Japanski konstruktori aviona su sredinom tridesetih godina proteklog veka, neopaženi od stranih posmatrača i vojnih atašea, dostigli nivo svojih suparnika na Zapadu. Njihovi originalni projekti aviona Mitsubishi G3M, Mitsubishi A5M, Nakajima B5N, Nakajima Ki-27, Mitsubishi Ki-21 i drugi postavili su Japan među vodeće zemlje po stepenu razvoja avijacije. Japanski proizvođači aviona su napredovali od licencne proizvodnje stranih modela aviona i aviona koje su projektovali stranci za račun Japanaca do proizvodnje sopstvenih aviona. Ipak, kako bi ostali u toku, Japanci su kupovali sve modela aviona do kojih su mogli da dođu, bilo putem direktne kupovine ili preko posredničkih kompanija i vazduhoplovnih kompanija (Japan Air Transport, International Air Lines i Machurian Air Lines).

Jedan od projekata koji nije promakao pažnji kako japanskom vojnom rukovodstvu tako i japanskim proizvođačima aviona, bio je iznenadni entuzijazam po pitanju dvomotornih lovačkih aviona dugog doleta, za kojima su krajem 1934. tragali i Nemci i Francuzi. Suočeni sa velikim morskim prostranstvima koje bi u eventualnom ratu na Pacifiku, ali i beskraj jugoistočne Azije, japansko Ratno vazduhoplovstvo je prirodno bilo naklonjeno novim tipovima aviona koji bi bili sposobni da prevale velike daljine. Međutim, kako je prolazilo vreme, a ništa se po ovom pitanju nije dešavalo, Japanska carska mornarica je marta 1937. izdala taktičko tehničke zahteve za dvomotornim lovačkim avionom velikog doleta; u to vreme su Nemcu, Francuzi i Holanđani već vršili ispitivanja svojih modela (Potez 630, Messerchmitt Bf 110 i Fokker G.I).

U nemogućnosti da se složi po pitanju relativne važnosti koja je postavljena na brzinu, manevrabilnost i naoružanje u projektu dvomotornog teškog lovca, aeronautički istraživački institut iz Tačikave je pripremio izuzetno jednostavne specifikacije lišene strogih zahteva, čime je olakšan zadatak proizvođačima koji su zadržali za sebe mogućnost kasnijeg uticaja na finalnu konstrukciju aviona. Marta 1937. kompanija Kawasaki, Mitsubishi i Nakajima su dobile instrukcije da započnu projektovanje aviona u skladu sa ovim specifikacijama. Ipak, projekti aviona Mitsubishi Ki-39 i Nakajima Ki-37 zaustavljeni su skoro na samom početku projekta, s obzirom da nisu imali dovoljan broj iskusnih konstruktora aviona. Predlog projekta aviona Kawasaki Ki-38, delo konstruktorskog tima predvođenog Isamu Imašijem, predviđao je upotrebu dva 12-cilindrična vodom hlađena motora koji su trebali biti ugrađeni na krilima eliptične forme. Radovi na projektu su se tokom leta 1937. odvijali bez zastoja, da bi u oktobru, nakon što je kompanija Kawasaki izradila maketu aviona, Japanska carska mornarica odlučila da odustane od ovog projekta.

Rana konfiguracija

Sredinom decembra 1937. godine između članova komande japanskog ratnog vazduhoplovstva i aeronautičkog istraživačkog instituta postignut je dogovor i kompaniji Kawasaki su dostavljeni novi taktičko-tehnički zahtevi za dvomotorni lovački avion dvosed. Kompanija je dobila instrukcije da započne rad na Ki-45, kako je novi projekat bio označen, revizijom postojećeg projekta za Ki-38, sa ciljem ispunjenja sledećih zahteva: maksimalna brzina leta od 540 km/č na visini od 3500 m, visina dejstva od dve do pet hiljada metara, autonomija leta od skoro pet časova brzinom leta od 350 km/č. Avion je pored toga, morao biti pogonjen sa dva 9-cilindrična radijalna motora Nakajima Ha-20b, naoružan sa dva topa i jednim mitraljezom.

Radovi na novom avionu započeti su odmah nakon Nove godine. Projekat je bio preveliki zalogaj za kompaniju, s obzirom da Kawasaki nije imao ranija iskustva sa ovakvim tipom aviona. Najbrži avion koji su projektovali, lovac Ki-28, nalazio se na uporednim ispitivanjima za izbor aviona koji bi zamenio postojeći standardni lovački avion Kawasaki Ki-10 Perry, koji je bio jednomotorni dvokrilac sa fiksnim stajnim trapom. Ipak, deset meseci nakon prijema zahteva, kompanija je prikazala izrađeni projekat.

