栄発動機という視点における考察
第1章：導入 ― 栄発動機をめぐる話題の再考
零戦に搭載された「栄」発動機については、その優れた燃費性能がたびたび話題となってきた。特に金星や瑞星といった他のエンジンとの比較において、その航続性能の差異は顕著であり、零戦の運用実績を考えるうえでも、重要な技術的要素として語られてきた。
しかしながら、この評価が一面的に「燃費が良かったから栄が選ばれた」とされがちである一方で、そこに至る過程や選定上の制約、さらには他の候補との比較における妥当性の検証といった議論は、あまり深掘りされてこなかったようにも感じられる。
本稿では、栄発動機が実際に他の候補と比べてどのような優位性・不利を持っていたのかを、性能比較と設計・運用要件を基に再検討していく。あくまで結論ありきではなく、仮説とデータ、検証を重ねていく中で、一つ一つの論点を掘り下げていく構成とする。
その際、零戦の初期モデルと後期モデルとの違いを参考データとして扱いつつ、技術的・戦術的要請の変化にも留意する。燃費だけでなく、速度性能や空力設計、搭載可能な装備、そして艦載機としての条件（離艦性能など）も含めて、複合的に捉えていくことが本考察の目的である。
第2章：栄の燃費性能と航続距離 ― 定量比較の出発点
零戦における「栄」発動機の性能が注目される中でも、特に顕著な特徴として挙げられるのがその燃費性能の良さである。これは単なる印象論ではなく、数値的に比較した場合においても明確な差異が示される部分だ。
例えば、同じ燃料タンク容量を持つ機体（500L台）で比較した際、「栄」搭載機と「金星」搭載機とでは500km以上の航続距離の差が出る。この前提が正しければ、1Lあたりの航続距離にしておおよそ1kmの違いがあることになる。
この燃費差は、実際の発動機構造――具体的には排気量の違いにも関係している。「栄」はおおよそ27L台、「金星」は32L台であり、排気量にして5L近い差がある。これだけでも燃料消費率に差が出ることはある種当然ともいえるが、それだけで説明できるものでもない。
加えて、「栄」発動機は同系列でも型式ごとに差がある（例：10型系統、20型系統、30型系統）ため、単純に一括りにはできない。対して、金星側はここでのサンプルとして扱われているのが60型系統（特に金星62型）に限られており、より限定的な比較となる。
このような背景から、燃費の差をそのまま結論として断定するのではなく、仮にこの数値差が事実であったとして、それがどの程度戦術的・戦略的に影響を持つのかを見ていく必要がある。単なる「燃費が良いから優れていた」では済まない、複雑な選定の背景がある。
たとえば、栄搭載の零戦21型の巡航航続距離は2796km（満載）とされる。これに対し、金星62型を搭載した零戦54/64型の計画値は1500km未満（※）。もちろん、後者はより重武装・重構造であり、純粋な換装比較ではないが、差は顕著である。
この航続距離差を「速度性能とのトレードオフ」として捉えるか、「運用性の問題」として捉えるかで評価は分かれることになる。次章では、この問題を当時の航空機仕様書（昭和11年標準）との整合性から探っていく。
第3章：性能標準との照合 ― 昭和11年の要求を読み解く
発動機選定を技術的な観点から評価するにあたり、避けて通れないのが当時の軍用機に求められていた性能基準である。特に、零戦の開発が進められていた昭和13年以前から定められていた、昭和11年の**「艦上戦闘機に対する標準性能要求」**は、栄発動機が選ばれた背景を読み解く鍵となる。
この昭和11年性能標準は以下のような項目を含んでいる。
■ 昭和11年標準仕様（艦上戦闘機）
用途：
敵攻撃機の阻止・撃攘
敵観測機の掃討
特性：
高速・高上昇力
空戦性能に優れること
航続力：
正規満載全力で1時間（※最低限）
増槽併用時に6時間以上飛行可能であること（※特記事項）
離艦性能：
合成風速10m/sで70m以内
兵装：
20mm機銃1〜2、7.7mm機銃追加可
弾薬数：20mm×60、7.7mm×300
高度性能：
実用高度3000〜5000m
この仕様の中でも、特に目を引くのが「6時間以上の増槽併用巡航」という条件である。これを仮に巡航速度333km/hと仮定すると、必要な航続距離は約2000kmとなる。つまり、最低限でもその水準の航続力がなければ仕様を満たせない。
この点で栄発動機を搭載した零戦21型（最大燃料850L、航続距離約2796km）は明確にこの基準を上回っており、発動機選定の正当性が確認できる。対して、比較としては適切でないことを承知の上であるが、適切なサンプルがないため代用するのであるが、金星62型を搭載した零戦54/64型は、巡航速度370km/hとしても6時間で2220kmに届く理論値が出せるが、燃費が1.4km/L台（※）であるため、実際には1500kmも危うい。
