零式戰鬥機:冒險與匠心

「有些人把以往設計常規予以神化,不加思考就全盤接受,我不會這麼做,反而會思考其根據,尋求新的突破」

語出堀越二郎,原三菱財閥著名飛機設計師。

2013年夏天,宮崎駿動畫電影《起風了》(風立ちぬ)在日本大放異彩,展現出這位著名設計師如何度過青春時代,如何將飛行夢想轉化為現實。雖然影片中愛情橋段事實上移植於堀辰雄小說(與堀越二郎沒有啥關係),但主人公堀越二郎的性格定位卻準確無誤:嚮往藍天,追求自由,也開創了飛機設計的新時代。

堀越二郎之所以名垂人類飛行歷史,並不僅是因為他設計出了極負盛名的零式戰鬥機。更重要的是,他打破了飛機設計的既定常理,不僅未飛機工業開創了嶄新參照,也為日後運輸工具的設計提供革新思路。

  • 要求,史上最苛刻

1937年10月6日,堀越二郎在三菱重工名古屋航空機械製作所里工作。

這一年恰逢抗日戰爭爆發,日本陸海軍均派遣大量飛機投入前先使用。但經過實戰檢驗之後發現,日本海軍發現自己的主力戰鬥機——九六式艦上戰鬥機並未體現出絕對優勢,反而由於續航能力、作戰能力的缺陷,經常被中國空軍擊落。日本海軍省航空本部找到三菱重工,希望能設計出更強的戰鬥機。

堀越二郎

對這一消息,堀越二郎並不感到意外。早在1937年5月,航空本部就曾經叫他去東京研究現有戰鬥機如何改進、是否需要設計新戰鬥機等問題。但當海軍官僚將具體要求交給三菱重工的時候,這位年輕而老道的設計師還是大吃一驚——這是一項極為艱巨的任務。

為什麼說艱巨呢?對比九六艦戰,新式飛機要求航速更高、上升速度更快、續航能力更強、火力也需要增強數倍。但這裡有一個明顯悖論:如果追求更高、更快,那麼機身本體就不能太重,搭載武器不能太多,火力就上不去;然而如果追求更強的進攻能力,就需要搭載更多武器,就必然會更加耗油,降低續航能力——那麼主油箱就需要擴大,副油箱也需要增加,導致機身更重,導致爬升能力降低。

九六式艦上戰鬥機

簡而言之,速度、續航能力、戰鬥力三者最多只能兼顧兩個,極端情況下甚至只能是一個,就好像不能要求一個短跑運動員又要擅長長跑、又要擅長格鬥。

正因如此,三菱重工的競爭對手——中島飛機製作所宣布放棄競標。不過即便如此,堀越二郎還是想嘗試一下。

1938年5月,堀越二郎希望海軍能把三個指標按重要性排序。但在見面會上,海軍內部卻出現兩種聲音:海軍飛行員認為,擊敗對手的第一要義就是戰鬥力,可以犧牲少許速度與續航能力;海軍航空廠卻認為,中國戰場上的戰鬥機主要目的是掩護轟炸機行動,因而必須具有強大續航能力,同時為了更好地追擊對手,速度提升也勢在必行,至於戰鬥力,可以通過訓練飛行員來提高。

海軍官僚系統之間既然出現了矛盾,那麼這個爭論就永遠不會有個答案。堀越二郎便不再理會這種煩擾,致力於同時滿足兩方要求,全方位提高三項能力。

  • 變不可能為可能

說得好聽,然而具體設計時候,光說漂亮話一點用也沒有。

1924年,堀越二郎進入東京帝國大學航空學專業就讀。堀越二郎就讀的時候,整個專業的學生只有26人,教授與講師加在一起是13人,平常授課並非照本宣科,而是鼓勵自由討論。

這一時期,航空學剛剛興起,全世界的研究者都不算太多,日本自然更少。飛機設計與航空學也就如同一塊黑板,寫了東西不久就會擦掉,老師不見得就能比學生強多少。在這種背景下,堀越二郎自然熱情發揮自己的性格,然後在1927年進入三菱重工擔任飛機設計師。

1932年,日本海軍決定自主開發軍用飛機,三菱重工順勢將資歷尚淺的堀越二郎任命為設計主任。雖然這種決定看起來有些草率,但考慮到航空學本來也是個年輕行業,越是經驗不足就越不會受制於各種條條框框。時年29歲的堀越二郎雖然戰戰兢兢,卻還是接過了這項重任。

