Konstrukcje lotnicze - Mitsubishi A6M Reisen (Zero)

Pierwsze prace studyjne nad przyszłym A6M2 "Reisen" rozpoczęły się już 19 maja 1937 r., gdy dopracowana wersja myśliwca Mitsubishi A5M2a Model 2-1 trafiła do produkcji seryjnej. Wydział techniczny lotnictwa Cesarskiej Marynarki Wojennej (Kaigun Koku Hombu) rozesłał do zakładów Nakajima i Mitsubishi zarys przyszłych wymagań dla nowego myśliwca marynarki. Wymagania były zasadniczo zbieżne z poprzednimi, choć oczywiście zwiększono ogólne charakterystyki samolotu. Do realizacji zadania w Mitsubishi wyznaczono twórcę rewelacyjnego A5M - inż. Jiro Horikoshi. Pierwsze badania w tunelu aerodynamicznym nowego profilu płata wykonano już 5 czerwca 1937 r.!
Inżynier Horikoshi zdając sobie sprawę, że osiągnięcie postępu w stosunku do A5M2 wymagać będzie nie tylko jednostki napędowej o większej mocy, lecz także bardziej dopracowanej sylwetki aerodynamicznej zdecydował się przyjąć układ dolnopłata z chowanym podwoziem. W konstrukcji A5M Horikoshi użył podwozia stałego, lecz było to spowodowane brakiem odpowiedniego składanego podwozia o akceptowalnej masie. Jednak 4 stycznia 1937 r. delegacja japońska będąc w USA zainteresowała się samolotem Chance Yought V-143, a szczególnie jego składanym podwoziem. Negocjacje zakończone zostały zakupem jednego samolotu za sumę 175 000 USD. W czerwcu transakcję sfinalizowano i wkrótce potem drogą morską trafił on do Japonii. System składania podwozia z V-143 został później z niewielkimi modyfikacjami przeniesiony na A6M2.

Samolot myśliwski Mitsubishi A6M3 Model 22. Fotografia 1. Samolot myśliwski Mitsubishi A6M3 Model 22. Za sterami siedzi japoński as Hiroyoshi Nishizawa.

W sierpniu 1937 r. na nowo rozgorzał konflikt w Chinach co przyspieszyło prace nad myśliwcem nowej generacji. Doszło wówczas do spotkania Horikoshi z kmdr. por. Goro Wada z wydziału technicznego lotnictwa, w trakcie którego omówiono kierunki rozwoju nowego myśliwca w oparciu o zebrane doświadczenia bojowe. Co ciekawe koncepcja myśliwca była szeroko konsultowana z różnymi agendami marynarki, np. wydział studiów operacyjnych przygotował przewidywaną charakterystykę sprzętu lotniczego i morskiego potencjalnego przeciwnika oraz założenia taktyki własnej jak i przeciwnika. O opinię zwrócono się również do pilotów doświadczalnych, inżynierów wiodących zakładów lotniczych, a także zlecono prace badawczo rozwojowe nad nową jednostką napędową oraz nowym systemem uzbrojenia. Wyniki powyższych analiz i prac spływały do dowództwa marynarki i były na bieżąco wprowadzane do przygotowywanych wymagań. Jednak nie czekając na zakończenie wszystkich prac studyjnych, 5 października 1937 r. Kaigur Koku Hombu przedłożył zakładom Nakajima Mitsubishi następujące wymagania:

