Важнейшее влияние на облик самолета оказало то, что он не рассчитывался на крейсерский сверхзвуковой полет. «Сверхзвук» предусматривался лишь при прорыве ПВО. Следование по маршруту на бесфорсажных режимах и скоростях, меньших М=1, позволяло значительно уменьшить потребную массу топлива (на дозвуке аэродинамическое качество самолета составляло 11 против 5 при М=1,5, а удельный расход топлива на бесфорсажном режиме был вдвое ниже). На этапе рабочего проектирования двигатели ВД-5Ф заменили на ВД-7М, имевшие форсажную тягу по 16 тс. Одновременно прорабатывалась, но не была реализована, установка других двигателей, в том числе: М16-17Ф, АМ-17Ф, П-4, ВД-9Ф и НК-6.

На опытной машине устанавливалась механическая проводка управления, бустеры и пружинный механизм загрузки штурвала. В аварийной ситуации на скоростях до 600 км/ч самолет мог управляться вручную. Экипаж состоял из трех человек: командир, штурман и воздушный оператор. Рабочие места экипажа оснащались катапультными креслами К-22. Ввиду большой высоты киля направление катапультирования было выбрано вниз. «Сто пятый» имел новейшее на то время радиоэлектронное оборудование. Поиск цели штурман производил с помощью панорамного радиолокатора «Рубин-1А», расположенного в носовой части фюзеляжа. Для защиты от истребителей противника бомбардировщик имел хвостовую установку ДМ-20 с двумя 23-мм пушками Р-23, наводимыми на цель с помощью радио локационного прицела ПРС-2 «Аргон-2» и телевизионного ТП-1.

Модель «изделия 105»

«Изделие 105»: после первого взлета прошло 30 лет. Аэродром Бада, 1988 г. 

Из-за большого количества проектных и доводочных работ постройка прототипа на опытном заводе ОКБ продолжалась до декабря 1957 г. В начале 1958 г. его отбуксировали на территорию испытательного комплекса фирмы в Жуковском. К лету самолет был готов, и начались его наземные испытания. В первый полет «сто пятый» 21 июня 1958 г. поднял экипаж в составе: Ю.Т.Алашеев - командир, И.Е.Гавриленко - бортоператор и К.А.Щербаков - бортрадист. Всего на самолете удалось выполнить несколько полетов. В ходе последнего была совершена аварийная посадка с невыпустившейся передней ногой шасси. Машина получила повреждения и более на испытания не передавалась[** Вероятно, после ремонта самолет передали в качестве наглядного пособия в одно из учебных подразделений ВВС СССР. Эту версию подтверждают останки «сто пятого» в школе младших авиационных специалистов на дальневосточном аэродроме Бада, расположенном за несколько тысяч километров от Москвы.], т.к. к тому времени появился ее усовершенствованный вариант - «изделие 105А».

Предварительные работы по машине начались в 1957 г., постройка - в январе 1958 г., а в апреле вышло соответствующее постановление Совмина. Самолет «105А» заметно отличался от предшественника. Его фюзеляж спроектировали с учетом «правила площадей». Была уменьшена толщина профиля в корневой части крыла, в связи с чем пришлось вернуться к апробированному на Ту-16 способу уборки основных стоек шасси в специальные гондолы. На передней кромке крыла были сделаны корневые наплывы. На хвостовой оборонительной установке сняли одну пушку, а прицел ПРС-2 заменили на ПРС-3. Всего построили два экземпляра «105А», один из которых - для статиспытаний. С 1959 г. ведущим конструктором самолета назначили Д.С.Маркова. Летом 1959 г. летный прототип был готов, и 7 сентября 1959 г. тот же экипаж поднял машину в воздух. До конца года опытный бомбардировщик выполнил всего 7 полетов. Одновременно с постройкой «105А» на авиазаводе в Казани началась подготовка серийного производства бомбардировщика, получившего название Ту-22.

21 декабря на «105А» выполнялся седьмой полет. Программой предусматривалось достижение скорости, соответствующей М=1,1 - 1,15 на высоте 10000 м. Вскоре после выхода на сверхзвук экипаж почувствовал сильный удар, а бомбардировщик перешел в неуправляемое пикирование. Алашеев отдал приказ покинуть машину, но сам, пытаясь спасти самолет, остался на борту. Кресло бортоператора не вышло за пределы обреза люка, и Гавриленко также погиб.

