Попытаемся сравнить вооружение основных истребителей того времени, учтя потери на синхронизацию оружия и винта. Приведенная ниже таблица показывает, что Як-3 первых серий по величине секундного залпа и дульной мощности даже несколько превосходил самолеты Ла-5 и Ла-7 с двумя пушками ШВАК, уступая «трехточечным» Ла-7, но последних было немного. С установкой на Як-3 двух пулеметов УБ отставание от Ла-7 с тремя синхронными пушками Б-20 сократилось. Но по сравнению с немецкими, английскими и американскими истребителями, огневая мощь Як-3 все же была слабее – только «чистый» Bf 109G-2 имел сравнимые показатели вооружения, у остальных же и вес залпа, и дульная мощность были существенно больше за счет установки большого числа стволов в крыле вне диска винта.
Однако эти расчеты не учитывают фугасный эффект снаряда, из-за чего огонь Ла-5 часто был более эффективен, чем «Яка». Особенно сильно это проявлялось при стрельбе по бомбардировщикам и бронированным штурмовикам. Очень высоко ценили советские летчики и вооружение американского истребителя «Аэрокобра» с 37-мм пушкой.
Конструкторское бюро Яковлева уже имело опыт создания истребителей с усиленным вооружением а Як -9Т с пушкой НС-37 выпускался в больших количествах и проявил себя очень хорошо. В 1944 г. КБ-16 Наркомата вооружение под руководством А. Нудельмана на основе НС-37 создало оригинальную пушку – Н-37. За счет ограничения начальной скорости снаряда с 900 до 690 м/с скорострельность увеличили с 250 до 400 выстрелов в минуту. Эту пушку поставили на новый вариант Як-3 с боекомплектом 25 снарядов, а пулеметы УБ заменили парой пушек Б-20С такого же веса (по 100 снарядов на каждую). Огневая мощь резко возросла секундный залп достиг 6,5 кг, а дульная мощность превысила 113000 л.с., но вес оружия также увеличился, что отразилось не только на скорости и маневренности, но и на устойчивости самолета.
Як-3 ВК-105ПФ2 с экспериментальной эжекторной системой выхлопа
Фонарь кабины летчика. Справа – заслонки маслорадиаторов (выдвинуты) и водяной радиатор
Компенсируя рост массы, вновь уменьшили запас бензина, сняли бронестекло, стальной подлокотник и систему нейтрального газа. Вместе с тем, улучшили герметизацию стыков обшивок, люков и створок шасси, установили новые радиаторы, улучшили суфлирование (т.е. сброс давления) маслосистемы мотора, сдвинули ближе к мотору и вооружению баллоны пневмосистемы, сократив разнос масс. Сдвижную и заднюю часть фонаря кабины унифицировали с Як-9У. Центр масс вернули на место, сдвинув кабину назад на 400 мм подобно Як-9Т.
На завод № 115 пригнали из Саратова серийный Як-3 № 36-20 Его переделали в опытный Як-3Т («танковый»), и 24 января 1945 г. летчик Расторгуев совершил на нем первый полет. Вместе с М.И Ивановым за три полета общей продолжительностью час с четвертью произвели отстрел оружия и объявили о готовности «танка» к Госиспытаниям.
Инициатива Яковлева 29 января была закреплена Постановлением ГКО № 7229сс, однако НИИ ВВС не значившуюся в плане на 1945 г. машину не принял. Кроме того, на Як-9Т выявили дефекты Н-37. Яковлев взялся устранить все замечания за месяц, но, когда 17 февраля летчик НИИ ВВС Кувшинов начал Госиспытания Як-3Т, дефекты вновь проявились. Новая система суфлирования выбрасывала за 15 минут 26 кг масла, после чего стрелка давления в системе смазки мотора выходила в «красный сектор». Оба новых радиатора оказались неэффективными, зажигание работало плохо, а на лафете Н-37 появились трещины. После 44 полетов общей продолжительностью 26 ч 15 мин. испытания были остановлены, и 12 мая машину вернули на «фирму». Но и после доработок силовая установка работала плохо. После Победы началось сокращение военных программ, потому после 12 полетов, которые выполнил М.И. Иванов, Як-3Т поставили «на прикол».
