2식 단좌전투기

1. 개요

2식 단좌 전투기(Ki-44)는 일본 육군이 제2차 세계 대전 중 사용한 단좌 전투기이다. 속도와 상승력을 중시하여 설계되었으며, 대구경, 고출력 엔진과 가벼운 동체, 작은 주익을 특징으로 한다. 이 전투기는 1941년 12월부터 실전 배치되어 동남아시아, 중국, 본토 방공전에 투입되었으며, B-29 요격 임무를 수행하기도 했다. 2식 단좌 전투기는 여러 파생형이 존재하며, 총 1,227대가 생산되었다.

2. 개발 및 설계

1937년, 일본 육군은 기존의 격투전 성능을 중시한 경단좌 전투기와 더불어, 속도와 무장을 중시한 중단좌 전투기의 개발을 계획했다. 이에 따라 나카지마는 1식 전투기 '하야부사'(Ki-43)와 함께 2식 단좌 전투기 '쇼키'(Ki-44)의 개발에 착수했다. Ki-44는 당시 일본의 기준에서 벗어나 기동성보다는 속도와 상승 속도에 중점을 둔 순수 요격기로 개발되었다.

일본 육군 항공사령부는 4,000m에서 최고 시속 600km를 5분 안에 달성할 것을 요구했다. 기동성을 향상시키기 위해 Ki-43과 유사한 "나비" 전투 플랩을 장착했다. 초기에는 Ha-41 엔진을 탑재했으나, 이후 성능이 향상된 Ha-109 엔진으로 교체되었다. 방탄 장갑판과 자동 방루 연료 탱크를 갖추어 방어력을 높였다.

1937년 12월에 제식 채용된 나카지마 97식 전투기 (키27)는, 주각은 고정식이었지만, 육군 최초의 전금속제・저익・단엽의 설계로, 상승력・선회성이 뛰어난 격투전에 적합한 기체였다. 그러나 97식 전투기 등장 당시, 이미 유럽에서는 인입식 착륙장치를 가진 Bf 109 (독일)와 스핏파이어 (영국)가 출현하여, 육군은 신형 전투기의 개발을 모색했다.

참모 본부가 제시한 병기 연구 방침에 따르면, 1938년 당시 육군은 3종류의 전투기를 연구・개발하려고 했다. 격투 성능을 중시한 경단좌 전투기, 중무장이며 대전투기전에도 대형기전에도 대응할 수 있는 속도 중시의 중단좌 전투기, 쌍발 만능 전투기에 기초한 장거리 복좌 전투기였다.

나카지마・가와사키・미쓰비시 각사에 경전과 중전의 연구 개발 지시를 내렸고, 이에 대한 나카지마의 답변이 "경전" 키43 (1식 전투기 「하야부사」)와 "중전" 키44 (2식 전투기 「쇼키」)였다. 키43 설계 팀의 아오키 구니오 기술사는 "하야부사 (키43)"도 중전 (Bf 109)을 목표로 했지만, 중전 개발 경험 부족으로 결과적으로 경전이 되었다고 말했다.

키44에 대해 경전 주도자로부터 불필요론이 있었지만, 노몬한 사건에서 소련 적색 공군 전투기가 일격이탈 전법을 구사했던 경험과 I-16 등의 고속기에 대해 일격이탈 공격이나 추격이 가능한 신예 전투기의 필요성이 인정되어 개발이 활발하게 진행되었다.

97식 전투기의 발전형으로 개발이 진행된 키43에 비해, 중전이라는 개발 경험이 없는 육군 및 각 메이커에서는 기본 사양을 정리하는 것만으로도 어려움을 겪었고, 개발 일정은 키43보다 뒤로 밀렸다. 나카지마에서는 육군의 요구 성능이 나오기 전에, Bf 109를 목표로, 당시 국산으로 입수 가능한 최대 출력의 엔진인 하41 (이륙 1,250마력)을 장비하고 주익 면적은 15m², 무장에 20mm기관포를 장비할 예정으로 개발을 진행했다.

육군 측의 요구 성능은 1939년에 제시되었고, 최대 속도 600km/h 이상, 상승 시간 5000m까지 5분 이내, 행동 반경 600km 등으로 정해졌다. 육군은 노몬한 사건의 경험과 구미 기정세의 연구를 통해 방탄 장비에 대한 이해가 있었기 때문에, 키44에는 방화 탱크뿐만 아니라, 조종자 보호를 위해 좌석 후부에 13mm 두께의 방탄 강판을 일본 전투기로서는 처음으로 장비했다.

개발 지시 단계에서, 무장으로 고정 기관포 1문, 고정 기관총 2정을 장비하도록 요구받았다. 날개 안에는 신개발된 유탄을 갖춘 12.7mm 기관포 2문 (호103 1식 12.7mm 고정 기관포), 기수에는 기존의 7.7mm 기관총 2정 (89식 고정 기관총)이 장착되었다. 육군기에는 드문 인입식 테일휠을 채용했다.

