]。なお三菱製の戦闘機・烈風にも自動制御型の空戦フラップの装備が検討されていたとされるが、以下では川西製のものについてのみ説明している。

[編集] 概要

速度を落としながら効率的に旋回するために離着陸等に用いられるフラップを空戦で使用するという戦法は一部の熟練パイロットが零戦で用いていたものである。その有効性は認められていたものの未熟な若年パイロットでは緊迫した空戦の最中にフラップ操作を行うことは不可能であったため、容易にそれを行えるようにフラップの角度を手動で二段階程度変えられる空戦フラップが発案され、二式単座戦闘機（蝶型フラップ付）や雷電（ファウラーフラップ付）等の機体に実装された。しかし揚抗比（機体に働く揚力と抗力の比）が最適になるようなフラップ角はある速度と荷重（揚力と同量・逆方向の慣性力）に対して狭い範囲に限られており、少数の有段式ではフラップ角が非効率的になりがちであった。また手動式であったために緊迫してくると空戦フラップの操作どころではなくなってしまうという欠点もあった。

そこで川西航空機設計課の強度試験場係長清水三郎技師（後の新明和工業専務）を中心とした技術陣はこの問題を解決するため、揚力係数をマノメータ（液柱圧力計）類似の装置でセンシングして適切なフラップ角に自動調節されるシステムを考案し、これを自動空戦フラップとして開発することにした。速度計の改造と制御用電磁石の設計には設計課電気係の仲精吾、田中賀之がそれぞれ携わった。1943年5月に最初の試作品か完成し、同年6月5日にこれを取り付けた強風の実験機が飛行を行っている。これは古典的なシステムではあったが、マノメータを使用するという着眼点が的確で装置の信頼性を保証することにつながった。装置の核となるマノメータを納めたユニットはコンパクトで、手のひらにのせられるくらいの大きさであったという。

この装置により、強風は翼面荷重が比較的大きかったにもかかわらず、軽快な運動性を持った前任機である二式水上戦闘機に準じる旋回性能を有することができた。また紫電改では主翼や胴体内の燃料タンクが防弾仕様となり、更に自動消火装置、防弾ガラス、防弾板の装備により重量増加を招いていたが、この装置のおかげで機動性を保持することができた。

当初の目的通り自動空戦フラップによってベテランパイロットと若年パイロットとの差が埋められ、紫電改を配備した松山基地の精鋭部隊・第343海軍航空隊ではベテランと共に若年パイロットが活躍する一助となった。なおこの装置は任意でオンオフできるものであったため、ベテランパイロットの中には使用しない者もいた。

[編集] 仕組

自動空戦フラップのマノメータと電極を用いたセンサー部分の概略図。実際のチャンバー形状やシステムはもう少し複雑で、背面飛行や高速飛行時にフラップが動作しないようにする工夫も施されていた。

機体の速度・荷重によって変化する揚力係数C_Lを求めることができれば最適なフラップ角を決めることができる。ここで機体にかかる重力（重量）W、主翼面積S、動圧P_d^[1]、荷重係数（揚力が重力の何倍か表す量）nとすれば

と書け、重量Wと翼面積Sが一定ならばC_Lはn / P_dに比例する。つまりこのn / P_dを検出できればよいのだが、これはマノメータを用いれば容易に実現できる。マノメータとは2点の圧力差を液体（多くは水銀）柱の高さ（の差）として現す圧力計である。マノメータの一種であるピトー管の仕組と構造を考えればまず動圧は測定できることがわかるが、実は水銀柱の高さには荷重係数も影響しており、その高さをhとすればh = P_d / nなのである。したがって知りたい量はマノメータの水銀柱の高さhに直接現れていることになる。

後はこの水銀柱の高さに応じてフラップが自動的に動くようになればよい。そのために川西では2種の電極をマノメータの水銀が上下する筒に挿入し、電極が水銀と接触することで生じる電流の有無によりフラップの上げ・下げ・停止を行うシステムを構築した。この電極は一方が円筒状をしており、その中を芯状のもう一方の電極が通っていた。電極の先端は円筒側が芯側より若干短くなっており、両方水銀に浸った場合はフラップ上げ、芯側のみ浸った場合は停止（中立）、両方水銀から離れた場合はフラップ下げを行うような回路と油圧システムが組まれていた。そして油圧によりフラップが動作するとそれとワイヤーで接続された滑車が回り、さらにその滑車と同軸で回るカムがシーソーで連結された電極を上下させ、電極の芯側のみが水銀に浸っている中立状態に持っていくような仕組みになっていた。なおフラップの最適角はこのカムの形状で決められていた。

[編集] コンセプトを同じくする装置

その後の戦闘機の歴史において、いわゆる空戦フラップの採用例は少ないものの、旋回性の向上を意図して、前縁フラップの一種であるスラットを採用する例は多い（F-4、MiG-23など）。その制御システムは電子技術の向上と共にはるかに進化し、旋回時だけでなく、水平飛行時も操縦装置のコンピュ－タによって常に飛行に最適な角度に修正しながら、フラップ以外の動翼と複合的に動作している。

[編集] 脚注

[編集] 関連項目

• 強風
• 紫電改
• 烈風 - 上記の川西製のものとは異なるが、自動空戦フラップの搭載が検討されていた。
• フラップ
• ピトー管 - U字管内の水銀柱を用いて動圧を測定し、機体速度を求めるためのマノメータの一種。
• F-5E/F - 超音速戦闘機において（自動）空戦フラップを採用している例。

[編集] 参考文献

• 『世界の傑作機 No.124 強風、紫電、紫電改』（文林堂、2007年） ISBN 978-4-89319-158-8

田中賀之「自動空戦フラップ操作装置開発の記」　p81～p85

• 雑誌「丸」編集部 編『図解・軍用機シリーズ1 紫電・紫電改/九四水偵』（光人社、1999年） ISBN 4-7698-0910-7