Когда в начале 1943 г. неудача постигла опытный Як-3 с М-107А (с 1944 г. ВК-107А), конструкторы фирмы «Як» не оставили надежду на возможность довести самолет до боеспособного состояния и продолжали работу. Параллельно в КБ В.Я.Климова проводились усовершенствования мотора. Испытания самолета шли долго и трудно. Обнаруживался то один, то другой дефект. Некоторые из них удавалось исправить на опытной машине, а в полном объеме их постарались устранить на втором экземпляре самолета, появившегося спустя год, в январе 1944 г.
На этой машине для улучшения центровки кабину летчика сдвинули назад на 0.4 м. Модернизирован был фонарь кабины и усовершенствована система охлаждения. Вооружение состояло из двух синхронных пушек Б-2 °C. Это были самые первые, еще «сырые», опытные экземпляры, которые впервые испытывались на самолете.
После краткосрочных заводских испытаний истребитель в январе 1944 г. передали в НИИ ВВС. Летные характеристики Як-3 с ВК-107А оказались превосходными. По скорости, скороподъемности и вертикальной маневренности ему не было равных. Например, набор высоты за боевой разворот составлял 1500 м, что на 400 м превышало тот же показатель Bf 109G и было почти вдвое лучше, чем у FW 190А-4. Истребитель остался простым в пилотировании, а его штопорные свойства ничуть не ухудшились. Правда, из-за возросшего веса этому самолету требовались аэродромы несколько больших размеров, чем для Як-3 с ВК-105ПФ2.
Военные сочли Як-3 с ВК-107А лучшим из известных истребителей, но рекомендовать его в серию и на вооружение ВВС, тем не менее, отказались. И тому были веские причины.
Во время испытаний в НИИ ВВС мотор ВК-107А работал ненадежно и часто выходил из строя, нуждались в дальнейшем улучшении системы охлаждения воды и масла. Из-за малого противокапотажного угла сильно усложнялась эксплуатация самолета. В этом отношении истребители «Як» и так были не вполне благополучны: из-за опасности скапотировать исключалось интенсивное торможение на пробеге, а при пробе мотора на земле и рулении по вязкому грунту на хвост самолета приходилось сажать человека. Нетрудно представить себе, насколько обострились эти проблемы на самолете со столь мощным мотором как ВК-107А. Но главный и наиболее опасный дефект новой машины заключался в недостаточной прочности конструкции, причем не только крыла, но также фюзеляжа и оперения. Словом, Як-3 оказался не вполне приспособленным к установке такого мощного и тяжелого мотора, как ВК-107А. Требовалась существенная переделка конструкции истребителя.
В апреле 1945 г. на испытания был выпущен цельнометаллический Як-3 с ВК-107А. Прочность этого варианта была удовлетворительной, а системы охлаждения имели улучшенные характеристики. Во второй половине 1945 г. на заводе N«31 в Тбилиси началось его серийное производство. Небольшое число Як-3 с ВК-107А изготовил и саратовский завод № 292, но в большую серию этот самолет так и не попал. Военные отдали предпочтение истребителю Як-9У как более доведенному, надежному и лучше подходящему под мотор ВК-107А. Преимущество Як-3 перед Як-9У или Як-9П заключалось в большей скорости и лучшей скороподъемности. Но превосходство это было незначительным. Так, Як-3 был всего на 10–20 км/ч быстрее Як-9У. В общей сложности, промышленность изготовила несколько десятков истребителей Як-3 с ВК-107А.
В 1944 г. КБ В.Я. Климова выпустило новый мотор жидкостного охлаждения ВК-108. Он был разработан на базе ВК-107А и обладал большей мощностью (на взлете 1800 л. с. вместо 1650 у ВК-107А). В расчете на ВК-108 в конструкторском бюро А.С.Яковлева спроектировали новый вариант истребителя Як-3. Эта работа носила экспериментальный характер, поскольку априори было понятно, что с этим двигателем Як-3 без коренной переделки конструкции не сможет стать полноценной боевой машиной. Преследовалась цель опробовать ВК-108 на самолете и оценить пригодность мотора для последующего использования на истребителях.
Внешне Як-3 с ВК-108 был подобен варианту с ВК-107А, только вооружение его состояло лишь из одной центральной пушки НС-23 калибра 23 мм, выхлопной коллектор на каждом блоке цилиндров V-образного мотора заменили раздельным выхлопом — от каждого цилиндра отходило по два выхлопных патрубка, которые по отдельности выводились за боковую и боковую-верхнюю часть капота, чем эта машина зрительно отличалась от других Як-3. Был также установлен другой винт, существенно увеличены водо- и маслорадиаторы, расширены каналы для подвода охлаждающего воздуха, а всасывающий патрубок устроен внизу фюзеляжа.
Вверху — первый экземпляр Як-3 с мотором М-107А на заводских испытаниях (поздняя осень 1943 г.). Испытания самолета начались еще в апреле 1943 г. и шли очень тяжело. Только к ноябрю удалось преодолеть основные трудности.
Этот самолет испытывался без вооружения, а всасывающий патрубок был перемещен под капот мотора. Самолет отличался высокими летными данными, в частности, его скорость составляла 717 км/час против 651 км/час у опытного Як-1М «дублер» с М-105ПФ2.
