Як-3РД с ВК-105ПФ2 и РД-1
В Советском Союзе активнее чем где бы то ни было в мире шли работы над ракетными ускорителями. Одним из поршневых самолетов, оснащенных ракетным ускорителем, стал Як-3 (18–20). Работы над самолетом начались в декабре 1944 года, а к заводским испытаниям приступили 22 декабря 1944 года. Самолет совершил 21 полет, в том числе 8 с использованием ускорителя РД-1 с тягой 3000 кН. Новый двигатель был не единственной особенностью самолета. Вооружение истребителя состояло из единственной пушки НС-23 с боекомплектом 60 выстрелов. В крыльях располагалось не два, а четыре топливных бака. В двух дополнительных баках помещались керосин и азотная кислота. Чтобы разместить ускоритель в хвостовой части фюзеляжа, пришлось переработать оперение.
В ходе испытаний ускоритель проявил себя как ненадежный и небезопасный агрегат. После того, как электрическое зажигание наладить не удалось (двигатель РД-1 проработал 18 минут 50 секунд, имел 40 зажиганий, в том числе 3 в воздухе), его заменили на зажигание химического типа. Ускоритель с химическим зажиганием назывался РД-1ХЗ. Химическое зажигание сработало, но не так как надо. 14 мая 1945 года в ходе первого же полета ускоритель взорвался.
Испытания показали, что с реактивным ускорителем самолет развивает скорость 732 км/ч на высоте 2700 м, 765 км/ ч на высоте 6500 м и 782 км/ч на высоте 7800 м. Подсчеты показали, что на высоте 10000 метров ускоритель способен дать прирост к скорости до 840 км/ч.
Постоянные проблемы с ускорителем привели к тому, что Як-3РД отправили в конструкторское бюро для доработки. Полеты возобновили 14 августа 1945 года, когда самолет участвовал в параде, посвященном дню советских ВВС. Спустя два дня произошла катастрофа. Набрав высоту 2500 метров машина вдруг перешла в пикирование, угол которого постоянно рос. В момент удара о землю самолет пикировал уже под углом 50 градусов. Летчик-испытатель В.Л. Расторгуев погиб, дальнейших работ над машиной не проводили.
Летные качества Як-3 пришлось улучшать традиционным способом. Вместо двигателя М-105 на истребитель установили новый мотор ВК-107А, который представлял собой дальнейшее развитие М-105. Мотор имел стартовую мощность 1650 л.с. и развивал 1500 л.с. на высоте 4500 м. Двигатель ВК-107А устанавливали как на Як-3 со смешанной конструкцией, на самолетах с металлическими крыльями и на цельнометаллических Як-3.
Як-3 с ВК-107А смешанной конструкции
Построено два экземпляра: № 1 и «дублер». Сборку первого прототипа закончили 6 января 1944 года, а заводские испытания проводились с 15 апреля по 20 ноября 1944 года. Летчик-испытатель П.Ю. Федоров.
Новый двигатель был не единственным изменением в конструкции самолета. Кабину пилота сдвинули назад на 400 мм, самолет получил 12 отдельных выхлопных патрубков, а емкость топливных баков увеличили с 390 до 518 литров. Вооружение состояло из двух пушек Б-2 °C калибра 20 мм с боекомплектом 120 выстрелов на ствол, хотя в ходе испытаний вооружение на самолет не устанавливали. Первая половина испытаний прошла под флагом борьбы за надежность двигателя. Лишь 25 из 38 полетов прошли успешно. Причем эти успехи были многообещающими. Несмотря на то, что масса самолета выросла до 2984 кг, скорость у земли достигла 611 км/ч, а на высоте 5750 м — 720 км/ч. Высоту 5000 метров самолет набирал за 3,9 минут. Заметно возросла дальность действия: на скорости 509 км/ч самолет пролетал до 1060 км. В ходе боевого разворота Як-3 с новым двигателем набирал 1500 метров, что делало его очень ценной машиной. Немецкие самолеты безнадежно отставали от Як-3 по этому параметру: Bf 109G-2 с тремя пушками на 400 метров, a Fw 190A-4 — на 800 метров! Тем не менее, прототип нуждался в доработке, прежде всего, требовалось улучшить надежность двигателя и повысить эффективность системы охлаждения. Очень быстро вырабатывали ресурс подшипники коленвала, происходила разгерметизация цилиндров, при некоторых режимах работы двигатель начинал вибрировать. При эксплуатации двигателя на предельных режимах отмечался быстрый рост температуры воды и масла. Охлаждение становилось адекватным лишь при полностью раскрытом воздухозаборнике, но это резко ухудшало аэродинамику самолета.
Смешанная конструкция самолета характеризовалась недостаточной прочностью. Большая масса самолета и уменьшение оборотов винта (с 1800 до 1600 в минуту) привели к росту разбега и пробега. При посадке самолет проявлял тенденцию к капотированию, что не позволяло энергично тормозить.
Часть отмеченных недостатков устранили на «дублере», который был готов 22 января 1944 года. «Дублер» дважды направлялся на государственные испытания, которые проходили с 7 февраля по 15 мая 1944 года и с 13 июля по 29 августа того же года. В ходе испытаний состоялось 44 полета общей длительностью 25 часов 41 минута. Однако капризный ВК-107А не позволил завершить испытаний. Однако характеристики самолета оказались настолько высокими, что было решено продолжить работу над машиной.
Як-3 с ВК-107А и металлическим крылом
Для летных испытаний завод № 292 построил три машины 01–01,03-01 и 04–01, которые были готовы в марте 1946 года. Самолеты получили цельнометаллические крылья с дюралюминиевой обшивкой. Кроме того, самолеты получили новый маслорадиатор ОП-700 и водяной радиатор ОП-544у. Самолет 03–01 был вооружен двумя Б-2 °C и одной Б-20М (100 выстрелов на ствол), а самолет 01–01 получил две Б-2 °C (120 выстрелов на ствол). Машины 01–01 и 03–01 имели бронированные лобовые стекла фонаря. Вместо радиостанции РСИ-4 на истребители установили РСИ-6.
Самолеты предварительно прошли короткие заводские испытания (01–01 и 04–01), а 4 апреля их передали в НИИ ВВС с целью устранить обнаруженные недостатки. Машины были тяжелее самолетов со смешанной конструкцией, а их характеристики немного хуже. Максимальная скорость составляла 697 км/ч, а высоту 5000 метров истребители набирали за 4,2–4,5 минут. Незначительно увеличились разбег и пробег, соответственно с 365 до 375 и с 540 до 610 метров.
Несмотря на то, что самолет по-прежнему был прост в пилотировании, к штурвалу и педалям приходилось прикладывать заметное усилие, что приводило к быстрому утомлению пилота. Учебные бои между Яком-3 с новым двигателем и Яком-9 с тем же двигателем, Р-63С-1 и «Спитфайром IX» показали, что перечисленные машины обладают примерно одинаковыми возможностями. Для объективности результатов пилоты несколько раз менялись машинами. Однако следовало учесть, что иностранные истребители представляли собой доведенные серийные машины, в то время как советские истребители только проходили предварительные испытания. Государственные испытания проходили в период с 10 апреля по 20 мая 1946 года. Выяснилось, что недоработанный двигатель снова «губит» машину. По-прежнему перегревалась вода и масло, падало давление масла, на некоторых режимах работы отмечалась вибрация двигателя. 20 мая 1946 года все три машины передали в Летно-Технический Институт. К тому времени машины совершили 123 вылета общей длительностью 77 часов 42 минуты.
