中島Ki-84/四式戰鬥機疾風小傳

從Ki44Ⅲ與Ki63談起

被新型的「譽」（陸軍編號Ha45）系列發動機的紙面數據所傾倒的日本海軍，遠在該發動機尚處於測試之時，便開始不斷推出搭載Ha45/譽系列發動機的試作機計劃。下一代的主力機型包括15試陸爆（陸基俯衝轟炸機）「銀河」、16試艦爆（艦載俯衝轟炸機）「流星」、17試艦戰（艦載戰鬥機）「烈風」、17試艦偵（艦載偵察機）「彩雲」、18試局戰（截擊機）「天雷」、18試陸攻（陸基遠程轟炸機）「連山」等等，全部清一色的選擇了譽發動機。

 

而日本陸軍方面或許是加入計劃略遲一步的原因，對待該發動機的態度不似海軍那般狂熱。僅有Ki44鍾馗Ⅲ和Ki84疾風兩款戰鬥機選擇了Ha45，餘下的重型戰鬥機Ki63與高速中型轟炸機Ki82雖然在研製當初也曾有搭載H45發動機的計劃，但研製工作均在圖紙階段即告終止。在這其中除Ki82（三菱重工）外其餘三款飛機均為中島負責的機體。

 

昭和十六年（1941年）初，由於Ki44鍾馗在試飛過程中進展頗不順利，於是，日本陸軍決定啟動Ki44性能強化案，計劃用Ha109發動機（起飛功率1450馬力）替換Ki44原配的Ha41發動機（起飛功率1200馬力）。雖然該方案從當年一月起即已開始著手研究，但為了能夠再進一步地大幅度增強性能，又決定為Ki44換裝當時尚在研製之中的BA-11（Ha45）發動機，以Ki44第二次性能強化案（Ki44 Ⅲ型）的名義開始了研製工作。

Ki44 鍾馗（上）與Ki84 疾風（下）從外形上看具有相當的繼承性

 

雖然在搭載了新型的2000馬力級發動機後，預計Ki44的最大平飛速度將會提升至650—680千米/小時的水平，但後經反覆研究評估發現由於飛機重心位置的改變以及武器裝備配置的變化，這一看似簡單的改裝工作同樣伴隨著相當大的困難。於是，昭和十六年十月中旬，陸軍航空技術研究所在終止了Ki44的第二次性能強化案的同時，又將已交由中島進行研製的Ki63重型單座戰鬥機的項目要求進行了變更，建議中島基於Ki63重新研製一款搭載Ha45發動機的戰鬥機。

 

而Ki63是基於昭和十五年度陸軍航空本部兵器研究方針，與川崎Ki60、Ki61、Ki64，中島Ki62，三菱Ki65等平行開發的重型單座戰鬥機，雖然依照最初的計劃，試作1號原型機應於昭和十七年三月完成，但直到昭和十六年時間過半，整個研製工作仍然沒有什麼實質性的進展。

 

於是航空技術研究所在正式做出上述決定的前夕，即十六年九月上旬左右，便向中島下達指示，要求Ki63要作為裝備Ha45發動機的重型戰鬥機進行研製，進度要加快，且完成時間不得晚於三菱的Ki65。

 

然而，隨著Ki84的研製工作逐漸步入實質性階段，最終這一方案還是只停留在了圖紙之上。

 

順便提一句，三菱Ki65同樣是一款開發出現嚴重延誤的機體，規劃階段設計即不斷出現變更，雖然最初是按照襲擊機（強擊機）來進行設計，但隨著昭和十六年夏三菱正在為海軍研製的14試局地戰鬥機（即雷電）亦被陸軍看中，又決定改為重型戰鬥襲擊機進行研製。由於雷電的研製難產，Ki65項目雖然在後來又轉交位於中國東北的滿洲飛行機製造廠繼續進行，但最終還是以無果而告終。

 

另外，Ki44Ⅲ搭載Ha145發動機的試作原型機雖然已經完成，但因Ki84的研製工作此時已經展開，最終計劃在原型機階段宣告終止。

 

 

Ki84研製計劃的啟動

 

昭和十六年十二月八日，日本向美國、英國、荷蘭宣戰，太平洋戰爭爆發。在初戰連戰連捷的有利局面之下，十二月二十九日，陸軍方面非正式的向中島提出計劃研製新型的搭載Ha45發動機的戰鬥機Ki84，以此取代原有的Ki44Ⅲ的意向。

 

由陸軍航空技術研究所交付中島的基礎設計指標如下：

 