Wymagania początkowo nie podawały typu przewidywanego do napędu silnika (co było zwyczajem), zasięgu samolotu w km oraz wymiarów samolotu. Także rodzaj uzbrojenia, mimo wstępnego określenia nie został bliżej sprecyzowany. Jednak fakt przyjęcia w specyfikacji obok dwóch k.m. także dwóch 20 mm działek był ewenementem. W tym czasie tylko nieliczne na świecie samoloty myśliwskie dysponowały tak silnym uzbrojeniem (np. polski PZL-24). Dobór uzbrojenia nie był jeszcze w pełni zaakceptowany, gdyż w łonie oficerów marynarki toczono ostry spór, a lobby zwolenników uzbrojenia nowego myśliwca w w.k.m. 13 mm było silne. Równie nowatorskie w skali Japonii było zastosowanie w każdym płatowcu pokładowej radiostacji nadawczo-odbiorczej (w A5M2 stosowano radiostację dwukanałową tylko w nielicznych samolotach, zadawalając się dla reszty wyłącznie odbiornikiem) i radiolatarni niezbędnej przy długodystansowych przelotach. Prędkość maksymalna, określona na 500 km/h była porównywalna do ówcześnie powstających samolotów, jednak biorąc pod uwagę wyśrubowane pozostałe wymogi związane z zasięgiem, zwrotnością, prędkością wznoszenia, charakterystykami startu i lądowania było to wyzwanie na skalę światową. Samolot musiał bowiem połączyć wiele sprzecznych wymogów przy jednoczesnym braku danych na temat możliwości zespołu napędowego.
W specyfikacji zabrakło natomiast wymagań dotyczących opancerzenia samolotu. Nie wynikało to jednak z niedopatrzenia, lecz było wynikiem kompromisu. Płyty pancerne osłaniające pilota i wrażliwe części konstrukcji oraz protektory zbiorników paliwa wymusiłyby spadek innych bardziej pożądanych charakterystyk (np. zasięg). Ponadto - jak już zaznaczono - w specyfikacji nie podano wymiarów samolotu. Jednak konstruktorzy wiedzieli, że nowy myśliwiec musi się zmieścić na platformie pokładowych wind na japońskich lotniskowcach i w związku z tym rozpiętość skrzydeł, nie mogła być większa niż 12,00 m.
17 stycznia 1938 r. w bazie morskiej Yokosuka doszło do spotkania wszystkich zainteresowanych stron uczestniczących w programie nowego myśliwca. Marynarkę reprezentowali: wiceadm. Misao Wada - szef lotniczego wydziału technicznego, kmdr por. inż. Goro Wada oficer techniczny odpowiedzialny za rozwój lotnictwa myśliwskiego, wiceadm. Kenji Maehara, szef lotniczego wydziału doświadczalnego, kmdr por. Takeo Shibata, szef pilotów doświadczalnych, oraz z Grupy Powietrznej Yokosuka 2: kmdr por. Minoru Genda - dowódca lotnictwa myśliwskiego grupy, kpt. Shigema Yoshitomo - dowódca dywizjonu myśliwskiego, oraz inni oficerowie. Poza nimi zakłady Mitsubishi reprezentował inż. Hattori - dyrektor wydziału inżynieryjnego, inż. Horikoshi - szef zespołu konstrukcyjnego, inż. Kato i Sonę oraz pięcioosobowa reprezentacja zakładów Nakajima. Dyskusję rozpoczął Genda do niedawna wysoki oficer w dowództwie 2. Połączonej Floty Powietrznej (walczącej w Chinach). Zaprezentował on ocenę używanych myśliwców A4N1 i A5M2, ze szczególnym uwzględnieniem operacji dalekodystansowych. Później rozgorzała dyskusja na temat dalszego rozwoju myśliwca w której ścierały się przeciwstawne poglądy. Jej podsumowaniem było to, iż większość uczestników uznało, że w perspektywicznym myśliwcu decydującymi cechami będą: prędkość, zasięg, manewrowość i uzbrojenie. Jednak nie dokonano ustalenia cech priorytetowych, na czym zależało przedstawicielom przemysłu. W kilka dni po zakończeniu konferencji przedstawiciel zakładów Nakajima, oficjalnie ogłosił rezygnację firmy z uczestnictwa w tym przedsięwzięciu m.in. powołując się na brak określenia kierunku rozwoju nowego myśliwca, oraz na zaangażowanie się firmy w konstruowanie myśliwca dla Armii - Ki-43. W zakładach Mitsubishi zdecydowano się jednak podjąć ryzyko.