Бортрадист Щербаков катапультировался при скорости 1380 км/ч и остался единственным выжившим членом экипажа. Комиссия, расследовавшая катастрофу, пришла к выводу, что она вызвана флаттером руля высоты, и рекомендовала применить цельноповоротное горизонтальное оперение (ЦПГО).

Основным вариантом самолета должен был стать бомбардировщик Ту-22Б («изделие Ю»), Устранение выявленных дефектов задержало внедрение его в производство, и лишь летом 1960 г. первые три серийных Ту-22Б поступили на испытания. На них имелось ЦПГО, управлять которым при отказе бустеров позволял электромеханизм, на законцовках крыла были установлены противофлаттерные грузы, доработан ряд систем и комплексов машины. Нормальная бомбовая нагрузка самолета составляла 3000 кг, перегрузочная - до 9000 кг.

2 сентября Ту-22Б (серийный номер 201), пилотируемый экипажем в составе В.Р.Ковалева, В.С.Паспортникова и К.А.Щербакова, совершил испытательный полет - первый после катастрофы «105А». Вскоре после взлета машина вошла в режим прогрессирующих продольных колебаний, и экипажу с большим трудом удалось ее посадить. В следующих полетах это явление повторилось, и испытания были прерваны. ОКБ провело доработки системы управления. 17 ноября Ту-22Б вновь поднялся в воздух, и Ковалев отметил значительное улучшение устойчивости и управляемости. Однако вскоре летчик заметил падение давления масла в двигателе и выключил его. «Тяжелая машина стала быстро терять высоту. Убедившись, что до аэродрома не дотянуть, Ковалев сел на брюхо в поле у реки Пехорка. При ударе о мерзлую землю (стояли лютые морозы) кабина экипажа оторвалась, проползла несколько метров и замерла. Все люки и форточки от деформации каркаса заклинило, и экипаж оказался в плену. Хвостовая часть с двигателями загорелась, летчики видели отсветы пламени на снегу. Ковалев сказал потелефону штурману В.С.Паспортникову: «Ты как хочешь, а я живьем гореть не буду и катапультируюсь». На земле это самоубийство. По счастью, примчались машины ЛИИ, и пленников освободили. Аварийная комиссия докопалась до первопричины аварии, ею оказалась масляная трубка от двигателя к манометру, лопнувшая точно на границе между мотогондолой и самолетом.»[* Леонид Л.Кербер. С Туполевым в тюрьме и на воле. Воспоминания инженера. - Смена №9, 1991 г.]

Кормовая пушечная установка и обтекатель РЛС радиоприцела

Хвостовая часть Ту-22У

Обтекатель станции СПС-151

Основная опора шасси

Машины первых серий, несмотря на принятые меры, все же имели склонность к раскачке по тангажу. Как свидетельствует В.П . Борисов, ведущий летчик-испытатель в ОКБ по Ту-22 с конца 1960 г. по 1968 г., причина этого явления состояла в следующем. С ростом скорости полета под действием скоростного напора крыло закручивалось, и угол атаки его концевых сечений уменьшался. Равнодействующая подъемной силы перемещалась вперед, уменьшая запас статической устойчивости, и самолет становился «нейтральным» по тангажу. Проблему решили, установив в систему продольного управления демпфер - автоматическое устройство гашения колебаний путем соответствующих отклонений органов управления. Установили также и автомат балансировки, облегчающий пилотирование бомбардировщика на трансзвуковых режимах полета.

Однако система управления все еще требовала совершенствования. В одном из испытательных полетов Борисову была поставлена задача определить достаточность мощности бустера стабилизатора для нормального управления на больших скоростях. Ему предписывалось на высоте 4500 м при приборной скорости 1050 км/ч (что соответствовало М=0,89) резко отклонить ЦПГО на 3° и вернуть его в исходное положение как можно быстрее. При выполнении этой операции самолет успел достигнуть 80% разрушающей перегрузки. Для предотвращения подобного было решено догружать штурвал усилием в 25-27 кгс, установив автомат дополнительных усилий, включающийся в работу при определенном перемещении штурвала.