在短短的两年时间里，日本陆航就要对主力制空战斗机进行一次彻底的更新。这两型飞机之间的技术差距超出了当时日本军用航空工业的水平，中岛公司将给世人交出什么样的一份答卷呢？
1938年早期，小山悌召集了一批工程师以及绘图人员，在中岛公司的太田制作所内开始着手Ki-43的初步设计工作。1938年12月12日，第一架Ki-43原型机组装完毕，中岛公司给它的工厂序列号是4301。
▲4301号原型机侧视图，注意螺旋桨的前端并未安装毂盖，座舱后部结构、无线电天线杆安装以及垂直尾翼造型均与生产型有明显区别
设计Ki-43，首要任务是确定动力系统的配备。中岛公司为4301号机选择了自产的Ha-25型十四缸星型气冷发动机。Ha-25的海军型就是荣-12发动机――零式战斗机的心脏。Ha-25的直径为1150毫米，重量530公斤，能够恒定输出950马力的功率。相比其他日本国内的发动机来说，Ha-25体积小、重量轻、功率大，作为战斗机的动力系统是再合适不过的了。
Ki-43的机体结构大致上沿袭了Ki-28的悬臂式下单翼布局。左右机翼根部和前机身作为一个整体进行制造，从而减轻了飞机的结构重量。Ki-43的机翼上反角为6度，具备良好的失速性能，这也是日后演绎高机动性战斗机传奇的一个重要因子。为减轻机翼的结构重量，中岛公司将Ki-43的火力系统安装在机头引擎罩内，而机翼内的空间则用于储存燃油，容量为571升。
Ki-43的机翼面积为22平方米，经过努力，太田制作所的工程师们将飞机的起飞重量精简为1900公斤左右。这意味着Ki-43能够达到86.5公斤/平方米的极低翼载荷，日后令盟军战斗机飞行员胆寒的轻灵魔翼由此诞生。海军的明星――零式战斗机同样拥有极佳的机动性，它的机翼面积达到了22.5平方米左右。为适应在航空母舰上着陆的需求，零式战斗机增加了相关和设备以及结构重量。因此，在实战中零式的翼载荷达到了104－125公斤/平方米，相比Ki-27稍逊一筹，在水平机动性方面略微居于下风。
在30年代末的世界局势下，日本陆航对新型战斗机的武器系统没有进行太多的要求。因此，在Ki-43的原始方案中，火力系统继承了Ki-27的配置，依旧为两挺八九式7.7毫米机枪，每挺机枪子弹500发。八九式机枪全长1175毫米，重10.2公斤。和德国空军普遍采用的MG-17型7.92毫米HO-机枪相比，八九式机枪的初速稍低（755米/秒 对 810米/秒），而且每分钟750发的发射频率则比对方低了30％。然而，对热衷于近距离缠斗的日本陆航飞行员来说，机枪威力欠缺算不了多大的问题。
关于这两挺八九式机枪，Ki-43的驾驶员如何瞄准射击？这是个相当有意思的问题。4301号原型机直接照搬了中岛公司在Ki-27上的望远镜式瞄准具。这个瞄准具的造型有如一根细长的管子，穿过驾驶舱的风挡。为了减少空气阻力以及避免损伤，瞄准具前端有一个锥形整流罩，在平时飞行中将瞄准具的物镜部分进行遮挡。当飞机进入战斗之后，飞行员通过驾驶舱内的开关将整流罩水平拨动至瞄准具一侧，然后再将右眼凑到瞄准具的目镜之前进行观察瞄准。这也意味着在瞄准的时候，驾驶员对周围的空域的观察能力下降为零。相比之下，与Ki-43同期发展的海军零式战斗机，却采用了更现代化的反射式瞄准具。作为日本陆航的二战主力战斗机，却遗留有老式型号的若干特性，这也许是Ki-43被人称为30年代和40年代战斗机之间过渡型号的原因之一吧。
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