Testy wibracyjne prototypu A6M1 z silnikiem Mitsubishi Zuisei 13 w macierzystej wytwórni. Zwraca uwagę zastosowane dwupłatowe śmigło o zmiennym skoku Fotografia 2. Testy wibracyjne prototypu A6M1 z silnikiem Mitsubishi Zuisei 13 w macierzystej wytwórni. Zwraca uwagę zastosowane dwupłatowe śmigło o zmiennym skoku.

W Mitsubishi nim przystąpiono do projektowania nowego samolotu myśliwskiego uzyskano zgodę Kaigun Koku Hombu na przerwanie prac nad opracowywanym wówczas wg założeń 11 Shi nurkującym samolotem bombowym D3M1. Zadanie opracowania pokładowego samolotu myśliwskiego powierzono, jak już wspomniano wypróbowanemu zespołowi konstrukcyjnemu kierowanemu przez inż. Jiro Horikoshi. Inżynier Horikoshi do pomocy dobrał sobie inżynierów: Yoshitoshi Sonę, Teruo Tojo i Yoshio Yoshikawa (obliczenia i płatowiec), Denichiro Inoue, Shotaro Tanaka (instalacja napędowa), Yoshimi Hatakenaka (uzbrojenie i wyposażenie), Sadahiko Kato, Takeyoshi Moro (instalacje pokładowe i podwozie).
17 lutego 1938 r. zakończono drugą serię testów w tunelu aerodynamicznym i wkrótce otrzymano zgodę na budowę drewnianej makiety w skali 1:1. Była ona gotowa 6 kwietnia tego samego roku. Po inspekcji makiety, w dniu 13 kwietnia 1938 r., zwołano kolejną konferencję na temat przyszłego myśliwca. Udział w niej wzięło 30 przedstawicieli marynarki, a skład delegacji Mitsubishi, w porównaniu do poprzedniego spotkania rozszerzony został o uzbrojeniowca inż. Hatakenaka. Jako pierwszy głos zabrał inż. Horikoshi referując postępy programu, jednocześnie przedstawiając swoje stanowisko odnośnie niemożliwości połączenia w jednym projekcie wymagań co do prędkości, zwrotności i zasięgu. Bezpośrednio po jego wystąpieniu, swój pogląd przedstawił kmdr ppor. Genda. Stwierdził on, że dla myśliwca najważniejszą cechą jest zwrotność, dzięki czemu zwiększa się szansę na zwycięstwo w bezpośredniej walce z myśliwcami przeciwnika. Jego zdaniem myśliwiec tego typu nie musi być uzbrojony w broń ciężką - działko, chyba że w ten sposób nie ucierpi jego zwrotność. Dodał również, że aby to osiągnąć, można poświęcić zarówno prędkość jak i zasięg. Było to stanowisko konserwatywnej części lotników marynarki, którzy klucz do zwycięstwa upatrywali w klasycznej, kołowej walce powietrznej.
Koncepcji powyższej przeciwstawił się kmdr Takeo Shibata, szef pilotów doświadczalnych marynarki. Shibata stwierdził, że myśliwce japońskie już mają przewagę w walce kołowej, natomiast doświadczenia walk w Chinach wykazują konieczność zwiększenia zasięgu, tak aby móc towarzyszyć własnym bombowcom w dalekich misjach uderzeniowych. Prędkość z kolei jest potrzebna, aby uzyskać niezbędny czas reakcji potrzebny do zniszczenia przeciwnika w powietrzu, w szczególności, gdy jest się zaskoczonym na ziemi. Dlatego też, podsumował, kolejny typ myśliwca powinien dysponować dużą prędkością i odpowiednim zasięgiem. Dodał również, że odpowiednie szkolenie zapewni konieczną przewagę, jako że umiejętności pilota są w stanie nadrobić brak zwrotności. Powyższa argumentacja wzajemnie się znosiła i spotkanie po raz kolejny zakończyło się brakiem decyzji co do dalszego rozwoju myśliwców. Postawiło to w bardzo trudnej sytuacji inż. Horikoshi, który nie był pewny przyszłości swego samolotu. Wyprzedzając nieco wydarzenia warto wspomnieć, że powyższa dyskusja zaowocowała przyjęciem koncepcji wyspecjalizowanych myśliwców czterech kategorii [frontowy/pokładowy (A6M2),przechwytujący (J2M), eskortowy (J1N1), oraz ciężki towarzyszący (G6M1)]. Po konferencji w Yokosuka postanowiono zwrócić się o opinię do pilotów 12. Grupy Powietrznej walczącej w Chinach. W efekcie przyniosło to bardzo interesujący dokument oznaczony „Tajny raport Nr 169" (patrz ramka).
Brak zdecydowania Marynarki odnośnie dalszego rozwoju samolotu groził, w skrajnym przypadku koniecznością rozpoczęcia prac nad następcą A5M4 od podstaw. Jednak inż. Horikoshi po dokonaniu analizy obliczeń i po porównaniu ich z założeniami 12-Shi stwierdził, iż projektowany samolot ma szansę spełnić wymagania dotyczące prędkości, zwrotności i zasięgu, jeśli tylko nie będą następowały kolejne istotne zmiany.

