20世纪30年代是世界航空技术井喷的时代，大功率发动机、封闭座舱、全金属机身、收放式起落架等新颖技术使得飞机性能大幅跃升，飞行纪录不断刷新。
1939年4月26日，德国梅塞施密特Me209V1原型机创造了755.138千米/小时的世界飞行速度纪录，在当时堪称惊世骇俗的成绩，给航空界带来了强烈的震撼，也极大地刺激了正在努力赶超世界先进航空技术的日本。
在此背景下，日本陆军决心联手国内顶尖学府和资深航空企业，打造属于日本人自己的高速原型机。
此举带有双重目的：一是冲击飞行纪录，彰显国家威望；二是为未来研制高速战斗机进行技术验证和经验积累。这项野心勃勃的计划最终催生出本文主角——川崎Ki-78“研三”高速试验机。
■德国梅塞施密特Me209V1原型机彩绘，在1938年4月创造了时速755千米的飞行纪录。
三方聚力共铸野心
20世纪30年代后期，借着国际航空技术突飞猛进的东风，日本陆军航空兵实现了从双翼机向单翼机的迭代升级，陆续列装了九七式战斗机、九七式重轰炸机、九九式轻轰炸机以及九九式袭击机等新锐机型，但就技术水平而言相比西方依旧慢半拍。
以战斗机为例，当时日本陆军最新的九七式战斗机速度为470千米/小时，而同期欧美新型战斗机的时速已突破500千米，甚至逼近600千米，德国人刚到手的热乎纪录更让日本人意识到追赶的道路还很长。
有鉴于此，日本陆军加紧新型战机的开发，同时向眼光放在更远的未来，不仅要研制性能更优良的实战机型，也要为长远发展进行技术探索，增厚技术储备。
■日本陆航九七式战斗机，是日本陆军首款单翼战斗机，时速470千米/小时。
1939年秋季，陆军航空技术研究所所长安田武雄中将向当时日本航空力学研究的顶尖机构——东京帝国大学航空研究所（以下简称航研所）发出研发意向，希望设计制造一款纯粹用于追求极速的试验机，对未来研制高速飞机进行技术验证，对外也可以参与创造飞行新纪录的竞争，显示日本的科研实力，提升国际声誉。
这项计划得到航研所的积极响应。
在此之前，航研所已经与陆军合作开发了远程飞行试验机“航研机”和高空试验机“吕式B型”，而高速试验机项目被赋予“研三”的内部代号，而陆军指定的研制代号为Ki-78。
■航研所与陆军合作研制的远程试验机“航研机”，于1938年创造了11651千米的长途飞行世界纪录。
面对德国人新近立下的时速755千米的标杆，日本人自知很难一步登天，因此为“研三”制定了两步走的开发流程，计划制造2架原型机，一号机称为“研三中间机”，以实现700千米/小时的速度为目标，作为技术验证机和过渡机型，在其基础上制造负责创造世界飞行纪录的二号机，终极目标是800～850千米/小时，可谓野心勃勃。
■担任“研三/Ki-78”项目总设计师的航研所山本峰雄工程师。
航研所所长和田小六博士指派刚刚从欧美考察归来的工程师山本峰雄担任项目主管，负责主持设计工作。
不过，无论东大航研所，还是陆军航技所，都属于科研机构，不具备机体制造能力，因此“研三”计划还需要第三合作方，那就是川崎航空机株式会社，负责将工程设计转变为实机。
川崎公司被选中毫不意外：首先，川崎一向是陆军最密切的合作伙伴，陆航大半军机都出自川崎之手；其次，川崎公司在液冷航空发动机的研发生产上经验丰富。
更重要的是，川崎不久前拿到了德国戴姆勒-奔驰DB601A型发动机的特许生产权，而这款发动机是“研三”得以立项的基础。川崎公司欣然入局，派出井町勇技师担任项目副主管，协助设计制造工作。
德国心脏日本皮肉
任何飞机设计的第一步，毫无疑问是选定合适的发动机，因为充沛强劲的动力输出是实现飞行性能的基础。
作为一架纯粹以技术研究为目的的试验机，Ki-78在发动机的选择上既宽松又苛刻。
