軍事学セミナー 2016 年 7 月例会 藤縄雅 理研仁科センター研究嘱託日大生産工電気非常勤講師 UNISUN JAPAN 取締役技師長
大和型戦艦搭載原動機の 比較論 A study of the boiler turbine system for Yamato class Battleship
自己紹介 1948 年 10 月 10 日生 ( 昭和 23 年 : 皇紀 2608 年 ) 67 歳父が異国の丘の為 この年に生まれる 幼稚園の時 新東宝 戦艦大和 ( 吉田満原作 ) を観 以後大和の絵を書く 当時は木製の模型 小学校 3 年時のニチモが 1/750 武蔵のプラモ発売以後プラモデル作りに励む 映画は 明治大帝と日露大戦争 太平洋の鷲 太平洋の嵐 太平洋の翼他を父と観る 祖父が日大に天下りし その影響で日大へ 大学院卒業後 三菱電機入社 (1973 年 )
三菱では 海外電力案件担当 イラク イラン戦争体験 ; 2008 年の本セミナーで披露 平成に入り がん治療加速器 ( 千葉 兵庫 ) と山梨リニア担当 1999 年理研に出向 2003 年転職 理化学研究所 ( 理研 ) 仁科センター研究嘱託 2006 年より 日大生産工学部非常勤講師 UNISUN JAPAN 取締役技師長 電気設備学会 星野賞 受賞 2015 年 加速器学会 特別功労賞 受賞予定 2016 年 8 月
113 番元素命名権獲得
ニホニュウム Nh
亜鉛 30Zn ビスマス 85Bi 秒速 3 万 km
ノーベル賞はわすれるが 周期表は教科書に残る
大河内正敏 理研 3 代目所長 ( 子爵 ) 主任研究員制度導入他中興の祖 東京帝国大学造兵学教授 砲術の権威 理研産業団 63 社を興す 河内桃子 ( ゴジラや地球防衛軍に出演 ) は孫
RIKEN s No. 2 Cyclotron (1943) Dr. Yoshio Nishina (1890-1951) The Father of Nuclear Science in Japan Theorist (Klein-Nishina Formula) Experimentalist (Particle, Nuclear Physics) Accelerator Builder (CW, Cyclotrons 1937, 1943) Promoter of Applications (RI production. Radiobiology) S.Tomonaga (1906-1979) 1965 Nobel Prize H. Yukawa (1907-1981) 1949 Nobel Prize From Profile by Ken Domon
Guide book to RIKEN 1943 Theory Group Nishina s Lab. T. Masukawa S.Sakata Y.Nishina S.Tomonaga H.Yukawa S.Sakata M. Kobayashi Y. Nambu
大和は遅く 空母に追従できず 役に立たなかった?
質問者 : 鈴木孝先生
Key-Word 高温高圧ボイラータービン (BT) L/W 比 : 長さと幅 L : 長さの 1/2 乗に比例 高信頼性
原動機 私は 電気屋 門外漢 しかし 修士論文は MHD 発電 ブレイトン サイクル GAS Turbine と同じ BT 主任技師取得 ( 経済産業省 ) 1 級ボイラー技士 ( 厚生労働省 )