Početkom januara 1939. godine proizveden je prvi prototip aviona Ki-45. Nakon kratkotrajnih ispitivanja na zemlji usledila su i letna ispitivanja. Prototip je bio pogonjen sa dva motora Nakajima Ha-20b, koji su bili licencno proizvođeni motori Bristol Mercury, snage 820 KS. Ovi motori su bili smešteni u velikim gondolama, sa velikim poklopcima za pristup sklopovima motora i tipično britanskom izduvnom granom prstenastog oblika, smeštenom sa prednje strane motora. Na kraju osovina se nalazila trokraka elisa, promenljivog koraka. Glavni stajni trap se uvlačio ručno, ka zadnjem delu gondola motora. Pilot, koji se nalazio iznad vodeće ivice krila, i radista-nišandžija mitraljeza, iznad zadnje ivice krila, bili su razdvojeni glavnim rezervoarom goriva. Naoružanje kojim se dejstvovalo u prednjoj polusferi, rukovao je pilot nišaneći kroz teleskopski nišan ispred sebe i ono se sastojalo iz dva mitraljeza Type 89 kalibra 7,7 mm u gornjem delu nosa i jednim topom Ho-3, kalibra 20 mm, koji je bio modifikovana protivtenkovska puška Type 97, kalibra 20 mm, ugrađene u ventralnom tunelu na donjoj desnoj strani trupa. Radista je ujedno bio i nišandžija mitraljeza Type 89 kalibra 7,7 mm, kojim se dejstvovalo u zadnjoj polusferi. Ubrzo su se pojavili problemi, koji su bili rezultat brzog razvoja i neiskusnih proizvođača, kada je u pitanju avion ovakvih letnih performansi. Stajni trap, koji se uvlačio ručno, uz pomoć lanca i lančanika, bio je izvor stalnih problema, dok je nosač mitraljeza za dejstvo u zadnjoj polusferi morao biti rekonstruisan da bi uopšte mogao da se upotrebljava pri velikim brzinama leta aviona. Ipak, glavni izvor problema ležao je u motorima. Ne samo da Nakađima nije uspela da prevaziđe početne probleme i proizvede motor tražene snage, već je i neiskustvo Kavasakija sa vazduhom hlađenim motorima rezultirao usvajanjem veoma velikih gondola za smeštaj motora koje su proizvodile prevlačenje, a uobičajene postupke održavanja činile ekstremno teškim.

Sa pojavom drugog prototipa aviona (evidencijski broj 4502) sa manjim promenama u opremi aviona; gondole motora su rekonstruisane, a na elise su ugrađeni spineri kako bi poboljšali aerodinamičke karakteristike. Kako ni ove modifikacije nisu rezultirale zadovoljavajućim, maja 1939. je izrađen i treći prototip (evidencijski broj 4503), kod koga su ugrađeni spineri koji su bili skoro popuno poravnati sa oplatom motora. Vazduh za hlađenje motora je vođen kroz centar spinera, kroz kanap i izlazio je kroz otvore u krilima ispred linije elerona. Pored toga, treći prototip je dobio i električni sistem pokretanja stajnog trapa. Time je rešen problem stajnog trapa, ali su rezultati letnih ispitivanja, usled prevlačenja koje su stvarale gondole motora, još uvek bili razočaravajući.

Prototipovi aviona su do kraja 1939. godine dostigli maksimalnu brzinu leta od 480 km/č. Istovremeno, u različitim fazama proizvodnje se nalazilo još šest prototipova aviona. Prototipovi evidencijskog broda 4504, 4505 i 4506 su dobili motore Nakajima Ha-20b, dok su prototipovi evidencijskih brojeva 4507, 4508 i 4509 još uvek bili bez motora. Da bi iskorenili prevlačenje koje su stvarale gondole, kompanija Kavasaki je predložila zamenu desnokretnih elisa levokretnim. Iako se ova modifikacija činila obećavajućom po pitanju prevlačenja, ostao je problem nedovoljno snažnih motora. Ova modifikacija na kraju nije uvedena, a letna ispitivanja su skraćena do daljeg razmatranja projekta od strane japanskog armijskog ratnog vazduhoplovstva.

