347. 零战的獠牙：厄利孔机关炮的日本仿造品之谜
本文是“燃烧的岛群”第347篇原创文章。全文共2506字，配图12幅，阅读需要10分钟。本文曾于2020年9月15日首发。
1936年，日本海军在刚实现全金属下单翼的“九六舰战”的基础上提出更为苛刻的设计要求，强调速度和爬升性能，要求可消灭对手的高速轰炸机，且能赢得与敌方战斗机的空战，这些看起来非常宽泛的要求落实到纸面数据上还需要经过一番讨价还价。
图1. 空母“苍龙”号所属九六舰战，羽切松雄座机，注意其早期涂装和机体下单翼的特征
1937年9月，海军正式发出“十二试舰上战斗机”的计划书，对武器的要求明确为20毫米机关炮1到2门，若仅提供1门的情况下，则需追加2挺7.7毫米机枪，弹药为20毫米每门60发炮弹，7.7毫米机枪每挺300发。
图2. 零战一一型，垂尾上的编号疑似为3-115
对通信功能的要求为电报通信300海里，报话距离30海里。
对起飞距离的要求：合成风速10米/秒情况下70米以内，对应在舰上的短距离起降能力。
对续航力的要求包括：携带副油箱可提供6个小时以上的续航力。
对攻击能力的要求是：必要情况下可以携带2枚30公斤炸弹。
图3. “瑞鹤”号上的零战机群，注意大风将蒙布吹起，战斗机下方都挂上了副邮箱
值得一提的是，用续航时间来要求续航力而不是续航距离，主要是因为在雷达开发以前，航空母舰部队不像陆基航空兵拥有早期预警网，不得不严重依赖战斗机在空中巡逻发现目标。为了实现这个滞空时间的指标要求，设计师堀越二郎绞尽脑汁，最后拿出了可变距螺旋桨的“高招”。
图4. 零战的螺旋桨可变角度，以便用慢速度换取长时间续航力
1938年1月17日，海军内部还召开了官民研究会，时任第2联合航空队的航空参谋源田实（海兵52期、飞行学员19期）根据九六和九五舰战的实战经验，说明了格斗性能和续航距离的必要性。
图5. 九六舰战和零战的设计师堀越二郎，作为真人，右为《起风了》动画版
同年4月13日，在十二试舰战计划说明审议会上，零战首席设计师堀越二郎根据源田实的愿望，提出了格斗性-速度-续航力的性能指标顺序。不过当时航空厂实验部的柴田武雄认为，为了掩护攻击机队，防止敌方逃逸，续航力和速度比格斗性更重要，格斗性反而可以通过提高飞行员的技能来弥补。
图6. 一架彗星舰爆一二型，使用液冷的热田式发动机，曾作为二式舰侦参加了中途岛海战
为了应对越来越成为主流设计的全金属机身的飞机，早在1935年，时任航空本部部长的山本五十六海军中将提出需要大口径机关炮的意见，航空本部技术部以和田操（此人在二战中任空技厂的厂长，代表作包括“银河”陆攻、“彗星”舰爆等）为中心开始研究各国大口径自动武器。
通过驻法武官的渠道，日本海军获知了瑞士厄利孔机关炮的情报，经过确认后，于1936年6月与厄利孔公司确认了专利生产合同，1937年夏天，由富冈兵器制作所开始大件组装生产，最初名称为“惠式20毫米机铳一型”，1941年开始改称“九九式一号型”。
图7. 采用100发大弹鼓的九九式二号三型机关炮，注意炮管增长
1938年3月，厄利孔公司派出6名工程师来日担任技术指导，7月开始转入专利生产，最终总产量达到3万5千挺。
九九式一号型实际上就是厄利孔MGFF型的日本版，跟BF-109E型用的相同，为了减少机炮射击时的后座力，该炮采用了降低重量和减少发射药的做法，导致初速只有每秒钟600米，因为初速低，弹道极其弯曲，100米距离弹道低下9厘米，300米为85厘米，600米时达到378厘米，因此获得了“小便炮”的恶名，有效射程为730米，只有在有经验的飞行员手中，这门炮才能打到目标。
另外，这门炮的初期型备弹量是一个60发的弹鼓，只有遇到非常有价值的目标才值得打上两梭子，是名副其实的“近战决斗武器”，但一旦命中，该炮能在200米距离上击穿15.6毫米钢板，同时会造成30毫米的贯穿口。
图8. 佩里琉岛上空的零战三二型
最初的实战中，该炮表现出因高过载而供弹不畅的问题，同时还暴露出引信可靠性差的问题，一直到1941年末，基本上解决了这些问题。为了解决弹量不足问题，1942年夏天开始用100发大弹鼓取代60发大弹鼓，装备零战一一型到零战三二型，最后采用125发弹链供弹的改型主要装备五二型。
图9. 九九式一号型（上）和九九式二号型（下）
1943年春开始专利生产厄利孔FFL型机关炮，称为“九九式二号型”，初速提升到每秒750米，有效射程提升到910米，穿甲能力是在500米距离处可击穿18毫米钢板。99式二号型/MGFFL型的弹道弯曲情况有所改善，100米距离弹道低下为6厘米，300米为59厘米、600米时为258厘米。
FFL型除了炮管加长外，弹药也由FF型的20*72RB弹改为20*101RB弹，重量由FF型的25公斤增加到38公斤。另外60发弹鼓为8公斤重，100发大弹鼓为18公斤重。
图10. 零战的座舱内部照片，注意正前方两侧的两挺7.7毫米机枪，便于在舱内排除故障
因为九九式航空机炮的初速低导致弹道弯曲，与7.7毫米机枪的弹道形成比较大的差距。零战的7.7毫米机枪也是一件舶来品，是来自于专利生产的维克斯E型机枪，采用7.7*56R弹，称为“九七式”航空机枪。
该枪重量为11.5公斤，射速为950发每分钟，在螺旋桨协调装置的影响下，会降低到六百到七百发每分钟。初速每秒745米，弹道性能良好，100米距离弹道低下6厘米，200米为26厘米，300米为61厘米，400米为114厘米，600米为279厘米，1000米为953厘米。
图11. 某博物馆内展出的零战座椅和九九式机关炮，长身管
九七式/维克斯7.7毫米机枪的射程为580米，在100米距离上能击穿8毫米钢板。
7.7毫米曳光弹白天目视距离为100米，20毫米弹则为1000米，颜色为红色或者黄色。
零战由于机体设计得太小，机头直径只适合安装轻量级的中岛“荣12”型星型发动机，发动机功率仅有950马力，后期通过涡轮增压等手段也只能提升到刚刚超过1100马力，与同期随便都是2000马力的美国重型战斗机相比愈加不利。
图12. 某博物馆内摘除的零战机头的星型发动机
为了保持机体的特色——机动性和敏捷度，零战只能在有限的几个性能维度里通过此消彼长的方式来调节，零战的獠牙，也只有到了最后几款小批量生产的改进型号里才做了进一步升级。
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