問題点 マニア向けの本は型式と出力のみ 蒸気温度 蒸気圧力記載なし 航空機も同じ 自動車雑誌は ボア ストローク 圧縮比 回転数 エンジン重量等記載あり
蒸気機関の宿命 水は 100 で蒸発する 炎は 1,500 前後 蒸気温度を上げると効率が上がる 蒸気温度を上げるには 圧力を上げる 超臨界圧 臨界圧にすると材料が特殊な溶解をしたり 金属が熱疲労したりする これを防ぐ為に新たな開発が必要である むやみに温度を上げる事は現実的でない
火力発電所の例 374 /22MPa 臨界圧 50 年前から 500-550 /15 MPa; 効率 40% ( 鹿島火力等 ) 超々臨界圧磯子火力 600 /25 Mpa; 45%
艦船用原動機の歴史 1769 年ジェームス ワット蒸気機関 産業革命 1807 年ロバート フルトン蒸気船クーラント号向かい風でも 無風でも船が動かせる ハドソン川 機雷 潜水艦の発明者でもある 1825 年スチーブンソン 蒸気機関車ロコモーション号営業運転
阿片戦争 (1840 年 )
アンソン湾におけるネメシス号の中国兵船砲撃 E. ダンカン画 1843 年ロンドン刊 東洋文庫所蔵
外輪船 vs スクリュー推進 1845 年大英帝国海軍 スクリュー推進ラトラ (867T) 外輪船アトクレ (800T) の対決 最後は綱引き 全てにおいてラトラの勝
1853 年黒船来航 4 隻中 2 隻が蒸気船 ( 外輪船 ) 旗艦 : サスケハナ ボイラー用水は海水 黒船は鉄船にあらず 木の腐蝕防止のコールタール塗装
阿波沖海戦 1864 年 東洋一の 開陽 ( 幕府海軍 ) と 薩摩 春日丸 ( 平八郎乗務 ) 日本初の様式軍艦同士の戦い
定遠 鎮遠 1894 年 L 91 m, W 18.3 m L/W 比 4.97 横置環動式 2 段膨張 速力 14.5 ノット 排水量 7,310 t 30 cm 連装 2 基 鎮遠は戦利艦となり 日本海軍に戦艦開眼の教材となる
1/300
1902 年世界最大最強の 三笠 L:131.7 m, W: 23.2 m L/W 比 5.68, 水管ホ イラー 直立 3 気筒 3 段膨張 出力 :15,000 馬力 速力 :18 ノット, 15,140t 30 cm 連装 2 基 現存の三笠には原動機はない 現在戦艦を保有する国は 日米のみ
1906 年 Dreadnought L: 160.6 m, W: 25 m L/W 比 : 6.42 ハ フ コック & ウイルッコックス混焼水管ボイラー 蒸気圧 1.78Mpa ( 飽和 205 ) ハ ーキンス直結ターヒ ン T 蒸気圧 :1.32Mpa 出力 :23,000 馬力 速力 :21 ノット 排水量 :18,110 t 弩級の祖 ; ど根性 ど真ん中 ど素人 ド級映画
1909 年 BELLEROPHON 級 ベレロフォン級 (3 隻 ) 弩級の改良量産型 船体はほぼ同一 蒸気圧力を下げた 1.67 MPa / 飽和 200 以降軍縮条約中最大の主力艦 HOOD まで同圧力と温度
1912 年 Titanic L: 269.3 m W: 28.2 m L/W 比 : 9.54 出力 :46,000 馬力 3 段膨張エンジン 2 基 + パーキンス直結ターヒ ンエンジン 1 基 (3 軸 ) 速力 24 ノット 46,328 トン
Night view of TITANIC
タイタニック蛇足 5 万馬力 23ノット説あり 救命ボートは法定数量 16 隻を上まわる 20 隻を備えていた 照明は最後までついていた?