Unapređeni prototipovi

Japanski vojni vrh je aprila 1940. dao instrukcije kompaniji Kavasaki da na jedan od nedovršenih prototipova aviona ugradi dva 14-cilindrična radijalna motora Nakajima Ha-25. Ne samo da je ovaj motor bio snažniji od Ha-20b, već je bio i manjih dimenzija. Kavasaki, koji se bojao otkazivanja projekta, oberučke je prihvatio instrukcije i na sedmi po redu prototip ugradio tražene motore. Ovaj avion će kasnije biti poznat kao „eksperimentalni unapređeni Tip 1 Ki-45“. Na nesreću po proizvođača, avion je još uvek pratila loša sreća te je na svom prvom letu jula 1940. imao peh – usled kidanja dela oplate motora, pilot je morao odmah da sleti što je za posledicu imalo oštećenja stajnog trapa, elise i vrha krila. Avion je nakon mesec dana popravljen, a uskoro mu se u testovima priključuju i četvrti, peti, šesti, osmi i deveti prototip (evidencijski brojevi 4504, 4505, 4506, 4508 i 4509). U to vreme, stajni trap je postao pouzdan, uklonjeno je prevlačenje koje su proizvodile gondole motora, tako da je „Eksperimentalni unapređeni Tip 1“ skoro dostigao zahtevanu brzinu leta.

Ki-45 Kaizo (modifikovani)

Još dok se „Eksperimentalni unapređeni“ nalazio na letnim ispitivanjima, konstruktor Takeo Doi je sa svojim timom započeo potpunu rekonstrukciju aviona, sa ciljem otklanjanja nedostataka, unapređenja letnih performansi ali i pojednostavljenja serijske proizvodnje aviona. Kavasaki je sugerisao da se eliptično krilo koje je korišćeno na 11 prototipova zameni trapeznim, ali sa 0,5 m većim rasponom krila. Takođe je predloženo i da se motori ugrade niže. Rep aviona je rekonstruisan, a usvojen je i nešto tanji trup aviona, sa čistijim linijama. Jedan od predloga odnosio se i na naoružanje aviona; predložena je zamena mitraljeza Type 89 kalibra 7,7 mm mitraljezom Type 98 kalibra 7,92 mm (japanska verzija nemačkog mitraljeza MG-15) i ugradnja dva mitraljeza Type 1 kalibra 12,7 mm umesto dosadašnjih mitraljeza kalibra 7,7 mm u nosu aviona. Dva meseca kasnije, oktobra 1940, japansko armijsko vazduhoplovstvo odobrilo je predložene izmene, tako da su maja 1941. završena kompletna dokumentacija.

Prvi prototip rekonstruisanog modela aviona, oznake Ki-45 KAI (KAI skraćeno od Kaizo – „modifikovani“), proizveden je avgusta 1941, da bi se narednog meseca krenulo sa letnim ispitivanjima. Do kraja 1941. su proizvedena još dva prototipa i dvanaest predserijskih aviona. Letna ispitivanja su bila zadovoljavajuća, tako da je avion uveden u naoružanje kao „Armijski Tip 2 Model A dvosedi lovac Toryu“ (Toryu – ubica zmajeva). Kompanija Kavasaki je instruisana da avione proizvodi u novoizgrađenom pogonu u Akašiju, kao i u glavnoj fabrici u Gifu.

U operativnoj upotrebi

Početkom avgusta 1942, nakon završetka programa letnih ispitivanja, prvim avionima Ki-45 Toryu je naoružana 5. vazduhoplovna grupa koja je u početku, pre nego što je upućena na Novu Gvineju, delovala kao jedinica za preobuku. Ipak, prva operativna jedinica naoružana ovim tipom aviona bila je 21. vazduhoplovna grupa, koja je oktobra 1942. upućena u Burmu, i 16. vazduhoplovna grupa, koja je mesec dana kasnije upućena u Kinu. Ušavši u naoružanje u vreme kada se japanska avijacija izborila za prevlast u vazduhu, uticalo je na to da novi tip aviona bude upotrebljen za protivbrodska dejstva ali i za vatrenu podršku jedinicama kopnene vojske. Iako prilično dobrih manevarskih karakteristika za dvomotornog lovca, ovaj avion je ipak bio nadmašen kada se susreo sa savezničkim jednomotornim avionima. Uz to, sporometni top kalibra 20 mm se pokazao kao oružje od male vrednosti kada je u pitanju vazdušna borba. Ipak, kada se susreo sa lovcem P-38 na srednjim visinama, Toryu bi ga vrlo lako izmanevrisao. Druga odlika koja mu je donela popularnost bila je zaštita rezervoara za gorivo, što je bio nepoznat luksuz kod tadašnjih japanskih aviona.

Dok je Toryu krvario u jugozapadnoj Aziji, proizvodnja aviona je dostigla određeni tempo i u fabrici Akaši, 70 km zapadno od Osake, decembra 1942. je isporučen prvi model aviona Ki-45 KAIa. Prethodno, septembra iste godine, jedan Toryu je sastavljen u fabrici Akaši od delova proizvedenih u fabrici u Gifu. Šest meseci nakon proizvodnje prvog primerka u Akašiju, proizvodnja u ovoj fabrici nadmašila je proizvodnju u Kavasakijevoj glavnoj fabrici, te je septembra 1943. u fabrici u Gifu prekinuta proizvodnja Ki-45 KAIa.