Tajny raport Nr 169 (fragmenty)

Wymagania dla myśliwca kolejnej generacji w oparciu o doświadczenia bojowe zdobyte podczas walk w Chinach.
Myśliwiec pokładowy.

Wyposażenie specjalne.
Uważamy, że wszystkie myśliwce należy wyposażyć w dwukanałową radiostację, instalację tlenową, a pilot powinien otrzymać elektrycznie ogrzewany kombinezon. Myśliwce muszą być zdolne do wykonywania zadań lekkich bombowców, dlatego rekomendujemy instalację wyrzutników bombowych. Jako, że nasze myśliwce często wykonują dalekodystansowe loty powracając o świcie lub zmierzchu rekomendujemy jako standardowe wyposażenie radionamiernik.

Napęd

Zespół inż. Horikoshi zdawał sobie sprawę, że najważniejszym czynnikiem decydującym o powodzeniu przedsięwzięcia jest odpowiedni dobór jednostki napędowej. Tu jednak wybór nie był duży. Rozważano zastosowanie następujących silników: Mitsubishi Zuisei 13 o mocy 875 KM, Mitsubishi Kinsei 42 o mocy 1000 KM i Nakajima Sakae 12 o mocy 925 KM. Wszystkie one były wówczas jeszcze w trakcie prac rozwojowych. Początkowo silnik Sakae 12 nie był brany pod uwagę, ponieważ Horikoshi preferował cięższy, lecz o większej mocy silnik Kinsei 42, mający również lepsze możliwości rozwojowe. Jednak pod wpływem zaleceń Kaigun Koku Hombu zdecydował się na użycie silnika Mitsubishi Zuisei 13, nie chcąc wybierać silnika konkurencyjnego z firmy Nakajima. Pod koniec wojny powrócono do pierwotnej koncepcji Horikoshi i do napędu samolotu A6M8 przewidziano silnik Kinsei 42.
Podobnie wyglądała sytuacja z zastosowaniem śmigła. Firma Mitsubishi rekomendowała trójłopatowe śmigło Sumitomo-Hamilton o stałym skoku, lecz marynarka zaleciła wykorzystać śmigło dwułopatowe o zmiennym skoku.
Silnik Zuisei 13 w tym czasie był jeszcze na etapie prototypu, lecz zakład silnikowy obiecał, że do chwili budowy pierwszego prototypu prace zostaną zakończone. Jednak pozostało to w sferze obietnic, gdyż prace nad Zuisei uległy opóźnieniu. Jednocześnie w Nakajima silnik Sakae wyprzedził harmonogram rokując większe perspektywy. W tej sytuacji marynarka, mimo protestów Mitsubishi zadecydowała, że począwszy od trzeciego prototypu, napędem Zero będzie Sakae. Nowy silnik nie tylko dawał większą moc, był także bardziej niezawodny i miał mniejsze zużycie paliwa pozwalając na zwiększenie zasięgu ponad założenia.