「戰鬥機的生命在於空戰中實現高速飛行、快速上升、急速旋迴i,在戰鬥力提升的前提下,儘可能降低中糧就是最重要的課題。」

在每次設計戰鬥機之前,堀越二郎都會把降低重量當作重要課題去研究。想要降低重量,一般有兩種選擇,一種是開發又輕又硬的材料。當時住友金屬剛剛開發出7075號鋁合金,堀越二郎去過幾趟工廠之後,旋即將其定位飛機制材,使得飛機重量立刻減輕了30公斤。

1937年三菱重工設計團隊與十二試艦上戰鬥機(零戰雛形)(中間為堀越二郎)

與此同時,堀越二郎也沒有放棄第二種看起來很笨的方法:儘可能在各個方面減輕機體重量。

但即便是笨辦法,也不是全無突破。

普通飛機飛行的時候,一般只受1倍重力作用,但戰鬥機在作戰過程中,經常會做出各種高難度動作,按照1930年代標準,最大受力會達到7倍重力——但這並不是說飛機材料禁得住7倍重力就萬事大吉了,因為飛機製造商有所謂「安全係數」之說,也就是在這個最大受力的基礎上乘以一個係數,只有禁得住這個力度拉扯才稱得上安全。

按當時通行標準,這個安全係數是1.8,換言之,材料需要禁得住12.6倍重力才行。

堀越二郎當然學過這一點,但考察具體問題時,他發現即便使用同樣材料,零件形狀不同也會與安全性有些關係。比如細長部分或是薄平板部分,韌勁很強,即便巨大彎曲之後也能迅速還原,更容易耐住強力;相反短粗或是厚平板部分,看似堅固卻短於韌勁,受到強力容易受損。

前者較之後者更具耐力,如果將兩者都用同等安全係數來衡量,多少有些說不過去;但既定標準已經有了規定,如果改變就等於是要打破設計慣例——堀越二郎到底會怎麼做呢?

沒錯,那就是從根本思考,尋求突破。

堀越二郎最終決定,將細長部分或是薄平板部分的安全係數降低為1.6,其餘部分保持1.8,又一次給飛機成功減肥。有趣的是,二戰結束之後,公認的安全係數從1.8降低到了1.5,堀越二郎雖有些冒險,卻也不失為由先見之明。

人的性格若是追求冒險,印象上總會讓人覺得有些不拘小節,但堀越二郎不但不失這種人,反而是一個錙銖必較的「處女座」。

堀越二郎一旦進入工作模式就會立刻開啟「工作狂」狀態:每當跟同事一起吃飯,別人都在興高采烈地聊天,他卻悶悶不樂地兀自思考。有了靈感,他就會催促下屬反覆修改;沒了靈感,他就會趴在桌子上哼哼唧唧,搞得周圍人不勝厭煩——當然,如果硬要說這是一種優點,那也就是他對工作的堅持異乎尋常,膽大心細。

如果說他的膽大體現在突破常規,那麼心細就體現在如何給飛機「細節」減肥。

飛機設計里存在所謂「重量加倍係數」的概念:如果飛機不小心增加了1公斤重量,那麼為了支撐這個1公斤,相關部件強度就必須增加;為了支撐多出來的重量與部件強度,飛機機翼必須更大,結果就是增加1公斤最終會導致機體重量增加至少2.5公斤。

一定要去除每一個不必要的零件——這一理念成為了堀越二郎的思考基礎。

那在飛機各部件之中,哪些是不必要的呢?堀越二郎首先瞄準了又多又重的金屬件。以往日本戰鬥機設計里,機翼大多分為內、外翼兩部分分別製作。兩部分機翼中間用一個金屬件連接。堀越二郎特地將主翼面積相對減小,使其能夠整體製作,進而省去了左右兩個巨大金屬件。

他還設立了「1克也要減」的理念。某一次下屬遞上了輔助翼的操縱系統設計圖,堀越二郎立刻打回重做,理由很簡單:如果把圖中的鋼製金屬件換為鋁合金,就能降低40%的重量。

不過需要注意,即便是40%,由於這個金屬件本身也很輕,實際重量僅僅降低了75克,相比整個機身只有五萬分之一。然而堀越二郎卻不由分說:

