五式戰鬥機

开发起源

概略来说，五式战的本质就是把液冷引擎更换成气冷星型引擎的三式战斗机。
三式战斗机（Ki-61飞燕）是日本帝国陆军在对美开战后服役的战斗机，它使用了正面截面积较小的液冷引擎，爬升性能不弱，搭配强固的机身设计，机翼主梁强度达到耐15G的标准；这让飞燕在日军战机中不但武装强、机身结实、俯冲速度也可快到时速850公里。在1943年日本陆军航空队的现役机种中，一式战火力太弱、二式单座战斗机爬升性没那么好，相较来说三式战是日本陆航中较适合拦截高空来袭的美国轰炸机。
不过，三式战为了因应更结实的盟军军机多次强化武装，但没有因此更换引擎；早期只装备机枪的三式战一型甲／乙极速可达时速590公里，战争后期量产装备机炮的三式战一型丁极速只剩下时速560公里，爬升速度与飞行效果也都大打折扣。在菲律宾及新几内亚的作战经验都认为面对同盟国军机，三式战有必要进行整体性的改良；在对抗B-29超级堡垒轰炸机时推力不够的问题更为明显，因为日本军机引擎搭配的增压器调整适合高度大多在6,000米左右，再上去的高度推力就急遽衰减。以三式战来说到1万米高度时速度勉强只剩漂浮状态，到最后飞行员为了改善高空性能，不惜用拆装甲、拆机枪的方式减少空重勉力进行高空飞行，并采用撞击的方式拦截高空轰炸机。
因为高空拦截的需求日益严峻的战局，川崎在1943年起设计了改良版飞燕；此计划预计让飞燕装上新型的Ha-140式液冷引擎，这款引擎为原本飞燕采用的DB 601引擎日本授权生产型Ha-40型液冷引擎出力增强之改良型，以提高转速（每分钟2,500转升级到2,750转）、改良增压器、增设水甲醇混合液注入功能，让原本1,150匹马力的引擎升级成1,500匹马力。新的飞燕保留三式战一型丁的重武装，原型机在1943年9月至1944年（昭和19年）1月试制8架，称Ki-61-II。第9架原型机再度改良，以Ki-61-II改的名义推出，Ki-61-II改后来制式化称三式战斗机二型；1944年8月测试结束，陆军并下订30架试制机。
然而，飞燕战机的问题一直都在液冷引擎，三式战二型亦不例外；因为Ha-140的生产一直上不了轨道，日本陆军审查部派遣名取智男上尉至川崎明石工厂向技工了解生产状况，才发现要量产Ha-140根本是毫无希望的事情。
日本制造的液冷引擎从Ha-40起就问题丛生，这些问题只是日本整体工业水平与国力不足的反射，并非单一体系得完全承担的责任。从引擎需要的镍基合金在日本无法生产、零件精度不足、组装品质不佳、维修人员缺乏足够职前训练、前线维修人员使用错误的维修手段等，许多体系上的错误让Ha-40引擎从生产到操作充斥着磨合问题；二战后期人力抽调与美军轰炸威胁只是把体系灾难放大而已，且提高转速、更改增压器、并采用水喷射系统压榨输出、以及比Ha-40更加精密的Ha-140之设计，亦是将诸多生产上的灾难推到一种连川崎自己都无法控制的领域罢了。
Ha-140的生产灾难从三式战二型的开发起就已经出现。三式战二型的测试1943年9月到1944年8月，陆军决定在1944年8月到9月间取得100架三式战二型，分别是8月接收预量产30架，9月70架，但结果川崎仍无法按时完成。原本是打算1944年7月生产20具引擎，实际上只交货7具，1944年8月预定生产40具，实际只交货5具，至于1944年9月只交货1具引擎，而交货的引擎尚需作实际运作调整，还不可以直接使用，三式战二型的量产计划可想而知便原地踏步，陆军也就不打算指望三式战二型能量产些什么出来了。到最后三式战二型受限于引擎数量，完工数量不超过100架，还因为空袭等因素在地面损失，陆军实际接收数量只有60架左右。