U vreme uvođenja aviona Ki-45 KAIa u operativu, kompanija Kavasaki je započela rad na snažnijoj verziji, oznake Ki-45-II, sa dva Micubišijeva motora Ha-112-II snage 1500 KS. Ipak, decembra 1942. japansko armijsko ratno vazduhoplovstvo daje zadatak Kavasakiju da izradi avion u jednosedoj verziji; verzija je dobila zvaničnu oznaku Ovaj avion i njegovi derivativi, oznaka Ki-102 i Ki-108, predstavljali su veliki redizajn postojećeg modela aviona.

Kako bi povećao efikasnost aviona u napadu na ciljeve na zemlji i morskoj površini, projektovana je posebna verzija aviona, oznake Ki-45 KAIb. Ovaj avion se razlikovao od svog prethodnika po tome što su dva mitraljeza kalibra 12,7 mm zamenjeni topom kalibra 20 mm Ho-3, dok je postojeći top kalibra 20 mm bio zamenjen topom kalibra 37 mm. Kasniji primerci ovog modela aviona su bili pogonjeni sa dva motora Mitsubishi Ha-102 snage 1080 KS, koji su bili ugrađivani u prečnikom manjim ali dužim gondolama motora.

Nakon porasta proizvodnje, Ki-45 KAI je postao često viđan na nebu jugozapadne Azije i Holandske Istočne Indije. Sa kodnim imenom „Nick“, avion je u početku bio smatran japanskom verzijom francuskog aviona Potez 63 ili nemačkog Messerschmitt Bf 110. Kasniji izveštaji iz Kine doprineli su da se avion identifikuje kao I-45; prve jasne fotografije aviona načinjene su 1943. godine iz bombardera B-25 prilikom napada na aerodrom Boran na Novoj Gvineji. U borbi, Ki-45 KAI se dobro pokazao u dejstvu po ciljevima kakvi su bili američki torpedni čamci ili saveznička oklopna vozila. Takođe su dosta gubitaka naneli američkim bombarderima B-24. Noćna dejstva koja su izvodili bombarderi B-24 beležila su porast, s obzirom da japanska avijacija nije raspolagala specijalizovanim jedinicama noćnih lovaca. U skladu sa tim, nekoliko Ki-45 KAIa je modifikovano u noćne lovce; kako nisu raspolagali radarima, morali su da se oslone na navođenje sa zemlje i sposobnost pilota da presretne savezničke bombardere.  Nakon što bi bombarderi bili locirani, japanski piloti bi upalili svoja svetla za sletanje, koja su se nalazila sa donje strane nosa, težeći da osvetle neprijatelja. Rana verzija noćnog lovca je imala snažnije naoružanje, do kog se došlo dodavanjem dva mitraljeza kalibra 12,7 mm.

Početkom 1944, japanska Vrhovna komanda je postala svesna predstojećeg napada američkih bombardera na japansko kopno, strahujući da će Amerikanci izabrati napade u noćnim uslovima. Kako je razvoj odgovarajućih noćnih lovaca trebao da potraje još nekoliko meseci, a s obzirom na uspeh Ki-45 u noćnim uslovima, Japanci su pribegli proizvodnji noćne verzije lovca Ki-45 Toryu. Avionski radar je još uvek bio u razvoju; Takeo Doi je odlučio da za osnovu noćnog lovca iskoristi Ki-45 KAIb, a da modifikacije budu ograničene na izmenu dela instrumenata i revidirano naoružanje. Nos ove verzije, koja je dobila oznaku Ki.45 KAIc, bio je nešto duži i oštriji, bez naoružanja. Ventralni top kalibra 37 mm je zadržan, ali je sada bio u poluautomatskoj verziji, oznake Ho-203, sa borbenim kompletom od 16 projektila. U centralnom delu trupa ugrađena su dva topa Ho-5 kalibra 20 mm. Mitraljez kalibra 7,92 mm je zadržan kao oružje za dejstvo u zadnjoj polusferi aviona. Verzija Ki-45 KAIc je ušla u serijsku proizvodnju marta 1944. da bi prvi serijski primerak aviona bio proizveden već tokom narednog meseca.

Od 1691 primeraka, koliko ih je proizvedeno, danas je sačuvan svega jedan primerak, verzije Ki-45 KAIc, koji se u delovima nalazi u postavci Udvar Hejzi centra, koji je deo muzeja Smitsonijan.