この差は単に「どれだけ速く飛べるか」ではなく、「どれだけの時間、任務空域で戦えるか」に直結する。すなわち、性能標準が意図していたのは高速性と持久力の両立であり、それを満たす発動機が必要だったのである。
さらに、昭和13年時点での「過荷重6時間」の記載も確認されており、時期を経てもこの条件が基本的に維持されていたことがうかがえる。つまり、零戦開発初期において「6時間飛行可能であること」が明示的な仕様だったわけで、燃費の悪い金星・瑞星は、この時点でほぼ脱落していた可能性が高い。
ここで重要なのは、金星がどれだけ馬力で優れていようとも、燃費・重量・空力の複合要素で性能標準に合致しなければ選ばれなかったという点である。この要件に対して、栄は決して単に「妥協の産物」ではなく、最も現実的な選択だったのだ。
次章では、こうした背景のもとで、それでもなお金星搭載の可能性を模索する意義について掘り下げていく。
第4章：金星搭載モデルの可能性と限界
ここまでの考察で、栄発動機が当初の性能標準において非常に適合性が高かったことは確認できた。しかしながら、だからといって金星搭載型が全く検討に値しないわけではない。特に零戦の後期型（54/64型）では、実際に金星62型が搭載されていることからも、何度か発動機換装の可能性があったことは明らかである。
■ 零戦54/64型における実績と理論値の差異
金星62型を搭載した零戦54/64型では、理論上の最高速度は612km/hに達するはずとされる。これは確かに先代モデルよりも大幅な速度向上であり、「馬力向上＝速度向上」の理屈通りの結果である。
しかし、実測として記録されている最高速度は572km/hに留まっている。この6〜7%の差の原因については、いくつかの要素が考えられるが、もっとも有力なのは発動機の大型化による空力抵抗の増加である。
金星62型は、栄発動機に比べて直径で70〜100mm大きく、それによって機首のカウル形状が変更されている。この変化が、単純な速度性能の向上を帳消しにするだけの空気抵抗増加をもたらしたと考えられる。
この考察を基に再換算すると、零戦21型ベースに金星40型系統を搭載した場合、理論値548km/hのところ、空力減算を考慮して0.94倍すると515km/h程度にまで下がる。これは零戦21型（栄搭載）の実測533km/hを下回る可能性すらある。
■ 航続距離の致命的低下
速度の向上が空力的に打ち消されたとしても、もう一つの大きな問題は航続距離の低下である。
燃費面を見ると、金星62型搭載の零戦54/64型ではおおむね1.42km/L程度（※）と推定されており、これを金星40型系統でも代入する場合、850Lの燃料では単純計算で約1200km台の航続距離しか得られない。対して栄搭載の零戦21型では、同じ燃料量で2700〜2800kmの航続が可能だった。
しかし、同じ金星62型搭載型はキ100より約350kg軽量にもかかわらず、航続距離は明らかに劣っている。これは、単に重量だけの問題ではなく、空力設計そのものが金星エンジンに適合していなかった可能性を示唆しているのではないだろうか。
■ 彗星やキ100との比較から見える空力設計の影響
彗星33型（空冷・金星62型）では、燃費が2.7km/Lに達している。彗星43型でも2.2km/L。これらの数字から判断する限り、金星62型自体が極端に燃費の悪いエンジンというよりは、搭載機体の空力設計によって燃費が大きく左右されているということが分かる。
この点で、キ100や彗星33型は金星エンジンの特性をうまく活かした設計であり、それに対し零戦の構造は元来「栄向け」に最適化されていたため、金星との相性が良くなかった、最適化されていなかったのだと考えられる。
さらに言えば、同じ「液冷→空冷」への換装を経験している彗星33型とキ100は、設計変更の際に空力調整が行われており、その点で零戦は設計ベースからの改修には限界があった。
こうして見ると、金星搭載モデルは決して無価値な選択肢ではなかったが、少なくとも零戦というシステムの枠組みの中では、後期モデルになるほどその性能を十分に引き出す設計変更が難しかったという点が最大のネックではなかっただろうか。
次章では、この問題をさらに掘り下げるべく、空力特性と燃費の関係、特に主翼面積や翼面荷重といった設計指標に注目していく。
第5章：空力と燃費 ― 翼面積・全備重量が与える影響
金星搭載の零戦における燃費の悪化は、単なるエンジンそのものの燃費特性だけでは説明しきれない。むしろ、それを搭載する機体の空力設計や構造的な相性が、燃費や航続距離に大きく影響していることが浮かび上がってくる。
■ 主翼面積と燃費性能の関係
ここで注目すべき指標が、「主翼面積」と「燃費性能」の相関である。以下は、実際のデータを元にした比較である。