發動機：選用Ha45型

最大平飛速度：680千米/小時以上

爬升能力：爬升至5000米高度耗時4分30秒以內

著陸速度：優於Ki44

續航能力：達到Ki43的水平

武器裝備：機體12.7毫米固定機關槍2挺，翼內20毫米固定機關炮2門

 

而在當時日本戰鬥機的最大飛行速度處於這樣一種狀態，Ki43（隼）495千米/小時，Ki44（鍾馗）580千米/小時，Ki61（飛燕）591千米/小時，零戰533千米/小時，臨近完成的14試局戰（雷電）的設計值也不過630千米/小時而已。

 

雖然此時國外的一線戰鬥機中如英國的霍克·颱風，以及美國的共和P-47，最大平飛速度分別達到了648千米/小時和664千米/小時，但整體上普遍仍處於550~630千米這一區間。由此可見，Ki84的設計指標就當時而言還是相當嚴苛的，考慮到在Ki84研製到正式服役這段時間，預計外國戰鬥機的性能還會有較大提升，Ki84想與其抗衡或佔據優勢地位必須具有相當的設計餘量，所以制定了較高的標準。

舊日本陸軍 四式戰鬥機 疾風

另外，軍方在制定Ki84研製方案之際還考慮讓新型機具備有Ki43級別的機動性能。這一要求再加上上述的設計指標，可以說Ki84在設計上並非是一種純粹的重型戰鬥機，而是力求在重戰的基礎之上溶入輕戰優點的機體。設計思想上與川崎Ki61（三式戰鬥機）相類似，而Ki61被川崎稱作「中戰」。雖然，在當時世界戰鬥機的設計趨勢正在明顯地朝著重型化方向發展的大背景下，這一設計思想似乎已經稍顯落伍，但反過來也可以說，沒有按照純正的重型戰鬥機的思路去設計，也使ki84成為了一款性能更加均衡的戰鬥機，讓Ki84的研發最終獲得了成功。

曾經參與過Ki84研製的中島設計師：左起 小山悌、飯野優、青木邦宏

 

雖然直到昭和十七年（1942年）四月，中島才從軍方獲得了Ki84的正式試作指示，但由於此時軍方要求新型機從開始研製到試作原型機出廠下線要在一年以內完成，為此，中島將負責陸軍項目的全部技術人員都投入到了Ki84的研製之中，昭和十七年十一月整體設計工作即告完成。

 

 

Ha45發動機

 

接下來讓我們把目光轉向Ki84搭載的Ha45型發動機。

 

這款發動機實際上是一式戰鬥機隼以及海軍零式戰鬥機上搭載的「Ha25/榮」系列發動機的18氣缸版本。雖然研製之初就將設計目標就定在了起飛功率2000馬力，但僅僅依靠增加氣缸數量和容積（Ha25/榮系列發動機 缸體直徑130毫米，行程150毫米，14氣缸合計容量28升，即使增加至18個氣缸，容積提升1.3倍不過36升）就想將1000馬力級的功率提升至2000馬力級是非常困難的。

陸海共用的「Ha45/譽」 發動機 

為此提升了進氣壓力（最高+350毫米汞柱升至+500毫米汞柱）以增加總進氣量，提升了發動機轉數（最高2750轉/分提升至3000轉/分），改用高辛烷值燃料 ，引入了水甲醇噴射系統等，施加了種種措施以提升輸出功率。

 

為了儘可能的縮小體積減輕重量，發動機曲軸箱毛坯果斷採用了特種鋼鑄造件。

 

另外為了解決功率大幅度增加所帶來的散熱問題，發動機散熱片的設計製造方面也是煞費苦心。最初葉片為整體精鑄件由自動切削工具機加工成型，後期改為薄鋁合金板材插接。除此以外，為了儘量減小體積，增至18氣缸後，進排氣管的排列方法，以及導風板的外形和安裝位置的選擇也讓設計人員費盡了心思。

Ki84乙 搭載的Ha45-21型18氣缸星型氣冷活塞發動機 該發動機為Ha25型14氣缸活塞發動機的發展型，在外徑僅比Ha25增加30mm、氣缸容積保持不變的情況下，輸出功率提升近一倍（2000馬力）

 

中島以BA-11的社內編號開始自主研發「榮」18氣缸版發動機的時間是昭和十四年（1938年）十二月末，至翌年九月末便結束了全部的圖紙設計，項目正式開始進入試製階段。

 

之後，海軍方面首先於同年年末正式應允了這一項目，賦予了其 15試「Ru」號發動機的海軍試作編號，緊接著昭和十六年初，陸軍方面也賦予了其「Ha45」的試作名稱，並且連忙訂購了一臺以供陸軍試飛之用。