「即便只有機身重量的十萬分之一,能減也得減!」

但這種對細節的追求卻導致了更大的程度的冒險:為了減輕重量,零式戰鬥機沒有為駕駛艙、引擎、主油箱等重要部位設計裝甲,這就使得零式戰鬥機成為一柄雙刃劍。若是飛行員經驗豐富,戰鬥機就能充分發揮其靈活性,產生威脅;反之如果經驗不足,靈活性發揮不出來,反而容易成為對手的靶子。

但即便如此,由於資源短缺、要求苛刻,堀越二郎不得不在飛機的某一方面性格上做出犧牲。這種冒險精神締造了早期零戰的神話,也為後期零戰沒落埋下了伏筆。

1939年4月1日-25日,零式戰鬥機成功起飛。經過實際飛行發現,零戰巡航速度高於每小時490公里,比之前預計的480還要高出一些。至此堀越二郎終於鬆了一口氣,突破時速500公里已經不是夢想了。

  • 零戰:由盛到衰

1940年9月13日,零式戰鬥機首次投入大規模空戰,這就是著名的重慶璧山空戰。

中國空軍出動30架戰鬥機營地,誰承想日本海軍的13架嶄新零式卻顯示出了更強優勢:不僅具備更強的機動性,火力也異常強勁。中國空軍認為日本海軍航空隊是遠道而來,本想通過纏鬥戰術耗盡對手油料,不料零戰的續航能力遠超想像。最終中國空軍損失27架飛機,日軍只有一架飛機因重傷在降落時墜毀。

橫行中國的零戰編隊

太平洋戰爭爆發之後,零戰成為了日本海軍航空兵首選。據統計,從1941年12月太平洋開戰到1942年3月爪哇戰役為止,日軍一共擊毀565架盟軍飛機,其中零戰擊毀了471架,作戰能力極為恐怖。

由於零戰過於恐怖,早期美國飛行員經常是聞風色變,甚至總結出這樣的經驗:遇到雷雨要撤退,遇到零戰也要撤退。

1942年6月,日軍發動阿留申作戰,其中一架零式戰鬥機迫降在阿留申群島阿克丹島(Akutan),飛行員古賀忠義一飛曹戰死。到了7月10日,美軍找到這架製造編號為4593的零式戰鬥機,這也是太平洋戰爭中美軍俘獲的第一架零式飛機。8月1日,美軍將這架「阿克丹零式」(Akutan Zero)拉回到加州聖地亞哥海軍基地的北島海軍航空基地。

阿克丹「零戰」

經過一番慎重修理,「阿克丹零式」最終在9月20日重新起飛,美軍也開始對這架零式戰鬥機展開分析。據測試飛行員艾迪·桑德斯(Eddie Sanders)少校回憶:「開了一段時間馬上感覺到,只要速度一過200節(時速370公里),側翼就會變得很重,盤旋運動就會變慢,必須在操縱桿上用很大力氣。向右轉較之向左轉要更容易……因而在200節速度,零戰飛行員很容易突然向右轉。」

在太平洋戰爭初期,美軍F4F「野貓」(或稱「悍婦」)戰鬥機無論從性能還是飛行員水平而言都難以與日軍匹敵,根本無法阻止日軍飛機橫掃太平洋。但靠著強大工業能力,美軍隨即開發出超越零戰的F6F「地獄貓」戰鬥機,然而日軍改良的零戰三二型、五二型均未能扭轉局面,這就使得零戰神話逐漸消亡。

  • 尾聲

二戰之後,堀越二郎退出戰鬥機設計,轉為民航飛機設計。

日本戰鬥機輕巧靈活,這種輕量化思維肇始於節能理念;而歐美戰鬥機設計大多以高馬力、高性能為中心,這也就與高能耗連在了一起。事實上在汽車設計之中,歐美都傾向於人高馬大,日本則盡量減輕車重。雖然美國汽車長期橫行天下,但隨著70年代石油危機爆發,消費者紛紛尋求節能汽車,日本汽車反而在美國大行其道。

晚年堀越二郎

敗於空戰卻勝於商戰,不得不說是歷史的弔詭。

1970年,堀越二郎出版回憶錄《零戰》,他曾以一句話總結了零戰設計歷程:

「如果日本人如同一部分人所言,只是精於模仿或是製作小工藝品,那麼零式戰鬥機根本不可能設計出來。」

的確,零式戰鬥機雖然已經離我們遠去,但其代表的革新思路與冒險精神,卻依舊影響著這個時代。

1982年1月11日,這位偉大的設計師最終離開人世,享年78。2月5日追贈為正四位。

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