機体、主翼面積、最高速度、燃費（概算）
キ15-Ⅱ 20.36m² 510km/h 2.87km/L
キ51 24.20m² 424km/h 1.73km/L
零戦21型 22.44m² 533km/h 3.29km/L
この比較からわかることは、単純なエンジン性能だけでなく、主翼面積（および機体重量）と空力抵抗のバランスが、燃費に強く影響を及ぼしている可能性があるということだ。
キ51はキ15-Ⅱと比べてわずかに翼面が大きいだけだが、燃費性能では大きな差がある。これは、キ51の方が全備重量で約600kg重く、空気抵抗やエネルギー消費の面で不利だったためと考えられる。
同じように、零戦21型が高い燃費性能を維持できていたのは、単に「栄」発動機が優れていたからではなく、軽量構造かつ空力的に洗練された設計であったことが大きい。
■ 翼面荷重の増加が意味するもの
発動機を金星に換装する場合、当然ながら機体全体の重量は増す。発動機自体の重量だけでも、栄530kgに対し、金星は560kg。その結果、翼面荷重は以下のように変化する：
モデル翼面荷重（kg/m²）
零戦21型（栄）約108
瑞星搭載仕様約114
金星搭載仕様約114
この時点で、既に昭和11年の性能標準（離艦距離70m以内）を満たせるか怪しくなってくる。さらに最適化して金星に完全対応させるとなると、翼面荷重が130kg/m²近くまで上昇する可能性もあり、ここまで来ると、それはもはや艦上戦闘機ではなく、陸上用局地戦闘機の領域に踏み込むことになるだろう。
■ 設計限界としての離艦性能
離艦距離の短縮は、艦載機としての絶対条件である。設計時の仕様にあるように、「合成風速10m/sで70m以内に離艦可能」であることは、運用上避けられない制約だった。翼面荷重が増えるということは、離艦により大きな速度が必要になることを意味し、つまり艦上機としての実用性を損なう。
零戦が栄を選んだというより、栄以外を選びにくかったというほうが正しい文脈かもしれない。発動機の選定は、単に馬力や速度だけではなく、構造全体のバランスとの兼ね合いで決まっていた。
この章では、燃費に対する主翼面積・重量・翼面荷重の影響を見てきた。これを踏まえると、「発動機換装で性能を上げる」というのは単純な話ではなく、機体設計そのものの再設計を必要とする、極めて複雑な問題であることがわかる。
次章では、その仮定をより具体的に検証するため、零戦21型をベースにした発動機換装による仮想性能比較と設計への影響を試みていく。
第6章：発動機換装の仮想モデル比較と翼面荷重問題
これまでの章では、栄・金星・瑞星といった各発動機の燃費、機体構造への影響、さらには離艦性能などを概観してきたが、ここでは零戦21型をベースとした仮想換装モデルにより、具体的な数値でその差異をシミュレーションしていく。
この試算は、搭載エンジンの重量・出力・燃費などを入力値として、機体の最高速度や航続距離、全備重量、翼面荷重などを概算する「換装計算モデル」に基づいて行われる。
■ ベースモデル：零戦21型（栄12型）
項目数値
発動機重量530kg
発動機馬力1000hp
全備重量2421kg
最大燃料850L
航続性能約2796km
最高速度約533km/h
翼面荷重約108kg/m²
これは零戦の初期モデルであり、最も「バランスが取れた状態」とされる。ここからの換装によって何が変化するかを見ていく。
■ 瑞星搭載仕様（仮想）
項目数値
発動機重量542kg
発動機馬力1080hp
全備重量2554kg
最大燃料850L
航続性能約1445km（燃費1.7km/L）
最高速度約550km/h（理論値）
翼面荷重約114kg/m²
換装により馬力は向上し、最高速度も若干上昇しているが、航続性能は半減。また、翼面荷重も増加しており、艦載機としての離艦性能が危ぶまれる。
■ 金星搭載仕様（仮想）
項目数値
発動機重量560kg
発動機馬力1100hp
全備重量2573kg
最大燃料850L
航続性能約1232km（燃費1.45km/L）
最高速度約548km/h（→空力悪化補正515km/h）
翼面荷重約114kg/m²以上
こちらも速度向上が期待されるが、空力悪化による速度減退（実測515km/h程度）、そして航続性能の大幅な低下が見られる。栄搭載型に対して、燃費で2倍近くの差があり、巡航任務には致命的である。
こうした背景をふまえると、「金星を搭載すれば速度が上がる」という単純な見方は、設計・運用現実から大きく乖離している。設計全体を見直さなければ成立しないため、それはもはや零戦の延長線上ではない。
この章では、数値的に見た換装シミュレーションを通じて、設計の整合性という観点から発動機選定がいかに制約されていたかが明らかになった。次章では、こうした「選定の限界」ではなく、むしろ未知・未決な部分や補足的な技術要素を見ていくことで、より立体的に状況を捉えていく。