 

BA-11發動機1號機完成的時間是昭和十六年三月中旬，比預定時間早了約半個月。雖然在測試中出現了軸承鉛銅合金塗層燒蝕等技術問題，但通過軍地合作，問題基本上都得到了解決，於昭和十七年九月十八日被海軍制式採用，正式命名為「譽」號發動機。緊接著陸軍也決定正式裝備該發動機，陸軍型的正式名稱為「4式1900馬力發動機」。

 

正式裝備部隊的Ha45/譽發動機，在起飛功率達1800馬力（後增至2000馬力）的情況下，外徑僅為1180毫米，重量不過830千克，是當時這一級別的發動機中重量最輕體積最小的型號。

 

有了這樣性能優良的發動機，那麼就可以期待研製出速度更快，性能更出色的機體，陸、海兩軍不禁對Ha45/譽發動機的研製成功感到喜出望外，立即開始制定計劃準備高速大批量投入生產。

 

將減速器、氣缸、曲軸箱外殼全部拆除後的Ha45發動機

然而，如前文所述，該型發動機在增加為18氣缸時所採用的種種改進措施卻並不適合大批量的生產。冷卻風扇的切削加工，整體精鑄成型工藝，以及曲軸箱的精密切削加工等，都需要高度的技術，消耗相當的工時。

 

再加之工人技術水平下降的問題又讓形勢產生了進一步的惡化。讓臨時招募的外行來高速、大批量的生產像Ha45這樣由熟練技工精心打造而成的，手工藝術品一樣的發動機，說完全無法使用可能是有點過，但在大戰末期的惡劣條件下急速量產出來的產品，難以維持較高的品質也是不爭的事實。

 

到了戰爭末期，之前費盡心思研製的精鑄散熱片也被放棄，改用普通鑄造品代替，等等諸如此類的設計變更，導致發動機性能出現了進一步的下降。話雖如此，只要出廠時沒有重大瑕疵，通過精心的維護保養Ha45仍然不失為一款性能出色的航空發動機。

 

 

煞費苦心的機翼設計

 

Ki84設計之初最為頭疼的就是重量的控制與機翼面積的選擇。Ha45與Ha109的重量差距在110千克左右，在研製計劃以Ki44Ⅲ的名義啟動之時，當時的思路是要將機翼總面積由15平方米增至17.4平方米，機體全重控制在2700千克以內，將翼面載荷維持在155千克/平方米這一水準。

可是，為了滿足Ki84在續航力、防彈、防火以及武器裝備等設計上的諸多指標，其他部位再怎麼費盡心思地削骨剔肉減輕重量也不可能達到上述要求，很明顯全重最少也要超過3000千克。

 

為此，又設定了機翼面積19平方米，機體全重3250千克的控制線，然而隨著研製工作的不斷進展，機體重量也在持續的增加，又不得不進一步增加機翼的面積。於是，等到昭和十七年十一月末圖紙設計基本結束之時，以上數據已經分別膨脹至機翼面積21平方米，機體全重3360千克，翼面載荷170千克/平方米了。

四式戰鬥機 疾風總體構造

由於試作1號機的首飛時間被定在了昭和十八年（1943年）三月二十日，以此為目標，1-3號機的主要零部件此時已經完成了訂貨，1號機的工程進度按照19平方米的方案也已經有了相當的進展，如果這時再將1號機的機翼面積修改至21平方米，那麼必將會嚴重拖延研製進度，於是決定試作1號機機翼面積保持19平方米不變先行試飛，從2號機開始再將機翼面積修改至21平方米。

 

平面翼型方面，選擇了自Ki27以來已經成為中島戰鬥機傳統的左右主翼前緣呈直線狀的梯形翼。但在構造上放棄了Ki44上運用的雙桁設計，採用了在主梁後方設置輔助桁的單桁梁結構。主翼根梢比為1.82，展弦比為6.08，帶有6度上反角，翼梢設置了2.3度的前緣扭轉。

 

不用問在機翼後緣安裝了中島引以為傲的蝶型襟翼。

 

截面翼型方面，選擇了由中島自主研發，在Ki27、Ki43、Ki44等機體上都獲得了成功的NN（NIPPON·NAKAJIMA）系列，其中翼根剖面選擇了NN2型，翼梢則採用失速特性更為良好的NN21型。雖然Ki84是比Ki43、Ki44飛行速度更快的高速機，但為了兼顧速度與續航力的平衡，機翼相對厚度（翼根16.5%、翼梢8%）比起Ki43（16%）、Ki44（14.5%）要更厚一些。