Płatowiec

Dla następcy A5M4 przyjęto układ wolnonośnego dolnopłata o konstrukcji całkowicie metalowej z płóciennym pokryciem sterów i lotek, z podwoziem wciąganym w skrzydła. Kadłub składał się z dwóch sekcji, przedniej o konstrukcji półskorupowej i tylnej skorupowej. W tracie prac rozwojowych zdecydowano się nieco przedłużyć kadłub, aby uczynić go bardziej stabilną platformą dla umieszczonych w skrzydłach działek. Nowością w skali światowej było zastosowanie całkowicie zamkniętej, kroplowej osłony kabiny pilota. Zapewniała ona pilotowi bardzo dobrą widoczność we wszystkich kierunkach. Jej wadą była jednak wieloelementowa konstrukcja, ograniczająca nieco te możliwości. Ponadto w konstrukcji kabiny nie zastosowano szkła pancernego, standardowego dla myśliwców alianckich. Powodowało to, że oszklenie łatwo przebijalne było nawet przez pociski kal. 7,7 mm. Dobrą ilustracją tego jest los Saburo Sakai, który podczas walk nad Guadalcanal trafiony został w oko przez strzelca pokładowego SBD-3, właśnie z k.m-u 7,7 mm.

Punktem wyjścia podczas projektowania płata był profil Mitsubishi 118 o względnej grubości 12%, stanowiący rozwój płatów z serii B-9 i NACA 23012, zastosowanych uprzednio w A5M4. Skrzydło otrzymało także zwichrzenie dodatnie, dzięki czemu kąt natarcia był różny u nasady i na jego końcu. Dodatnie zwichrzenie skrzydła miało początkowo korygować wpływ momentu obrotowego silnika, i zastosowane zostało tylko w jednym skrzydle. Później jednak zastosowane zostało w obu płatach. Uznano bowiem, że jest to dobry środek opóźnienia przeciągnięcia i towarzyszącej mu utraty kontroli nad lotkami. Wartość zwichrzenia była niewielka - od 2° u nasady do 0,5° na końcówce.
Podstawowym założeniem przy projektowaniu konstrukcji nowego samolotu była walka z każdym zbędnym kilogramem, jednak nie zawsze przy zachowaniu wymaganych współczynników bezpieczeństwa. Jednym z tych ograniczeń, był współczynnik przeciążenia, wynoszący 1,8, pozwalający wytrzymać przeciążenia równe 7 g. Dążąc do minimalizacji masy, w przypadku mniej istotnych elementów konstrukcji Zero, nie przestrzegano tego wymogu zbyt ściśle, ograniczając wymóg do 5,6 g. Dodatkowo w celu uzyskania kolejnych oszczędności zdecydowano się połączyć w integralną całość centralną sekcję kadłuba ze skrzydłami w miejscach, gdzie zewnętrzne powierzchnie skrzydeł łączyły się z kadłubem. Wyeliminowano dzięki temu połączenia. Jednak by samolot był łatwiejszy w obsłudze, kadłub zaprojektowano z dwóch oddzielnych części łączonych tuż za kabiną. Połączenie obu części kadłuba dało lżejszą konstrukcję, niż gdyby zastosowano oddzielenie powierzchni zewnętrznych skrzydeł od kadłuba. W celu dalszej redukcji masy do budowy dźwigarów skrzydła, stanowiących istotny element zastosowano nowo opracowany stop aluminium Extra Super Duraluminium (z dużą domieszką cynku i chromu) o zwiększonej wytrzymałości. Powstał on w zakładach Sumitomo i miał do 40% większą wytrzymałość niż dotychczas stosowany amerykański 24S. Jednak nie pozbawiony był wad. Podczas wylewania powstawały w nim miejsca mniej wytrzymałe na naprężenia i podatne na korozję. Z tego też powodu niezależnie od sposobu utrzymania płatowiec podatny był na występowanie korozji międzykrystalicznej.

Strona: 1, 2, 3, 4