上世纪三四十年代，日本为发展其航空技术，扩充空战作战力量，追赶英、美、德等世界航空强国的发展步伐，研制了多款技术试验机，这其中就有名为Ki-78的高速试验机，该机在试飞中飞出了699.9千米的时速，是当时速度最快的日制飞机。
停放在地面上的Me-209 V4原型机
赶超世界速度
20世纪30年代，航空技术发展日新月异，具有单翼布局、全金属结构、大功率发动机和可收放式起落架等设计的新一代高速战斗机不断涌现。而正所谓“天下武功唯快不破”，世界各大航空强国对作战飞机的速度指标不断提出新的要求，为探索高速飞机的设计特性，一系列高速试验机源源不断地从绘图板上飞上天空。其中，德国梅塞施密特公司从1937年开始研发的Me-209系列试验机在试飞中屡屡打破飞行速度记录，尤其是在1938年4月26日的一次测试中更是飞出了755.13千米/小时的极速。
由于在中国战场上遭遇了以轻盈高速而著称的苏制I-16系列战斗机，己方战斗机在性能上的劣势让日本陆军感受到了“切肤之痛”。同时作为当时世界上有名的“哈德派”，日本陆军对德国人的发展一直保持关注，Me-209的试验成功也刺激了他们要在这一领域有所建树。因为之前日本陆军已经相继推出了用于创造长距离飞行记录的“航研机”和用于冲击飞行高度纪录的“ロ式B型”机，因此按照先后顺序这一新机型被赋予了“研三”的代号。而由于该机是日本陆军投资的项目，并且在设计之初就考虑到了潜在的*用军**目的，因此还获得了Ki-78的日本陆军飞机编号。
按照规划，新的高速试验机将分两步发展，第一步是发展出极速可达700千米/小时的一号机，第二部分则是根据一号机试飞的相关经验发展出用于冲击速度纪录的二号机。为了加快研发进展，日本陆军动员了从航空制造商到科研院所的各方面力量，并成立了以东京帝国大学航空研究所专家山本峰雄为设计主任的“研三委员会”，并开始了一号机的设计制造工作。
Ki-78高速试验机四视图
由于之前在这方面缺乏经验，因此新机型在设计过程中大量参考了Me-209的经验。到了1940年4月，一号机的设计工作基本完成，制造商川崎航空机的设计负责人井町勇等人开始进行实际制造的准备工作。到了1941年3月实机的工艺设计开始，并于当年5月完成了样机生产，到了次年8月设计定型，并于当年11月完成了一号机生产。1942年12月26日，一号机首发成功，标志着Ki-78项目取得了初步成功。
和服下的日耳曼骑士
如果遮住机徽，很多刚入门的航空爱好者都会将Ki-78误认为是一种德制机型。确实，相比起参考了Me-109的Ki-61系列战斗机，在Ki-78身上能找到更多的“德国元素”，甚至在一些关键部位都直接采取了“拿来主义”。（以下的Ki-78均指一号机）Ki-78机体全长8.1米，翼展8米，机体空重1930千克，最大起飞重量仅为2424千克。作为参照，著名的零战五二型机体全长9.121米，翼展11米，机体空重1856千克，最大起飞重量2733千克。可见为了追求高速，Ki-78采用了当时日制单发飞机中罕见的小机体加大翼载（实际翼载约为200千克/平方米）设计。为了最大限度进行减重，Ki-78机体各部分大量采用镁合金材料（例如机头的发动机支架），较传统的铝合金材料节省了不少重量。
动力系统方面，日本陆军就选择了德制DB-601Aa改进型作为Ki-78一号机的动力。当然Ki-78一号机所安装的这台发动机并非“德国原装进口”，而是由川崎航空机特许生产。作为原型的DB-601A的最大功率为1175马力，而通过增大转速（从2500转/分提升到2700转/分）、增加甲醇喷射装置和提高涡轮增压器的增压效果等方式，将最大功率提高到了1550马力，经过计算该机可以达到的最大速度为686千米/时。此外，为了降低阻力，发动机的涡轮增压进气口位于左翼前缘，而发动机排气口为向后排气，等于给飞机增加了几台“微型喷气式发动机”。