第7章：未決の要素と補足的な技術観察
これまでの考察において、燃費・構造・空力・運用性能の観点から「なぜ零戦に栄が選ばれたか」はある程度論理的に追えるようになった。しかし、すべてが明確に結論づけられるわけではない部分も存在する。ここでは、そうした未確定要素や補足的な観察事項について、改めて整理する。
■ 瑞星の燃費 ― 本当に1.7km/Lなのか？
前章まででは、瑞星10型の燃費を1.7km/L前後とした仮定に基づき考察を進めてきた。しかし、これはキ51を基準とした場合の値であり、別の機体であるキ15-Ⅱでは、同じエンジンで2.87km/Lという非常に優れた燃費記録が存在する。
ここで注目すべきは、キ15-Ⅱとキ51の違いが主に以下の2点であること：
主翼面積：キ15-Ⅱ＝20.36m²、キ51＝24.20m²
速度・空力特性：キ15-Ⅱは高速機、キ51は低速・重翼面機
つまり、同じエンジンを搭載していても、機体設計が異なれば燃費性能も大きく変化するということになる。この点においては、瑞星の燃費が1.7km/Lに固定されているわけではなく、零戦のような高速・軽量機体で使用された場合には、もっと良好な燃費を示す可能性がある。
ただし、この仮説を裏付ける具体的な実測データは存在せず、瑞星搭載型零戦の実機がない以上、あくまで机上での推測に留まる。
■ 空力設計と発動機直径の影響
金星の搭載が速度向上に繋がらなかった点においても、やはり空力の影響が大きいと見られる。特に、発動機の直径が大きくなることによるカウル形状の変更は、単なる見た目の問題ではなく、流体抵抗の増大という性能的なダメージを生む。
零戦のような細身の機体に対して、1218mmクラスの金星を押し込むという行為は、設計思想の根幹を揺るがす行為であり、空力バランスを維持したまま速度性能を向上させることは困難だった。
■ 翼面荷重と設計領域の移行
発動機の換装によって構造重量が増すと、結果として翼面荷重が増え、運用要件の「艦載戦闘機」から逸脱していくリスクがある。
ここでポイントとなるのは、零戦の発展型ではなく、新しいカテゴリの機体として捉える必要があるという点である。発動機のスペックだけでなく、機体構造や分類そのものが変わってくる。
このように、いくつかの論点は未決のまま残されている。とりわけ、「エンジンと空力の相性」「主翼面積と燃費の関係」「現実的な設計限界と理想的仕様」の交差点には、単純な性能比較では語れない設計哲学や技術的苦労が介在していたのだろう。
次章では、本稿全体の考察をふりかえりながら、あえて「結論」を出すことなく、どのような視点で本テーマを捉えるべきかを整理してみる。
第8章：考察のまとめ
ここまで、零戦における栄発動機の採用について、単なる「燃費が良かったから」という説明では捉えきれない、さまざまな技術的・運用的背景を検証してきた。燃費、航続距離、発動機サイズ、重量、空力特性、翼面荷重、そして当時の艦載機としての運用要件――これらすべてが、相互に矛盾しない形でバランスされる必要があった。
この過程で見えてきたのは、「ベストなエンジンを選んだ」というより、「条件をすべて満たせる唯一の選択肢が栄であった」ということだ。つまり、選択肢が多かったから栄が勝ち残ったのではなく、実は最初から他に現実的な候補がなかったとも言える。
一方で、金星や瑞星といった他のエンジンも、数値的には魅力的な部分を持っていた。とくに金星は馬力に優れ、設計自由度が増せば、キ100や彗星のようにその実力を発揮することができた。だが、それは零戦というフレームの中では難しく、それらはもはや「零戦の延長」ではなく「別の機体の始まり」である。
考察の過程ではいくつもの未決事項、たとえば瑞星の実燃費、主翼設計と燃費の関係、楕円翼導入の可能性なども浮かび上がった。これらは今後さらに検証すべきテーマであり、いずれも「栄 vs 金星 vs 瑞星」という単純な比較では見えてこない、設計思想そのものへの問いでもある。
おそらく、零戦にとって栄が「正解」だったというよりも、「条件があまりにも絞られた結果としての、最適でしかあり得なかった選択」だったのだろう。そして、その選択は結果として零戦という機体にとって、幸運だったとも言える。
このような形で、栄発動機の採用をめぐる議論は、性能比較を超えた設計思想と運用現実の交差点に位置している。どの要素が正しかったのか、ではなく、「何が妥当だったか」「何が可能だったか」を考える視点が、こうした技術史的考察においては本質なのかもしれない。
（※）金星の燃費については他の機体と倍半分違う場合があるため、あくまでここで取り扱ったのは一般に流布されている零戦54/64型の航続性能から導き出された仮の数字を用いている。
