1942年2月19日,23架零式与50余架美军p-36、p-40型战斗机在婆罗洲上空激战,结果美军损失近半,而日军仅损失了3架。在一个月后的爪哇岛空战中,零式战斗机在近两周的时间内以40余架的损失击落了550架盟国飞机。在1942年6月的中途岛战役中,零式战斗机在为第一波轰炸机护航,以零损失击落了美军迎战的全部26架“野猫”战斗机。1942年9月中旬,一架由零式战斗机改制的水上侦察机从伊号25潜艇上起飞,两次飞临美国西海岸的俄勒冈州布兰科角,投下4枚67千克燃烧弹,成为历史上外机对美国本土进行的唯一一次空袭,震撼了整个美国。在整个太平洋战争期间,零式战斗机几乎都是从上千千米以上的距离起飞,为日军轰炸机护航,向美军驻扎的岛屿发起袭击。相比之下,前文提到的二战名机德国的-109,航程仅400千米,飞到伦敦打个转就被迫返航,如果-109有了更大的航程和英国飞机纠缠,不列颠空战的历史恐怕将要改写。
在侵华作战中,零式战斗机一投入战场就扭转了伊-15、伊-16带来的空中优势,开始肆虐在中国领空。1940年9月13日,13架零式战斗机护送36架轰炸机袭击重庆,中国空军派出34架伊-15、伊-16拦截,结果一场激战过后,中国空军13架飞机被击落,11架受损,10人牺牲,而日机无一损失。这是抗战以来中国空军最为惨重的损失。一位返航的飞行员含泪叹息“飞机差得太多了,根本还不了手”。1941年3月14日,日军在对成都的轰炸中又击落了8架中国飞机,8名中国飞行员牺牲……这种空中一边倒的状况直到1941年8月美国“飞虎队”和新式战斗机到来后才有所改观。据统计,零式战斗机在抗日期间共出动529架次,掩护过2600架次以上的攻击机或轰炸机对中国内地进行轰炸。
然而,零式战斗机的长处也就是它的短板。在过于追求长航程而减轻自重的同时,它的自我防护性能做出了重大牺牲。例如,盟军飞机虽显笨拙却很“皮实”,在空战中挨上几枪几炮都扛到飞行员跳伞,甚至有时被打得满身窟窿也能回家。而零式战斗机大量使用重量很轻的铝合金,机体很容易燃烧和解体,加上没有采用自封闭式油箱,一旦被枪击中就会空中爆炸,被盟军戏称为“空中打火机”。最可怕的是,这种快速爆炸使得飞行员没有时间逃离
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