由于对DB-601Aa的改进实际上等同于“打鸡血”，因此在实际装机过程中必须克服散热问题。作为Ki-78机体最明显的标志之一，在驾驶舱后的每侧机身后段均有一处凸起，凸起的前段设有纵向散热进气口，空气通过每侧进气口进入后带动2个小型散热器，而在后排风口时则装有挡板，用以控制气流。此外，在发动机整流罩上也有散热开口，用以辅助散热。另外，为了兼顾散热需求，在散热器的上下表面外均有一个套层，期间注入用于冷却的液体，通过冷却液的流动保证机身和发动机散热。
正在地面热车的Ki-78一号机
为了适应高速飞行需求，Ki-78采用了当时日本最新研究出的“LB翼”型层流翼型，由于担心在机翼制造过程中用于固定的铆钉或其他凸起会在飞行过程中产生涡流从而增加阻力，因此在设计初期曾有整体铸造成型的激进提议，不过受制于强度不足等原因
而未能实现，最终的结果是由超硬铝制造的带有两个前后主梁的半硬壳结构主翼，既保证了结构强度又提升了耐用性。各控制舵面除了副翼翼面有金属材料加强其余均为帆布翼面，为了保证高速下的舵效，襟翼为两段式，即主襟翼为开槽式而副襟翼为分裂式，以确保将着陆速度控制在160千米/小时以下。
为了降低阻力，座舱盖由塑料制成，并被直接固定在机身上而没有开合设计。由于座舱内容易集聚热量，因此绝大多数试飞都是在开盖的情况下进行的。为竞速而生的Ki-78的整个机体几乎没有一丝“多余”的设计，这实际上也彻底“封死”了该机作为战斗机等机型的改进可能。尽管该机的一些技术可以被其他机型所借鉴，但其本身实际上从设计起就注定了“短命”的结局，而事实也确实如此。
向极速冲刺的试飞
1942年12月26日，Ki-78一号机进行了首飞。虽然飞行顺利，但由于液压油过热导致起落架出现故障。而在1943年1月17日进行的第二次试飞和之后的几次试飞中又先后暴露出可变距螺旋桨变距机构故障、仪表显示失灵、升降舵无法正常动作以及散热效率低等故障问题。为了排除这些故障，一号机机体进行了一系列改动，包括将机身的四个散热器之一改为机油散热器等。
在上述问题得到大致解决后，Ki-78一号机开始进行探索飞行速度纪录的试飞。虽然在1943年10月5日进行的第24次试飞过程中暴露出了发动机震颤的问题，但在修正后继续投入试飞，最终到了1943年12月27日，Ki-78一号机在试飞中飞出了682千米/时的速度，在排除了仪器误差后最终确认极速为699.9千米的时速，是当时速度最快的日制飞机。到了1944年1月11日，Ki-78完成了其第32次试飞，之后日本陆军计划将其转场至陆军航空审查部所在的多摩机场。但由于多摩机场附近树木茂密，这对着陆速度较快同时着陆进场角度较小的Ki-78一号机而言无疑是巨大的威胁，因此最终并未成行。
Ki-78全机散热设计示意图
未起飞的二号机
就在一号机的研发制造工作正在进行时，围绕二号机研发制造的先期准备工作也拉开序幕。由于该机的设计最大时速可达800～850千米/小时，因此该机的设计在当时堪称“梦幻”。为了给机体提供强大动力，川崎航空机计划将2台DB-601进行组合，从而获得“1台”最大功率可达3000马力的X型或H型24缸液冷活塞式发动机，除了较为传统的活塞式发动机，日本当时通过与德国的技术交流已经获得了一部分德制喷气发动机的技术资料，因此日本国产喷气式发动机也被列入考虑范围。除此之外，该机还计划采用铝镁合金制造主翼，甚至考虑引入可变后掠翼和无尾设计。
根据计划，二号机将于1941年9月开始设计，1942年3月完成。但由于一号机的研发出现了延宕，加之战况恶化，因此最终该机的研发工作半途而废，甚至没有完成主体设计。
随着战事越来越朝向不利于日本的方向发展，诸如Ki-78这样的试验机已无继续发展的可能，包括川崎航空机在内的厂商将全部人力物力都投入了几个主战机型的生产中。1944年1月18日，在一次会议上Ki-78被决定终止研发，这也就意味着在1944年1月11日的那次试飞后一号机再也没有机会重返天空，此后该机就在各务原机场的机库中度过了战争的剩余时间。
目前在“航空宇宙博物馆”公开展出的Ki-78前段机身