시제기는 1940년 10월에 처음 비행했지만, 엔진 성능 부족으로 불량도 많았기 때문에 각 부분에 개량을 실시하여 최종적으로는 고도 3,700m에서 최대 속도 580km/h, 외판의 이음매를 눈 가림한 상태에서는 626km/h를 기록했다. 그러나 기존 전투기에 비해 선회 성능이 떨어지고, 대구경 엔진 때문에 3점 자세에서의 전방 시계가 나빴으며, 실속 속도가 높아 고속에서의 착륙이 요구되었다.

사격 테스트에서는 우수한 명중률을 보여 1941년 여름에 독일에서 수입한 Bf 109 E-7과의 모의 공중전에서 키44의 종합 성능은 Bf 109 E를 넘어섰다. 구미 신예 전투기에 대항 가능한 전투기로서 유용하다고 평가되었지만, 경쾌한 격투전 능력을 선호하는 많은 베테랑 조종자들에게는 여전히 평판이 좋지 않았다.

2.1. 기술적 특징

Ki-44는 대구경, 고출력 엔진에 가벼운 동체, 작은 주익을 갖추고 있으며, 동체는 엔진 바로 뒤에서 급격하게 가늘게 조여지는 형태를 하고 있다. 이는 대구경 고출력 엔진을 장착하면서도 더 굵은 방추형 동체로 설계된 뇌전과는 대조적이다. 뇌전은 표면적과 중량 증가, 시계 악화가 단점이고, 프로펠러 추력 유효 면적이 증가하는 것이 장점이었던 반면, Ki-44는 그 반대였다.

설계자 중 한 명인 이토카와 기술자는 그네를 타는 두 아이를 보고, 세로와 가로의 운동이 서로 연동되지 않고 분리된 조종계를 가진 기체를 착상했다. 이 구상에서 Ki-44는 수평 꼬리 날개의 상당히 뒤쪽에 위치하는 특징적인 수직 꼬리 날개를 가지며, 기동에서 사격 자세로 옮겨갈 때의 안정성을 높였다. 이 때문에 사격 시 자세가 좋고, 기관총포의 명중률이 높다는 호평을 받았다. 이 구조는 이후의 4식 전투기에도 계승되었다.

등이 낮은 수직 꼬리 날개는 아래쪽이 불룩한 형태이며, 프로펠러 후류의 악영향을 경감하는 수법 중 하나이다. 프로펠러 후류는 나선형으로 회전하고 있어 수직 꼬리 날개를 옆에서 때려 기수를 편향시키지만, 이는 외주 측일수록 강력하며, 수직 꼬리 날개의 면적 무게 중심을 프로펠러 축에 가깝게 함으로써 그 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 이륙 활주에서 부양으로의 받음각 변화 시, 수직 꼬리 날개에 대한 프로펠러 후류의 닿는 방식이 급변하여, 반대 방향의 러더로 수정이 필요한 순간이 있지만, 조작이 늦으면 기수가 급격하게 흔들리기 쉽다. 이 현상은 "히카케라레"라고 부르며, 이것의 경감에도 위와 같은 대책이 유효하다.

그러나 가장 큰 문제점은 착륙 속도가 빠르고, 기수 부분이 커서 시야가 좋지 않다는 점이었다. 아케노 육군 비행 학교의 실용 시험에서는 "젊은이는 태울 수 없다", "사나운 말", "살인기"라는 혹평을 받기도 했다.

주익은 2본 거더의 박스 구조로, 내부는 파형 강판으로 보강되어 "850km/h 이상의 급강하에도 끄떡없다"고 평가된다. 당시 육군에 중전의 명확한 사상이 없었기 때문에 급강하 제한 속도는 1식 전투기와 거의 다를 바 없는 여유를 가진 650km/h로 설정되어 있지만, 실제로는 Bf 109의 하중 배수 10.8G를 넘는 12.6G의 강도 시험을 통과했다. 실전에서는 800km/h의 속도로 당겨도 주익에 주름이 생기는 일은 없었다. 평면 형상은 스팬은 짧지만, 97식 전투기부터 채용하고 있는 익단 실속에 강한 직선익을 사용하고 있으며, 플랩은 나카지마 독자적인 나비형 플랩(파울러 플랩의 일종)을 장비하고 있다. 나비형 플랩은 고속 전투기의 선회 성능을 높이는 효과가 기대되었지만, 실전에서는 넣고 빼는 것이 귀찮아 사용되지 않았다(후에 폐지). 또한, 일본군 시점에서는 떨어진다고 여겨졌던 선회 성능은 실제로는 연합군 전투기보다 우수하여, 실전에서는 전혀 문제가 되지 않았다.

1형(키-44-I)이 탑재하고 있던 하41은 출력이 부족하여 예정 성능에 미치지 못했기 때문에, 성능이 향상된 하109가 2형(키-44-II)에 장비되어 2식 전투기의 주력 생산 모델이 되었다. 그러나, 하109도 가동률 면에서 정비가 어려운 엔진이라는 점에는 변함이 없으며, 비행 제47전대에서 정비 지휘 대장을 맡았던 카리야 마사이 대위는 하109에 대해 "자잘한 점에서는 손이 많이 가는 녀석이었다"고 회고하고 있다.

