2015
09.21

独創的なアイデアが生まれるとき

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堀越二郎の「零戦」で採りあげたい二つ目は、「剛性低下方式による操縦応答性の改良」と呼ばれるものについてである。ここでも、それまで常識とされていた規定を覆す堀越の慧眼ぶりが見て取れる。

これは、零戦の操縦性を改良するために行われた独創的な工夫なのであるが、それを理解するには、当時の航空機には舵を動かす油圧系統やアクチュエーターなど無かったことをまず知っておく必要がある。パイロットは機体の動きをコントロールするのに(特に高速飛行時には)大変な腕力が必要だったのである。言わば、操縦桿と舵は直結していた。そういった世界での操縦性の話である。

これは余談になるが、零戦を駆って"撃墜王"と呼ばれた坂井三郎氏が敵機に攻められた際に常に左旋回で逃げたのは、プロペラのジャイロモーメントが有利に働くという以外にも、氏の利き腕が右手であった(操縦桿を左に倒しやすい)ということがあったそうである。

零戦の操縦性の問題が持ち上がったのは、テスト飛行を終えたパイロットの報告からであった(第三章 試験飛行 「不審な振動」)。

この日の飛行試験と、いままでの飛行試験全般を総合して、二つの大きな問題点がクローズアップされた。それは、「振動は、脚を引っこめても減らない。昇降舵の効き、重さは、低速では九六艦戦とよく似ているが、速度を出すにつれ、操縦桿をすこし動かしても、目立って重すぎ、効きすぎとなる。」という点だった。

この後者の操縦性の問題に堀越は以下のように挑んでいった。

昇降舵の手ごたえの問題は、振動の原因を研究しているあいだも、つねに私の頭の中にわだかまっていた。十七日、十八日の飛行試験の結果でも、あいかわらず高速になるほど昇降舵の手ごたえが堅くなり、ちょっと操縦桿を動かしただけで、機が大きく反応することが決定的になった。

この高速で昇降舵が効きすぎるという問題は、高速の戦闘機なら例外なくある問題のはずである。ただ、世界中の設計者とパイロットが、それを問題として意識しないだけだ。この問題は、世界に先がけて、ぜひ私の手で解決してみたい。私は、九六艦戦での経験を思いおこし、根本的に解決してやろうという意欲が湧いた。

中略

いままでのどんな飛行機の操縦系統でも、操縦桿の動きと舵の動きの割合は、低速・高速にかかわらずつねに一定のものであった。その構造は、操縦桿と舵とが、金属の管やレバーや、細い針金をよりあわせたケーブルなどでつながれており、操縦桿を動かすと、それに応じて舵が動くメカニズムになっている。

そして当時は、これら操縦系統の各部分は、いずれも伸び縮みが少ないように、つまり高い剛性をもつように規定され、設計されていた。つまり、飛行機の速度が変わり、舵に加わる空気力が変わっても、操縦桿の動きに対する舵の動きがあまり変化するのはいけないとされていた。そのため、低速でほどよい効きをみせる昇降舵でも、高速では効きすぎて飛行機の姿勢がガクンと変わる。

中略

問題を整理してみると、操縦桿を同じだけ動かしても、速く飛ぶときは昇降舵が少ししか動かず、遅く飛ぶときは、昇降舵が大きく動くようにし、しかも最低速と最高速の間のどんな速度で飛んでも、その速度にふさわしい動きを示してくれればいいわけだった。これを実現するものとしてすぐ頭に浮かんだ原理は、速度の高低を圧力の高低に変え、その圧力で操縦桿と舵の動く角度との割合を速度に応じて変えるというものだった。しかし、その最後の段階のかんたんで確実なメカニズムが見つからず、私の思考は、はたと行きづまってしまった。


苦しみながらも考え続ける堀越に、とうとう飛行機の神様(?)が降りてくるのである(第三章 試験飛行 「思いがけぬアイデア」)。

ある日、会社の机の上でだったか、出社途上の電車の中でだったか記憶にないが、ふと、「操縦系統の弾性を利用できないだろうか」という考えが頭に浮かんだ。

中略

操縦系統に、たわみや伸び縮みが起こりやすくすれば、つまり剛性を低くすれば、「飛行機が高速になる→舵の面にあたる空気力がふえる→操縦系統にかかる力がふえる→操縦系統のたわみや伸び縮みがふえる→操縦桿を大きく動かしても舵はふつうより小さくしか動かない。低速になると、この反対の現象が起こる。」

私の頭の中で、このような一連の連想が瞬時に起こった。ただ、この方法を用いると、操縦系統の伸び縮みのため、たとえば舵の効きに遅れが出るのではないかということが、とうぜん疑問となる。しかし、つごうのいいことに、金属など固体の伸び縮みが、一方のはしから他のはしまで伝わる速さは、目にもとまらないほど速いから、この心配はしなくてよい。「これはうまい!」思わず、私は心の中で叫んだ。

ここから、規定、規格への疑い、それについての独自の考察が示される。

私は、この昇降舵の操縦系統に剛性低下を採用することに、はたして実害があるかどうか、検討してみた。(中略)そもそも、操縦系統の剛性の最小限を決めた規格ができたのは、九六艦戦ののちのことである。なぜそのような規格が作られたのか、その理由について説明を聞いたことはないが、考えてみると、羽布張り機に舵の効きの悪い飛行機が多かったのは事実だ。

しかし、羽布張り機では操縦系統をささえる土台がしっかりしていなかったため、舵の角度を必要なだけとれないことが、操縦系統そのものが伸び縮みするためだと見えたのではなかったか。そして、このたびの規格も、その対症療法として生まれたのであろう。ほかにどう考えても、この規格の出てきた理由は考えられなかった。「よし!こうなれば十二試艦戦ではこの規格を無視してもふつごうはあるまい。」私はひそかに決心を固めた。


規定や規格は、その時代の技術レベルが反映されているので、本来は技術の進歩とともに見直されるべきこともあるはずだが、時間の経過とともに規定のそもそもの背景は忘れ去られてしまっていることが多い。

これは建築構造でも同じだろう。以前学生の頃に、コンクリート構造の権威である先生が、「この設計式がどのように決まったのか私も知りません。知っている人がいたら教えて下さい。」と言われるのを聞いてひどく驚いたことがある。「あなたが知らなかったら誰が知っているというんです!」と心の中でつぶやいた次第である。

堀越のアイデアやその成果は、日本の航空技術のレベルを(少なくとも戦闘機では)世界の最先端にまで一気に引き上げたようである。以下は、イギリスの航空エンジニアから見た評価(終章 昭和二十八年八月十五日)。

イギリス最大の航空機会社ホーカー社の計画設計主任 J・W・フォザード氏はイギリス航空学会誌一九五八年十一月号のなかで、「ヨーロッパ人は、日本人が模倣に終始したように思いたがるが、日本の代表的飛行機である零戦の詳細を知れば、それが誤りであることをさとるであろう。(中略)なかでも、われわれヨーロッパの水準から見て、もっとも驚嘆にあたいする工学上の構想・手法は、操縦系統の剛性を計画的に引き下げる考えであろう。この独創的構想によって、低速時の昇降舵の効きをそこなわずに、高速時の操縦桿の動きを適当に増し、むずかしい操縦感覚の問題をみごとに解決している。」

と、最大級の賛辞が与えられている。


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