宽松是指不必考虑实际运用中需要面对的复杂情况，只要求在理想工况下的性能表现，苛刻则指要实现预想的技术验证目标，发动机本身必须足够先进可靠。
落实到追求速度的Ki-78身上，从降低空气阻力的角度出发，正面投影面积小，气动外形更流畅的液冷发动机自然是不二之选。
■戴姆勒-奔驰DB-601A发动机，日本陆海军分别引进了该型发动机进行仿制。
初步计算表明，要达到700千米/小时的极速，需要1500马力以上的大功率液冷发动机，可是日本国内当时根本不存在这种机型，只能依靠外援。
恰好陆军通过川崎公司于1939年1月从德国引进了戴姆勒-奔驰DB601A型液冷发动机，并获得了特许生产权。
根据引进合同，德方向日本交付了13台原装发动机作为研究样本和仿制原型，而陆军将其中2台交给航研所用于“研三”项目。（关于DB601发动机的引进，参见本号历史文章《日本陆航逆天战机！浑身科技与狠活，只造一架就夭折！》）
■戴姆勒-奔驰DB-601A发动机的结构剖视图，对日本人而言是极其复杂的工艺制品。
DB601A型是一款倒V型12缸液冷发动机，最大功率1175马力，距离研三的性能要求尚有差距，因此航研所和川崎公司首先对其进行改良，以提升功率，主要改进措施包括将转速从2500转/分提高到2700转/分，增大增压器叶轮直径及提高转速以提升增压效果，采用甲醇喷射加力装置，增大气门重叠角等，一顿操作下来将这颗“德国心脏”的最大输出功率提升至1550马力，理论上可达到686千米/小时的极速。
■Ki-78一号原型机的侧面照片，注意后部机身侧面的散热器。
此外，DB601A原装的根据高度调节的增压器无级变速装置也改为根据速度手动调节的三档变速装置，以适应在低空飞行的Ki-78。
为了与改良后的发动机相匹配，技术团队准备了两种款式的螺旋桨：法国拉蒂埃电动可变距三叶螺旋桨和德国VDM可变距三叶螺旋桨。
发动机支架则采用镁合金制造，比铝合金支架重量减轻一半。排气管也采用推力排气式设计，以增加额外推力。
搞定发动机只是Ki-78一系列技术攻关的第一关。
在动力确定的情况下要继续挖掘提速潜力，就要从机体减阻入手，要求机体表面必须尽可能避免产生阻力的突出物，而对于液冷发动机而言，最明显的阻力源就是突出于机体表面的散热器，要解决这一问题必须对发动机冷却系统动大手术。
当时，为了消除散热器产生的飞行阻力，德国He100和Me209都采用了相当前卫的翼面蒸汽冷却技术，将冷却液通过管道引入主翼外板内侧，利用翼面高速气流降温。
然而，技术团队研究认为这一方式以当时日本的技术水平难以实现，没有采用。值得一提的，川崎公司稍后在Ki-64高速战斗机原型机上成功运用了这项技术。
■Ki-78机首上部润滑油表面冷却器内部（左）和机身后部主散热器的蜂巢式冷却器（右）。
■从左后方拍摄的Ki-78原型机，可以观察到主散热器的排气口。
航研所在反复论证多种方案后，最终决定采取折中方案，在机身后部两侧采用半埋入式主散热器，凸出机体表面50毫米，内部分前后两层紧凑布置蜂巢式冷却器，进气口外形狭长，排气口内设有襟翼可调节通风量。
此外，在后部机身上下蒙皮面板上布置板式表面冷却器，采用双层外板结构，冷却液在外板和内衬之间流动，利用外界空气冷却，起到辅助冷却效果。同样的结构也被应用于机首上下的润滑油表面冷却器。
此外，Ki-78也没有在机首左侧安装突出的增压器进气口，而是移至左侧主翼根部前缘，从而消除了另一个表面凸起。
■从左前方拍摄的Ki-78原型机，注意左侧主翼根部的增压器进气口。
得益于上述精细的设计，Ki-78的机身表面除了座舱风挡和主冷却器外，没有任何多余的凸起物，呈现出如同纯正竞速机般流畅锐利的外观。