1913 年巡洋戦艦 金剛 級 比叡 霧島
世界初の 14 吋砲を搭載 以降最大口径砲搭載艦を建造 L:214.6 m, W: 28 m L/W 比 : 7.67 ボイラー 1.96 MPa (378.9t/h) 直結タービン1.46 MPa (4 軸 ) 64,000 馬力 27.5 ノット 機関重量 :4,444t 常備排水量 :27,500 t フジミ 1/450 金剛 ( 捷一号時 )
空海より最澄? 高速戦艦 比叡 高速戦艦 霧島
1914 Texas BB-35 直列 3 段膨張 2 基 /2 軸 ハ フ コック & ウイルコックス 14 缶 内 4 缶は加熱蒸気 28,100 馬力, 21 ノット 14 吋 45 口径連装 5 基 2 大戦に参戦 テキサス州ヒューストンに現存 一見の価値あり
現存唯一の 36 cm 搭載艦
1916 Arizona BB-39 31,400 トン 31.500 馬力 21 ノット パーソンズ式直結タービン 2 組 /4 軸
タービンとスクリュー タービンは高速回転程効率が高い スクリューはゆっくり回転させると良い 早いとキャビテーションを起こす 理研の Gas Turbine は 14,000 rpm 8700 馬力
1918~1923 の米海軍は電気推進 New Mexico:GE 式ターボ電気推進 1918 年 27,000 馬力 21 ノット 32,000 t TENESSEE 級 :WH 式ターボ電気推進 1920 年 26,800 馬力 21 ノット 32,300 t Colorado 級 :WH 式ターボ電気推進 1923 年 28,900 馬力 21 ノット 32,600 t 空母レキシントン級も同方式 大陸横断鉄道は今でも DE 方式を採用
1920 年戦艦長門 L:215.8 m, W:29 m L/W 比 : 7.44 技本式キ ヤート ターヒ ン 4 基 4 軸 80,000 馬力 但し 減速ギアはWH 製 26.5ノット, 33,800 t 世界初の16 吋連装 4 基
フッドと陸奥 1/400
ワシントン軍縮条約 1921 年 ( 人類初の軍縮 ) ネルソン級 1.78 MPa/ 加熱蒸気 301 45,000 馬力 23 ノット Big-Seven 陸奥 長門 コロラド メーリーランド ウエストバージニア ネルソン ロードネー ネルソン級は大戦中機関に故障頻発
1933 年ポケット戦艦 L:186 m, W:20.6 m L/W 比 9.03, 速力 28 ノット DE8 基 2 軸 54,000 馬力 基準排水量 11,000 t 28 cm(11 吋 )3 連装 2 基 15 cm 8 門,53 cm 魚雷 8 全ての巡洋艦より砲力に優れ 如何なる戦艦より速力に勝る
1/500 ニチモ Admiral Graf Spee 条件型重巡 鳥海 ポケット戦艦シューペー
新戦艦の時代 大和とそのライバル達
建艦競争の始まり Pocket Battleship に対抗し 仏ダンケルク建造 (1937 年 )
建艦競争の始まり Pocket Battleship に対抗し 仏ダンケルク建造 (1937 年 ) 独 1938 年シャルンホルスト級で対抗
建造競争は続く Pocket Battleship に対抗し 仏ダンケルク建造 (1937 年 ) 独 1938 年シャルンホルスト級で対抗 伊 1940 年大戦艦リットリオを建造 名目 35,000 t 実質 41,170 t 13 万馬力
Pocket Battleship に対抗し 仏ダンケルク建造 (1937 年 ) 独 1938 年シャルンホルスト級で対抗 伊 1940 年大戦艦リットリオを建造名目 35,000 t 実質 41,170 t 独 1940 Bismarck 41,700 t ( 大和完成まで世界最大 )13.8 万馬力
Pocket Battleship に対抗し 仏ダンケルク建造 (1937 年 ) 独 1938 年シャルンホルスト級で対抗 伊 1940 年大戦艦リットリオを建造名目 35,000 t 実質 41,170 t 独 1940 Bismarck 41,700 t ( 大和完成まで世界最大 ) 仏 1940 Richelieu 37,832 t 15 万馬力