 

另外，NN2翼型的最大厚度位於翼弦長度的30%處，而NN21是8%，所以越靠近翼梢機翼的最大厚度就越靠前，這樣的主翼在空氣動力學上具有近似前掠翼的效果。由於前掠翼的翼梢失速特性較好，對於戰鬥機而言是一種較為理想的設計。

 

機身設計方面，由於Ha45相比Ha109外徑縮短了77毫米，因此Ki84的機首設計的不像Ki44那樣碩大，整體上獲得了較為優美流暢的外形。另外，從發動機整流罩後方開始機身向內側收縮形成蜂腰狀弧線是Ki27、Ki43、Ki44設計上的主要特徵。這主要是基於中島戰鬥機部門的主要技術負責人小山悌一貫堅持的減阻主張而採納的設計，然而在高速狀態下這一設計反而會帶來氣流的紊亂導致空氣阻力增大，於是Ki84的機身取消了內收，採用較為平滑的機體線條。

Ki84外形流暢性能相對均衡，雖然最終未能完全達到設計標準但仍被日本陸軍寄予厚望。可是儘管擁有日本戰鬥機中數一數二的紙面性能，但在老練飛行員的眼中疾風的操縱性能卻並不夠友好。明野教導飛行師團的代永兵衛少佐就曾表示「疾風的舵太重，一套機動動作下來整個人都頭暈目眩的」（出自大東亜決戦機「疾風」誕生一文）相對於美國從1942年起就開始投入對飛行員抗荷服的研究以維持飛行員在高G條件下的體力，日本飛行員只能用腰間纏布的方法糊弄，差距是全方位的，即使擁有了一兩件性能優異的武器，結果又能如何呢？ 

在繼承了自Ki27以來中島所慣用的將機身分割為前後兩部分，前部機身與主翼採用一體化構造這一傳統的同時，作為一個設計上的主要進步點，設計時對降低工藝難度提升生產效率方面也有所考慮，工量刃具等也儘可能的沿用了生產Ki43時所用的工藝設備。

 

Ki44為了提升射擊時的穩定性，選擇了垂直尾翼靠後，水平尾翼靠前的尾翼配置，由於效果較好，Ki84也繼承了這一設計。

 

座艙設計方面，與Ki43、Ki44上所採用的座艙蓋後半部整體向後滑動開啟的設計略有不同，改為僅中部艙蓋可向後滑動，後部艙蓋為固定式的設計。同時在座艙前部設置了厚70毫米的防彈玻璃，在飛行員駕駛席後部安裝了13毫米厚的防彈鋼板。

 

螺旋槳方面，採用了日本國際航空工業引進自法國拉蒂埃公司技術生產的電動定速槳「Pe32」，由於該槳維護保養困難，配屬到一線實戰部隊之後仍然故障頻出，因此招致惡評。Pe32的直徑為3.1米，與同樣搭載Ha45/譽發動機的紫電改（3.3米）、烈風（3.6米）相比直徑略小，這主要是為了貫徹小山悌技師長為了減重寧可損失部分螺旋槳效率也在所不惜的設計理念所致。

為了減輕重量，子系統中除發動機外重量佔比最高的起落架的長度受到了嚴格的限制，但過短的起落架導致和P-47（3.7米）F4U（4米）等世界主流戰鬥機相比Ki84螺旋槳的直徑過小，影響了發動機輸出效率

 

正式裝備

 

昭和十八年三月初，比預定早了約半個多月，Ki84試作1號機（編號8041）試製完成，在中島試飛員吉澤鶴壽的操縱下成功的完成了首次飛行。之後，在1號機進行社內測試期間，2號機、3號機的試製工作也進展順利，至同年六月，試作2號機（8042）、3號機（8043）的試製工作也相繼完成，隨後這3架試作機便被運往福生接受航空審查部的基本性能審查（1號機不久被返還中島繼續進行社內測試）。

Ki84 試作2號機

進入八月，第一次增加試作機第一批次的4、5、6號機（8404~8406)也完成了試製，立即被送往航空審查部，性能測試進入正式階段。

在測試中Ki84審查主任巖橋讓三少佐創下了最大平飛速度624千米/小時（高度6500米）、爬升至5000米高度用時6分26秒、實用升限12400米的記錄，初步展示了Ki84所具有的優秀素質。

 

之後，船橋中尉駕駛4號機（8404）在高度6120米，進氣壓力+350毫米汞柱，發動機轉數3000轉/分，飛機全重3794千克的條件下飛出了比巖橋少佐更高的631千米/小時的數據。