Тем временем было запущено в производство орудие Березина Б-20 в турельном (для штурмовиков и бомбардировщиков), синхронном и моторном вариантах. В один день с документом ГКО по Як-3Т вышло и Постановление N9 7228сс «О выпуске самолетов Як-3 с ВК-105ПФ, вооруженных тремя пушками Березина 20 мм, на заводе 292». Их секундный залп составил 2,9 кг, дульная мощность более 63200 л.с., а вес вооружения и боекомплекта оказался даже меньше, чем серийного Як-3 с пушкой ШВАК и двумя УБ.
По счастью, силовую установку трогать не стали, зато на двух самолетах, прибывших в Москву из Саратова, усилили планер (прежде всего, крыло), реализовали еще один комплекс мероприятий по улучшению закрытия створок шасси и поставили новую радиостанцию РСИ-6М. Первый полет 23 марта 1945 г. на опытном Як-3П выполнил В.Г. Иванов, сразу начав программу Госиспытаний. До 9 апреля самолет налетал 17 ч и 39 мин (37 полетов) и был рекомендован к принятию на вооружение.
Опытный истребитель Як-3Т
Серийный истребитель Як-3П на контрольных испытаниях в ЛИИ
Уже на следующий день после подписания Постановления по Як-3П вышел приказ по НКАП № 708сс: Саратов был обязан сдать первые 30 «Яков» с тремя Б-20 в феврале 1945 г., 50 – в марте, 100 – в апреле, 150 – в мае, 200 – в июне, а с июля сдавать только Як-3П. Однако производство опоздало с началом поставок самолета, сдав головной Як-3П лишь в апреле 1945 г. На фронт машина попасть не успела, но менее актуальной проблема усиления вооружения Як-3 не стала: теперь главным (пока лишь вероятным, но вероятным весьма и весьма) противником становились американские самолеты, прочность и живучесть которых была хорошо известна. Летом 1945 г. к выпуску Як-3П подключился завод № 31, а с августа сдача самолетов с пулеметами была прекращена полностью. Всего было построено 596 экземпляров Як-3П.
В поисках нового мотора
Самолет Як-3 стал вершиной развития линии Як-1, оптимально сочетая скорость и маневренность, однако Яковлев считал, что он не исчерпал еще все резервы. На одной серийной машине для снижения аэродинамического сопротивления масляный радиатор был перемещен из корневой части крыла под фюзеляж и объединен в единый агрегат с водяным, а всасывающий патрубок нагнетателя мотора сделали одиночным, разместив в левом наплыве. В дальнейшем на той же машине испытывали новую эжек- торную систему выхлопа по типу английского самолета «Москито», которая позволяла более полно использовать кинетическую энергию выхлопных газов и получать за счет смешивания их с набегающим воздухом некоторую реактивную тягу. На одном из серийных Як-3П проходил отработку экспериментальный воздушный винт со стреловидными концами лопастей, рассчитанный на повышенные скорости полета.
Истребитель Як-3 был великолепен на малых и средних высотах, однако уже выше пяти километров более тяжелые немецкие, английские и американские самолеты обходили Як-3 по скорости, а выше 7 км – и по маневренности. Чтобы превзойти их и там, на серийный Як-3 № 36-20 установили опытный мотор ВК-105ПД с рассчитанным на большую границу высотности нагнетателем и воздушным винтом ВИШ-105СВ-02. Кроме того, увеличили на 300 мм длину каждой законцовки крыла. Конструкцию облегчили, из вооружения оставили одну мотор-пушку НС-23 (60 снарядов). В первом полете 5 февраля 1945 г. М.И. Иванов выявил недостатки силовой установки, которые безуспешно пытались устранить заменой винта на ВИШ-105Л-2.