极致瘦身层流翼面
除了极力消除机身表面的突起物之外，缩小机身横截面积以及主翼尺寸，同样是降低空气阻力的有效手段。
Ki-78的机身为了紧紧贴合DB601A发动机，整流罩制造得十分紧凑，即便是驾驶舱位置的宽度也仅有849毫米，高度为1405毫米（含风挡），尺寸被压缩到极致，由此带来的后果是座舱视野极其狭窄，几乎没有侧视和后视视野，但作为试验机，这些问题都可以被忽略。
Ki-78的主翼为了配合机身也缩减了尺寸，翼展仅为8米，翼面积更是仅有区区11平方米。作为对比，搭载同系列发动机的川崎Ki-60重型战斗机，翼面积为16.2平方米，Ki-61轻型战斗机（三式战斗机“飞燕”）达到20平方米。
如此狭小的翼面导致Ki-78的翼面载荷达到220千克/平方米，而Ki-61的翼面载荷为173.5千克/平方米，高翼面载荷对起降性能造成了负面影响，为此Ki-78采用了开创性的子母式襟翼，在开缝式主襟翼内部集成了分裂式小型襟翼，以改善起降性能。
即便如此，在试飞初期其降落速度达到220千米/小时，降落滑跑距离长达1200米，甚至与德国Me262喷气机相当。后来几经改进，才将降落速度控制在155千米/小时。
■Ki-78与Ki-61（三式战斗机“飞燕”）比翼齐飞的彩绘，两者外观设计差异明显。
Ki-78的主翼采用了与美国P-51“野马”战斗机相似的层流翼型，该翼型是由航研所谷一郎研究员自主设计的LB翼型。
同时，机翼主梁采用航研所石田研究员自研的SSD铝合金材料，其成分类似零式战斗机所用的住友金属ESD超硬铝，实现了强度提升与机体轻量化的双重目的。
■Ki-78采用的LB层流翼型的框架结构。
众所周知，层流翼型对蒙皮表面工艺的要求极高，如果表面加工粗糙，反而会大幅增加空气阻力。以当时日本的工业技术实力，要实现完美的表面精度非常困难。
为此，技术人员只能通过在铆钉冲压凹陷处、蒙皮拼接缝隙处涂抹腻子并手工打磨抛光等手段来维持表面平整——这也是只有对待这种“量身定制”的试验机时才能采用的精细工序。
为了保证主翼前缘平滑，仅在翼根部位采用铆钉固定，其余部分将厚外板与翼肋紧密组装，空速管也被转移到左侧主翼上下表面。
操纵翼面中，只有在高速飞行时承受较大负载的副翼采用金属蒙皮，其他部分采用布质蒙皮。在研究阶段，曾有人提出采用主翼一体化铸造成形的方案，因为存在强度问题而被放弃。
■Ki-78一号原型机的模型，展现出该机最初的原铝色机体，表面处理光滑。
为了减少空气阻力，座舱盖也进行了特殊设计，正面风挡采用工程塑料一体成形的曲面结构，座舱盖也是整体结构，但没有设计成通常的滑动或翻转开启形式，而是以螺母固定在框架上，可以根据需要取下。
因为安装座舱盖时会影响视野，还会导致座舱内升温，因此在大部分试飞中都去除了座舱盖。
留下纪录尸骨无存
研三/Ki-78项目于1940年1月正式启动。同年4月，基于航研所的基础设计，川崎公司着手进行制造准备工作，1941年5月完成飞机模型。
1942年8月设计完成，同年11月22日，Ki-78一号原型机，即“研三中间机”在川崎公司岐阜工厂制造完成。
经过一个多月的调试后，12月26日，一号原型机在紧邻工厂的陆军各务原机场，由川崎公司试飞员片冈载三郎驾驶，成功实现首飞。
■川崎公司试飞员片冈载三郎，他在1942年12月26日完成了Ki-78的首飞。
在首次试飞中，Ki-78出现了起落架动作不良、发动机机油温度过高等问题。
随着试飞的进行，更多由于过于考虑减阻而带来的负面影响逐渐暴露，比如座舱视野极差，螺旋桨扭矩造成的偏航倾向，使得起降操纵十分困难。
此外，冷却系统异常、螺旋桨变距装置故障、仪表盘故障、升降舵震颤等问题接踵而至，前期的测试结果很难令人满意。