飞燕空冷引擎化

日本陆军并非对液冷引擎造就的灾难一无所知，因此陆军航空审查部飞行实验部长今川一策上校在1943年末便要求要有三式战斗机空冷引擎化的方案，硬要追溯，此人大概是五式战最早的提案者；他在Ki-61-II完成前8架原型机机身时，就有应该需要让Ki-61-II有其它的引擎替代方案的想法。1944年初川崎团队尚未查知到陆军有期盼飞燕换引擎的想法，陆军正式提案则要在三式战二型开发的同时，昭和19年4月（1944年4月）命令川崎进行Ki-61-II型换装气冷式引擎的研究，川崎方面对陆军有可能会拒绝采用他们生产的液冷引擎有所微辞；由于当时土井武夫等人仍致力于飞燕二式的开发中，川崎明石工厂也为Ha-140开发投注大量心血，陆军的要求可谓大煞风景，但仍然缴交了预备提案。
在二战期间，日本致力在研制液冷空用引擎已不只是川崎独家业务，爱知飞机因应海军的需求也向德国采购生产授权，国产化了海军版DB 601引擎：热田引擎。当然陆海军因军种本位主义而浪费资源重复采购生产授权这种各行其事风格是日本内部内耗的最佳缩影，不过也因此日本陆军早已听说爱知为了量产彗星俯冲轰炸机使用输出动力强化成1,400匹马力的热田32型而焦头烂额，也知道海军打算把彗星更换空冷引擎的提案，对川崎也没抱持太多期望；日本陆军航空本部总务科技术主任岩宫满少校曾对土井武夫私下提出建议，将三式战上使用推力相近，在百式司侦上操作实绩也不错的Ha-112引擎，不过当时土井没有将这话题继续下去；而1944年4月今川一策上校私下认为陆军没有必要将资源继续耗费在液冷引擎战机上，双方最后的妥协点则是1944年8月到9月间量产三式战二型的计划。
这场陆军官僚与川崎航空的争执，结果则是以陆军预想状况成真，川崎作败收场。日本陆军也因此要求川崎将生产主力转移至协助三菱代工飞龙，军需省则在1944年8月指示缩小三式战二型的产能，1944年10月下令将三式战二型修改为安装三菱Ha-112引擎的机种（同时间有和Ha-140引擎相等输出功率的预备引擎只剩Ha-112产能有容余），代号キ100；不过川崎方面纪录直到11月才正式接获军需省命令，且在没获得正式量产命令下仍私下继续生产三式战二型的机体，在1944年10月有68具“没头”的三式战二型，到到昭和20年1月（1945年1月）时，川崎工厂已经库存有230架此类机体，且持续以辅助用机体名义继续生产三式战二型，且期盼Ha-140可以在1945年6月到8月间生产品质足以稳定，直到1945年7月川崎才正式“停产”三式战二型，将生产资源与五式战产线整合。显示出日本即使在战争环境下军方生产管控不佳，仍出现任凭制造商乱搞的混乱现象。

机体设计

五式战斗机的机身来源为使用直列液冷引擎的飞燕，改装星型空冷引擎的最大问题就是引擎尺寸与机身无法契合下其落差导致的衍生紊流。
原本匹配ハ-40引擎的飞燕机身宽度为84cm，但换装ハ-112星型引擎后必须大幅增加至122cm；不过日本在太平洋战争初期向德国引进了Fw-190A5，这架战机在设计上也有类似状况，Fw-190的解决方案是设计一套整流排气管，在机身落差处施以热推力排气将紊流吹走以减少附着于机身的境界层阻力，川崎的设计小组参考此设计并在3个月内完成五式战的排气管相关设计；除了排气管，引擎整流罩下方增设了引擎润滑油用散热器，对川崎团队堪称幸运的是机体与引擎的型架接点只要略做修改就可以顺利安装；在1945年2月完成原型机，2月11日之前完成试飞，2月中旬正式获得陆军采用，五式战斗机也就此诞生。
由于引擎更换，机首缩短，驾驶座前向视野略为改善；但机鼻整流罩的外形变化造成了正投影面积下的空气阻力增加，因此五式战试飞时的最高时速低于同等动力的三式战二型，仅有时速580公里的水准；不过三式战二型仅有不到60架，几乎没几个单位能领取使用，如与当时服役已有段时日的三式战一型系列相比改善就极为显著。不只是最高极速超过三式战一型丁至少20公里，巡航时速更高出50-60公里左右。
换装空冷引擎后，除了引擎重量较轻（ハ-112比ハ-40轻40公斤，较ハ-140轻160公斤），在拆除液冷引擎机腹冷却散热器及相关配线让机腹线条较为流线平滑、并撤掉因引擎重量调整的尾部配重物后，五式战一口气较飞燕二型减轻了约330公斤的重量（比飞燕一型丁轻100公斤）。原先拆除设备的用意是因应更换引擎后的简化手续，但是减轻飞机重量意味着降低翼负荷；飞行员实际试飞五式战时，意外发现减轻这些重量后，五式战爬升率和机敏性竟超越疾风，继承自三式战的机身与机翼结构，使该机俯冲速限也接近三式战，可轻易突破800km/h ；俯冲加速虽逊于三式战大部分型号特别是（三式战二型），但其余加速性能皆优于三式战，尤其是在爬升速度表现，五式战仍维持与飞燕二型同等性能，远优于飞燕一型丁。
军方对修改后的飞机感到十分满意，对土井团队直称“天佑吾皇”；并在1945年7月14日由陆军大臣阿南惟几颁发川崎飞机感谢状，奖励该厂开发五式战的成果。
不过即使五式战作为本土防卫战中的格斗型战机是破格的优秀，这些效能在拦截美国陆航B-29与P-51D等编组从动辄三万呎以上高空的进袭时仍显不足。为了满足高空拦截需求，因此Ki-100-II 规划将引擎安装涡轮增压器，按照纸上试算，安装涡轮增压器的五式战二型将可以在10000米高度达到590km/h 的时速。
五式战二型试作机的实飞最大时速达到时速586公里，速度上虽差强人意，但缔造该数值的飞行高度仅在8,000米，并非原订想像高度，在1万米时时速仅有565km/h。即使如此，这等成绩在当时的日本一线战机中仍属成绩较佳者，且川崎还有后续的加力剂注入计划，预计在万米高度上可再增强20~30km/h的时速。不过在这之前日本此款配备涡轮增压器的引擎仅在少量生产的百式司令部侦察机四型上有过几次实用经验，引擎本身亦不过是省略中冷器的简易版，不仅寿命极短且效能不安定，与欧美真正将整套涡轮增压系统成熟实用化的机种完全无法相提并论。
再考虑当时日本的工业力极限及严重受创后的产能，即使量产，是否真能达到计划性能以及实战效能，实际上相当令人存疑。
Ki-100-II 预定于1945年9月开始量产，但在此前日本已投降，因此实际上此型号仅造出3架测试机而已。