 

可是測試過程中遇到的也不全都是好消息。除了按照使用92號以上高辛烷值燃料的標準設計的Ha45發動機一旦加注91號以下的燃料就會出現過熱問題以外，曲軸主軸承的燒蝕現象，活塞和氣缸的破損，減速齒輪軸承的燒蝕現象，點火系統的故障，因變速器不良導致的螺旋槳故障，主起落架結構強度脆弱……等等技術問題層出不窮。為了能夠順利解決這些技術難題可以說是讓軍方和中島的技術人員費勁了心思。

 

Ki84在試製階段（包括第一次增加試作和第二次增加試作）就合計生產了試作機125架。這主要是為了在最短時間內能夠進行充分的試飛審查以便儘早摸清新機的性能裝備部隊，同時也是為了能夠讓工廠方面儘早適應大批量的生產狀態而做的鋪墊。試作機/增加試作機生產這樣大的數量，不僅在日本航空史上尚屬首次，放在國外也同樣十分罕見。

 

其中第一次增加試作83架於昭和十九年（1944年）三月全部製造完成，昭和十八年十月還專門組建了由增加試作機組成的以實用實驗為目的的實驗中隊，由巖橋少佐擔任主任在水戶基地對Ki84進行了徹底的實用飛行測試。

 

昭和十九年三月五日又以增加試作機組建了Ki84最初的實戰部隊—飛行第二十二戰隊，戰隊長同樣由巖橋少佐擔任。

 

而後，在三月十三日召開的軍需審議會上雖然就Ki84的制式採用進行了討論，但由於一些懸而未決的技術問題，這一議題被暫時擱置，直到三月末的會議上才決定將Ki84以陸軍四式戰鬥機的名義正式採用，同時賦予了其「疾風」的名稱。

 

而在此時，中島太田工廠第二次增加試作生產計劃已經有了相當的進展，至三月中旬已經生產24架，緊接著於四月有生產了18架，五月和六月又各生產了1架，於是第二次增加試作以生產44架而告終。

進入1944年秋，四式戰鬥機的妥善率出現了斷崖式的下降。除因零部件不足，原材料低劣以及大量熟練工人被徵召入伍所導致的飛機質量下降之外，飛行員以及地勤整備員技術水平下降導致的操作失誤，油料質量的下降也是重要因素之一。以至於連陸軍航空的大本營明野飛行學校裝備的四式戰也只有40%的妥善率，而其他部隊好的40%，差的只有20%，甚至出現過0%的極端例子。

 

附錄 疾風家族

 

和量產型相比Ki84試作機採用了類似Ki43Ⅱ乙上配備的推力式集合排氣管，除方向舵下部弦長長，上部弦長短，整體呈向後方突出狀之外，位於機首上方的炮口整流罩的形狀也與量產機有所不同。

 

前面已經提到1號機機翼面積為19平方米，2號機以後改為21米，這裡不再做過多贅述。

 

增加試作機的初期批次也與試作機一樣採用的是推力式集合排氣管，方向舵和炮口整流罩的形狀也基本相同。從第一次增加試作機後期批次開始，排氣管逐漸改為推力式單排氣管，方向舵的面積和形狀也做了各種各樣嘗試。

 

量產機根據武器裝備的不同又分為甲、乙、丙三個型號。

 

四式戰鬥機甲型（Ki84甲）

 

最初的量產型號，機首上方裝備12.7毫米固定機關槍（Ho103）2挺，左右兩側主翼內各裝備20毫米固定機關炮（Ho5）1門。其中Ho103機槍每挺各備彈350發，Ho5機炮每門各備彈150發。另外，Ho103有從左側裝填的甲型，和從右側裝填的乙型之分，具體到疾風上是按照左側裝備甲型，右側裝備乙型的方式進行布置。

 

甲型的主要作戰對象是戰鬥機。

 

四式戰鬥機乙型（Ki84乙）

 

為了對抗轟炸機，原布置於機首上方的固定機槍更換為20毫米Ho5機關炮，是裝備4門機關炮的火力增強型。

 

首先抽調了2架甲型進行改裝，測試完成後即迅速進入量產。編號3000號以後的機體基本上都是乙型。另外有資料聲稱乙型的試作機在試飛中飛出過660千米/小時（高度6000米）的最高時速。

四式戰鬥機丙型（Ki84丙）

 

機首上方裝備20毫米Ho5固定機關炮2門，主翼內裝備30毫米Ho105固定機關炮2門的火力增強型號，試作階段計劃即告終止。

 延伸閱讀 四式戰鬥機疾風 菲律賓戰記