■停放在陆军各务原机场的Ki-78一号原型机，仍保持原铝色机身，座舱座舱盖并未安装。
在首飞后的一年时间里，航研所和川崎公司的技术团队通力合作，以极大的耐心对Ki-78存在的问题逐一解决，一号原型机每经过一次改装就立即投入试飞。
通过不懈努力，飞机的运转情况大为好转，并展示出良好的飞行特性，各操纵舵面运作自如，能够完成翻筋斗和横滚等特技飞行动作。
虽然没有进行全速爬升试验，但试飞员称爬升性能非常出色，仪表读数曾显示出30米/秒的爬升速率。
■在日本国立科学博物馆内展示的《Ki-78性能试验报告》复印件。
1943年10月5日，在第24次试飞中出现了发动机振动，在更换发动机后再未发生明显故障。到12月间，该机终于达到可实施满功率高速试飞的状态。
12月11日，在完成第30次试飞测试后，此前一直保持着裸露硬铝原色的 Ki-78被喷涂了深灰色涂装，对机体表面的凹凸部位重新涂抹腻子补平，并安装了座舱盖。
同时，技术人员沿机身两侧推力轴线，在三个位置绘制了黑白相间的横向条纹，用于测量飞行姿态与速度之间的关联，为速度记录飞行做好最后的准备。
■1943年12月27日Ki-78进行第31次试飞前机体喷涂了深灰色涂装，注意机身侧面的黑白横纹标志。
12月27日，Ki-78迎来了第31次试飞。飞行员片冈进入座舱，从各务原机场起飞。在天气晴朗的机场上空约3500米高度，Ki-78马力全开，如离弦之箭一掠而过，速度表记录的最高速度为682千米/小时。
在安全着陆后，技术人员对仪表误差进行了修正，最后得出的真实速度记录是699.9千米/小时，距离设计目标仅差0.1千米/小时！这也是日本航空史上活塞式飞机的最高速度纪录！
1944年1月11日，Ki-78一号原型机进行了第32次，也是最后一次试飞。原计划该机将被转移到陆军航空审查部所在的多摩机场，由于当地地形条件不适合Ki-78降落而作罢，Ki-78直到战争结束仍留在各务原机场。
■1943年12月27日在地面试车的Ki-78，当日该机创造了699.9千米/小时的速度纪录。
按照计划，在Ki-78一号机之后，就要制造冲击800千米时速纪录的二号机。
最初计划于1941年9月开始设计，1942年3月完成，但由于一号机开发延迟，战局恶化等原因，二号机最终停留在构想阶段，没有进行具体细节设计。
存留的资料显示，二号机的结构与一号机明显不同，为了大幅提升速度，计划采用两台DB601发动机以X形或H形布局组合成24气缸并联发动机，输出功率高达3000马力，主翼采用铝镁合金整体铸造，还考虑采用可变后掠翼或无尾翼结构，甚至计划安装喷气发动机，但所有新奇想法都永远无法实现了。
愈发残酷的太平洋战争局势使得“研三”项目失去了存续的空间，包括Ki-78后续的飞行测试在内的所有研制计划被迫全部终止。
■战后Ki-78唯一的原型机在各务原机场被美军碾压销毁。
讽刺的是，同一时期美国陆航的P-51B/C“野马”战斗机已经达到了707千米/小时的最高速度。
相比之下，作为航研所和川崎公司苦心孤诣、倾力打造的纯正高速试验机，Ki-78也仅仅摸到“野马”的尾巴而已，这一事实充分暴露出日美两国在航空技术领域上的差距。
至于唯一完成的Ki-78原型机在战争结束后，被美军用装甲车辆碾成一堆废铁，从此消失。
让参与“研三”项目的技术人员聊以自慰的是，Ki-78创造的日本活塞式飞机最高速度纪录保持至今，而且在未来也几乎不可能被打破。
■Ki-78的模型作品，该机将永远保持日本航空史上活塞式飞机的最高飞行速度纪录。
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