日 英 米 3 大海軍国 キングジョージ 5 世級 プリンスオブウエールズニチモ 30 cm 第一次ロンドン条約失効の 1937 年 1 月 1 日に キールをおいて起工式を行う準備の良さ!(1940 年 12 月竣工 ) L:227.1 m, W: 31.4 m L/W 比 7.23, 28 ノット 2.84 MPa/371 基準排水量 36,727 t 14 吋砲 10 門
1941 年ノースカロライナ級 第二次ロンドン条約に基づき 14 吋砲 12 門 3.5 万トンで計画 条約外の大和が 16 吋との情報により 16 吋 9 門に 変更但し防御は対 14 吋 L:222.1m, W: 33 m L/W 比 :6.73 27 ノット 4.28 Mpa/371 16 吋 3 連装 3 基
BB-55 減速ギア タービン
BB 60Alabama
SOUTH DAKOTA CLASS 全て 1942 年竣工 全長を短縮し 防御に重量を回し出力 UP で速度維持 (9,000 馬力 ) L/W 比 :6.73 6.28 L:207.3 m(12 m 短い ) 4.28 Mpa/371 ( 同じ ) 16 吋 3 連装 3 基 W: 33 m 38,000 t 沈黙の戦艦 主演
LP Turbine WH 製 高圧タービン
減速ギア タービン室
予備銃身 (40 mm) 40 mm 機銃
20 mm 機銃予備弾倉
ここで 戦艦外の展示物 陸 海 空
ドラム
大和 武蔵 信濃
大和は条約脱退後の自由設計 L:263 m, W: 38.9 m L/W 比 6.76 NC より大 タライにあらず 325, 2.53 Mpa, 713 t/h 時 27.46 ノットを記録 ( 計画は日米共 27) 排水量 :65,000 t 46 cm 3 連装 3 基
大和型ボイラー
蒸気温度と圧力は伊戦艦と同じ 大和機関重量 5,000 t 金剛新造時 4,444 t 出力 2.5 倍 ( 技術の順調な進歩 ) しかし蒸気圧力温度は 米仏より低い 15 万馬力は仏とならび アイオワ級竣工までは 世界一 ( 鉄腕アトムは 10 万馬力 ) 独シャルンホルスト級は高温高圧故のトラブル続発 米新戦艦は振動問題発生 ( 発電機でも大変 )
過負荷試験で 29 ノットを記録
アイオワ級 16 吋 x 9 門, 45,000 t, 30 ノットの大和を凌駕すべく アイオワ級は 敵艦より優位な位置をしめるべく 33 ノット 砲力は 45 口径を 50 口径に延伸 重量が増えた為大きな船が必要 幅はパナマサイズ (B:33 m) の為 長さを伸ばす (L:270.4 m). 速度向上には有利 454.4, 4.28 Mpa 212,000 馬力 ( 高効率 航続距離が伸びる )
ハワイのミズーリ
原動機出力と最高速度 出力と速力 馬力 PS 速力ノット 250,000 35 200,000 30 25 出力 ( 馬力 ) 150,000 100,000 20 15 10 50,000 5 0 0 1894 定遠 1902 三笠 1906 ドレッドノート 1912 タイタニック 1940 リットリオ 1920 長門 1913 金剛 艦名 年 1940 キンク シ ョーシ 5 世 1941 ノースカロライナ 1941 大和 1942 サウスダコダ 1942 アイオワ 1946 バンガード 1955 ジャン バール
1942 アイオワ 1942 隼鷹 1942 サウスダコダ 1941 大和 1941 翔鶴 1941 ノースカロライナ 1940 キンク シ ョーシ 5 世 1940 リットリオ 1906 ドレッドノート 蒸気圧力と温度 原動機 500 4.5 450 4 400 3.5 温度 ( ) 350 300 250 200 150 3 2.5 2 1.5 圧力 (MPa) 温度 圧力 Mpa 100 1 50 0.5 0 0 艦名
大和は初春級のエンジン 1931 年計画 1933 年竣工 21 千馬力 x 2, x 4 = 168 千馬力 これを 15 万馬力に Detune して耐久性向上 海軍の貧乏人根性 18 ノットまでは 巡航タービン (3 万馬力 ) を使用 主機は空回り 巨大な球状艦首は巡行用 いつ まともにタービンを使ったか?