엔진 바로 뒤 동체의 잘록함에 대해 설계자인 코야마 테이는 "동체와 주익과의 나쁜 공기 간섭을 피하기 위해, 여기서 동체를 약간 조여 공기가 흐르기 쉽게 한다"는 생각이었다고 전해진다. 한편, 나이토 시쇼는 "나카지마 비행기에서는 프로펠러 후류가 수축류가 되는 것에 일찍부터 주목하여, 육군의 97식 전투기에서는, 이 착상을 바탕으로 동체의 평면 형상을 올챙이 모양으로 조여 효과를 올리고 있었다."라고 쓰고 있다.

3. 실전

Ki-44는 1941년 12월 인도차이나 사이공에서 사카가와 토시오 소령이 지휘하는 제47연대 "가와세미 분타이" (제47비행대대) 실험 부대에 9대의 항공기가 접수되면서 운용을 시작했다. 일본 제국 육군 항공대의 12개 연대(9, 22, 23, 29, 47, 59, 64, 70, 85, 87, 104, 246 연대)와 만주국 공군이 Ki-44를 운용했다.

초기에는 주로 동남아시아 전선에서 활동했으며, 수마트라 팔렘방의 87연대, 중국, 버마, 필리핀, 한국 등지에 배치되었다. 이후 일본 본토 방공전에 투입되어 B-29 요격 임무를 수행했으며, 전쟁 후반에는 일본의 주요 산업 도시 주변에서 방공 임무를 맡았다. Ki-44-II Otsu (Ki-44-IIb)는 Ho-301 40mm 기관포를 장착할 수 있었고, 일부는 B-29 요격을 위해 특수 부대에서 운용되었다.

전쟁 말기, Ki-44는 정비 및 신뢰성을 제외하고 우수했던 나카지마 Ki-84 하야테로 대체되었다.

4. 파생형

* Ki-44: 최초 시제기로, 복잡한 냉각 시스템을 갖춘 Ha-41 엔진을 탑재했으며, 최초 시제기만의 특징이었다.
* Ki-44: 9대의 시험 생산기(시리얼 넘버 4402-4410)는 후기 생산기와는 상당히 달랐다. 이 항공기는 태평양 전쟁 발발 당시 제47 독립 전투 비행대에서 실전 평가를 위해 사용되었다. 무장은 기수에 7.7mm 89식 기관총 2정과 날개에 12.7mm 호-103 기관총 2정으로 구성되었다. 89식 망원 조준경은 앞 유리를 통해 돌출되었다. 동체 중심선 아래에 드롭 탱크 1개 또는 날개 아래에 드롭 탱크 2개를 장착할 수 있었다. 뾰족한 스피너 캡으로 식별할 수 있었다.
* Ki-44-I: 930kW (1,250hp) 나카지마 Ha-41 엔진을 장착했으며, 환형 오일 쿨러를 장착, 최고 속도는 580km/h였다. 무장과 조준경은 시험 생산 모델과 동일했다. 날개 아래에 드롭 탱크 2개를 장착할 수 있었다. 둥근 스피너 캡에는 헉스 시동기를 장착할 수 있었다. 후기 모델은 외부 연료 냉각기를 장착했다. 40대가 생산되었다. (시리얼 넘버 111-150).
* Ki-44-II Ko (Ki-44-IIa): 1,074kW (1,440hp) 나카지마 Ha-109 엔진을 장착, 외부 오일 쿨러를 장착했고 최고 속도는 604km/h였다. Ki-44-I과 동일한 무장, 조준경 및 드롭 탱크 장착 기능을 갖췄다. 둥근 형태였던 이전 모델과 달리 사각형 조종석 출입문이 적용되었다. 355대가 생산되었다. (시리얼 넘버 1001-1355).
* Ki-44-II Otsu (Ki-44-IIb): 기본 무장은 기수에 12.7mm 호-103 기관총 2정으로 축소되었다. 선택적으로 날개에 40mm 호-301 기관포 2정을 장착할 수 있었다. 실망스러운 전투 결과로 인해 항상 장착되지는 않았으며, 때로는 12.7mm 호-103 기관총 2정으로 대체되기도 했다. 이 변형은 89식 망원 조준경을 표준으로 유지했다. 394대가 생산되었다. (시리얼 넘버 1356-1749).
* Ki-44-II Hei (Ki-44-IIc): 기본 무장은 12.7mm 호-103 기관총 4정(기수 2정, 날개 2정)이었다. 100식 반사 조준경을 표준으로 장착했다. 427대가 생산되었다. (시리얼 넘버 1750-2176).
* Ki-44-III: Ha-145 2열 18기통 엔진(1,491kW (2,000hp))을 장착한 단일 시제기.
* Ki-44-III Ko (Ki-44-IIIa): 20mm 호-5 기관포 4정을 무장으로 하는 제안된 변형.
* Ki-44-III Otsu (Ki-44-IIIb): 20mm 호-5 기관포 2정과 37mm 호-203 기관포 2정을 무장으로 하는 제안된 변형.

5. 제원 (Ki-44-II Otsu)