Внизу: второй опытный экземпляр Як-3 с ВК-107А, построенный в начале 1944 г., на аэродроме НИИ ВВС весной того же года. На этой машине были устранены многие недостатки, присущие первому экземпляру. Внешне самолет очень напоминал серийный Як-3 с ВК-105ПФ2, но имел только синхронное пушечное вооружение, сдвинутую назад кабину летчика, другой винт и дополнительный патрубок в верхней части капота. По комплексу летных данных военные сочли этот самолет лучшим из известных истребителей. По скорости (720 км/час) и вертикальной маневренности ему тогда не было равных. Но вот такие недостатки, как ненадежность мотора, систем охлаждения и недостаточная прочность конструкции оказались серьезным препятствием для внедрения самолета в серийное производство. Военные вынуждены были отказаться от рекомендации принять истребитель на вооружение.
Первый цельнометаллический Як-3 с мотором ВК- 107А на государственных испытаниях в мае 1945 г. Прочность этого самолета была приведена, в основном, в соответствие с нормой. Вооружение составляли две 20-мм пушки — центральная и синхронная слева
Летные испытания Як-3 с ВК-108 начались в декабре 1944 г., а 21 декабря этот самолет на высоте 6290 м показал скорость 745 км/ч. Этот показатель только на 10 км/ч уступал высшему мировому достижению, установленному в 1939 г. в Германии на специальном рекордном самолете Me 209.
Несмотря на столь обнадеживающий результат, испытателям стало ясно — новый мотор столь ненадежен, что не может пока использоваться на самолетах. Всего Як-3 с ВК-108 совершил только пять испытательных полетов, а рекордный для советской авиации полет оказался предпоследним.
Як-3П ВК-105ПФ2
Як-3Т ВК-105ПФ2
Як-3 ВК-107А экз.№ 2
Як-3 ВК-107А головной серии №№ 01–01,03-01 с металлическим крылом
Як-3 ВК-107А головной серии № 04–01 с круглым козырьком
Як-3 ВК-107А серийный цельнометаллический
Як-3 ВК-105ПФ2 экспериментальный, с доработанной силовой установкой
Як-3 ВК-108
Хотя Як-3 с ВК-105ПФ в 1944 г. пошел в большую серию и успешно применялся на фронте, конструкторы еще при создании этого истребителя понимали, что с таким мотором машина быстро устареет, поскольку не обладает резервами для дальнейшего совершенствования. Действительно, по мощности ВК-105ПФ уступал всем основным моторам немецкой и союзной истребительной авиации. Как уже говорилось, много сил и времени было затрачено на создание Як-3 с ВК-107А. Но определенного успеха эта работа так и не получила. Одна из основных причин состояла в капризности и ненадежности в эксплуатации ВК-107А. И тогда, уже в конце войны, конструкторы пошли на кардинальный шаг, установив на Як-3 мотор воздушного охлаждения А.Д.Швецова АШ-82ФН. В то время это был один из самых современных и, одновременно, отработанных моторов. Мощный (1850 л. с. на взлете) и надежный, он имел сравнительно небольшие габариты, и его можно было «вписать» в конструкцию Як-3. Моторы АШ-82ФН широко применялись на самолетах С.А.Лавочкина, в том числе на лучшем истребителе его КБ — Ла-7. Превзойти характеристики этой отличной машины было очень непросто. Но конструкторы фирмы «Як» надеялись, что на этот раз удача не отвернется от них.
Як-3 с АШ-82ФН получил обозначение Як-3У. Самолет построили в апреле 1945 г., а его летные испытания начались сразу же после окончания войны в Европе — 12 мая 1945 г. По своей конструкции этот последний чисто поршневой истребитель А.С.Яковлева существенно отличался от серийного Як-3. Были полностью переделаны носо-вая часть фюзеляжа, моторама, система охлаж-дения масла, изменились обводы средней части фюзеляжа, чтобы обеспечить хорошее сопряжение с мотором, имевшим размеры, отличавшиеся от ВК-105ПФ2. Для сохранения центровки крыло сдвинули вперед на 0.22 м, немного увеличился и его размах. Вместо металлических бензобаков были поставлены мягкие, емкостью почти на треть больше, чем раньше. Поскольку в сравнении с ВК-105ПФ2 мотор АШ-82ФН имел большие поперечные размеры, то для обеспечения удовлетворительного обзора вперед кабина пилота была немного приподнята. Вооружение Як-3У состояло из двух синхронных пушек Б-2 °C. Все это далеко не полный перечень изменений, внесенных в конструкцию истребителя в связи со сменой силовой установки. Однако, из отмеченного уже ясно — Як-3У представлял собой во многом новый самолет.
В ходе летных испытаний истребителя достичь расчетной максимальной скорости не удалось. В этом отношении Як-3У оказался очень близок к Ла-7. Но зато вертикальная маневренность и скороподъемность «Яка» были великолепны. Набор высоты за боевой разворот составлял 1500 м (как у Як-3 с ВК-107А), а высоту 5 км Як-3У набирал всего за 3.9 мин., что являлось рекордным показателем для советской истребительной авиации. Это и понятно, ведь при одинаковом с Ла-7 моторе и примерно равном запасе топлива Як-3У весил на полтонны (!) меньше. По совокупности своих качеств Як-3У как нел