いつ全力疾走したか? 公試時 あ号作戦 捷一号作戦 天一号作戦 高信頼性の長寿命は不要 初春と大和の間に 4 年アリ! この間に 初春の原動機を一つ潰す位の長期連続耐久試験は可能! 初春には中圧タービンなし
日本に高圧高温 BT はない? 大和 325, 2.53 MPa 島風 400, 4.05 MPa 翔鶴 350, 3.04 MPa 16 万馬力 しかし故障なし 隼鷹 420,4.05 MPa HP-MP1-MP-2-LP の 4 段タービン三菱ツエリー式ギヤードタービン 故障しらず 但し飛鷹はダメ
最上も利根もトラブル知らず! 日本の戦艦はすべからく 高信頼性の名の下に わざわざ出力低下をさせている 例えば 高速戦艦金剛が第二次改装で 30 ノットに速度向上の為 機関の換装に着手したのが 榛名が最初で 1938 年である こちらは 最上 (1935 竣工 ) の 152,000 馬力を 0.9 掛の 136,000 馬力としている 最上級も利根級もエンジントラブルの話を聞かない もし 金剛級をそのまま 152,000 馬力としておけば アラスカ級を 2,000 馬力凌ぐ 超高速戦艦が完成したことになる
朝潮型タービントラブル 初春の次が朝潮型 こちらは 中圧タービンがあるもタービンブレード損傷事故が多発 中圧タービン中止 タービン損傷例 ; 北陸電力志賀 NPS は低圧が損傷
大和型の 30 ノットは可能 L L/W PS 基準排水量速度蒸気温度圧力全長 キンク シ ョーシ 5 世 15.07 7.23 110,000 36,727 28 371 2.84 227.1 ノースカロナイナ 14.90 6.73 121,000 37,500 28 371 4.28 222.1 サウスダコダ 14.40 6.28 130,000 38,000 27.5 371 4.28 207.3 大和 16.22 6.76 153,553 65,000 27.5 325 2.53 256.0 ヒ スマルク 15.84 6.97 138,000 41,700 29 540 250.5 リットリオ 15.42 7.22 128,000 41,170 30 325 2.53 237.8 リシュリユー 15.74 7.51 150,000 35,000 30 350 2.74 247.9 改大和 -1 16.76 7.22 160,000 68,000 30 350 3.04 281.0 改大和 -2 16.50 7.01 180,000 66,500 30 420 4.05 273.0
作戦面からの検証 ノースカロライナ級と サウスタコダ級は大和と同速でありながら 空母の護衛を十分に行っている ガダルガナル島周辺の闘いでは イ -19 潜水艦が空母ワスプを撃沈した際 外れた魚雷がノースカロライナの前部に命中し 戦線離脱をしている レイテ沖では エセックス級空母 4 隻を サウスダコダ級 2 隻が護衛をしている 日本海軍の発想の不足のみ
大和は空母の護衛が出来る 飛鷹級 (25.5 ノット ) の護衛には 大和の速度でお釣りが来るが 最後の航空勝利の南太平洋海戦でも海軍にはその意思が無かった あ号作戦時には 大和以下は 空母と敵機動部隊の中間におり 我が機動部隊の盾として また 味方の撃ち漏らした敗残兵掃討の役目であったが 味方が総崩れとなり その機会を得なかった
捷一号作戦 瑞鶴 瑞鳳 千歳 千代田を航空戦艦伊勢 日向速力 25.3 ノットが護衛している そして駆逐艦も 27 ノットしかでない松型駆逐艦が多数空母護衛艦として参戦している 加賀の最高速度は 28.3 ノット! 信濃は 27 ノット
ソロモン海 第一次ソロモン海戦 : 最大速度は 26 ノット ガ島砲撃は 陸奥の速度で十分
Conclusion 大和は 後から来たアイオワよりは遅い 出力も Detune しなければ 168 千馬力! 大和は 史上最大最強
EXTRA
鈴木孝先生 貴兄の比較論によるご返答 真にありがとうございました 大変楽しく読ませて戴きました 良く判りました それにしても 小沢治三郎の発案と言われる空母中心の機動部隊の運用が何ともバラバラであったこと せっかくの戦艦が活用できる場面も不出来な司令官のため有効なパンチが出ずじまいであったことなどもわかりました 年功序列を律した軍人勅諭に則る人事の弊害と言われますが その感を深くした次第です 蒸気タービンのことは知りませんでしたが やっぱり一回り遅れていたんですね いずれにしても大変面白く勉強させて戴きました ありがとうございました 御礼まで 早々
大和ミュージアム戸髙一成館長 数字的な箇所は 弱いのですが 一般的に 皆さん トップスピードで性能を見ますが 艦隊が揃ってトップスピードで走ることは まず無いので 藤縄さんの説明にも有るように 大和の 27 ノットは 機動部隊に随伴するのに 速度的には何の問題もないと思います 大和型をあまり使わなかったのは 燃料事情の方が大きかったかもしれません 問題は 戦艦が決戦兵力の座から落ちたとき 日本海軍は 戦艦不要 と考えたことではないかと思います アメリカは 戦艦が決戦兵力でなくなったとき ではどういうところなら使えるか と考えて 陸上砲撃などに多用するわけです 現実には ガ島砲撃こそ 大和の打撃力の見せ場だったでしょうね 山本長官が 大和で行く と言った時に 渡辺参謀が反対しなければ とか 時々思います
元日本郵船 ( 理研玲子さんのお父さん ) 戦艦の原動機比較論読みましたよ 艦船プラモデルの趣味の域を出てよく調べ纏められていますね 研究者は趣味までさすがです お父さんは艦船については門外漢で この比較論を読んで 艦船の出力が商船と比し一桁大きいのに驚いています もちろん同じ船とはいえ目的が異なるので 商船は運ぶ荷物に合わせて造られ経済速度時の出力は一杯一杯に近いし 艦船は戦闘モードに最高出力を合わさねばならないことは分かりますが 読んでいて疑問に思ったことは これだけの出力を出すための燃料は何を使ったのかと 商船では 昭和 37 年頃から石炭焚から重油焚に替わり自動化が進みました 本題の 大和にとって速力はアキレス腱だったかどうかについては目的に添って造られた戦艦に後になってオールマイティーを期待することはどうかと思う お相撲さんに陸上競技に参加せよと言うようなもの また 航続距離を伸ばすため速力を落とさざるを得ないこともあったでしょう 棒芯について何のことだろうと思っていましたが 船社会で今でも使っている boatswain( 甲板長 ) という職名が語源なんですね 船社会の用語が古き一般の会社に普及していたなんて目からうろこです
終
皆様 謹啓盛夏の候 皆様ますますご盛栄のこととお慶び申し上げます さて 山口 藤縄両氏が以下の通り加速器学会賞を受賞することが決まりました 技術貢献賞 : 山口由高業績 : 世界初の重イオン蓄積リング個別入射方式の開発 特別功労賞 : 藤縄雅業績 : 加速器施設に世界初の熱電併給装置 (CGS) 導入他 なお 藤縄雅氏は 昨年に電気設備学会より 星野賞 も受賞しておられます つきましては 下記により祝賀会を企画いたしましたので 皆様お誘い合わせの上 是非ともご出席賜りますようお願い申し上げます 謹白 平成 28 年 7 月吉日仁科加速器研究センター特別顧問矢野安重記 1. 日時 : 平成 28 年 8 月 26 日 ( 金 )18:30 ~ 21:00 2. 場所 : 上海大飯店 千代田区平河町 2-6-3 都道府県会館 B1 地下鉄永田町 5 番出口直結電話 03-6268-9623 担当 : 片山店長 http://r.gnavi.co.jp/gcnu500/map/ 3. 会費 : 法人 1 万円 ( 領収書あり ) 男性 6 千円女性 3 千円