Параметры шасси остались, как у Як-25. В носовой части фюзеляжа разместили модифицированный радиолокационный прицел «Сокол-М» («Сокол-2»). Самолет укомплектовали стандартным пилотажно-навигационным и связным оборудованием, в частности, связной радиостанцией РСИУ-4, автоматическим радиокомпасом АРК-5, запросчиком-ответчиком СРЗО-2 и маркерным радиоприемником МРП-48П.
В 1956 году начались заводские испытания второго экземпляра перехватчика, но уже с форсированными двигателями РД-9Ф и рассчитанного на подвеску двух управляемых ракет. Самолет отличался усиленным крылом и переставным стабилизатором. По сравнению с первой машиной максимальная скорость без ракетного вооружения возросла до 1400 км/ч, практический потолок довели до 17 км, продолжительность полета – до 2,5 часа.
В ходе испытаний перехватчика выявился реверс элеронов, связанный с недостаточной жесткостью утонченного крыла. Усиливать его – значит увеличивать вес, что, в свою очередь, приведет к снижению летных характеристик. Эту задачу решили иным путем. С крыла сняли консольные закрылки, а элероны перенесли ближе к центроплану.
В середине 1950-х авиаконструкторы, как и в годы войны, пытались поднять потолок и скорость самолетов путем использования дополнительных ЖРД. Одним из инициаторов идеи установки ракетных ускорителей на реактивные истребители был Е. Я. Савицкий, еще в 1953 году обращавшийся с этим предложением в правительство.
В соответствии с приказами министерства (июль и декабрь 1956 г.) в хвостовой части первого опытного истребителя Як-27 установили дополнительную силовую установку С-155 с ЖРД Л. С. Душкина (ОКБ-1) и доработанные для обеспечения устойчивой работы на больших высотах двигатели РД-9АКЕ. Сократили экипаж, оставив одного летчика. Сняли часть оборудования, тормозной парашют, тем самым облегчив машину. В связи с этим изменили угол установки стабилизатора с +4 на –2 градуса.
Аварийная посадка истребителя Як-27. Видна антенна радиолокационного прицела «Сокол-2»
Известно, что на высотах около 18 км температура кипения крови человека приближается к 36,6 градуса, и в случае разгерметизации кабины это может привести к мгновенной смерти летчика. Для безопасности пилота пришлось ввести в его экипировку скафандр СИ-3 (высотно-компенсирующих костюмов тогда еще не было), ведь заданием предусматривалось достижение скорости 2000 км/ч и практического потолка 25 км. Кстати, во время одного из полетов скафандр проверили, разгерметизировав кабину самолета на высоте 14 300 метров, при этом самочувствие летчика было удовлетворительным.
ЖРД должен был работать на режиме максимальной тяги на высоте 20 км не менее трех минут.
В конце апреля самолет, получивший обозначение Як-27В (встречается обозначение Як-27РС), передали на летные испытания, и 16 ноября 1956 года летчик-испытатель ОКБ В. Г. Мухин выполнил на нем первый контрольный полет без включения ЖРД продолжительностью 13 минут. Ведущим инженером по испытаниям был В. А. Забора.
Летные испытания установки ЖРД С-155 на Як-27В проводились по специальной программе ОКБ-1, согласованной с ОКБ-155 и утвержденной заместителем министра. Перед началом летных испытаний провели наземные обкаточные и контрольно-сдаточные испытания С-155 на самолете.
Кроме этого, в ходе летных испытаний занимались доводкой скафандра СИ-3М.
Заводские испытания завершились 3 июля 1958 года, выполнив 29 полетов общей продолжительностью 10 часов 20 минут.
В ходе летных испытаний достигли скорости 1900 км/ч и высоты 23 500 метров при расчетной 24 км. В то же время специалисты считали, что это не предел и потолок можно довести до 26 км.
Представляет интерес отзыв В. Г. Мухина:
«Як-27В является современным высотным истребителем-перехватчиком, позволяющим решать задачи по перехвату самолетов противника до высоты 25 000 м…
Полеты <…> выполнялись с заправкой 20, 50, 75 и 90 процентов компонентов ЖРД. Взлеты производились на максимальном режиме работы двигателей; взлетное положение стабилизатора +2 градуса для весов с заправкой 75 процентов компонентов ЖРД. На взлете самолет устойчив, хорошо сохраняет направление взлета и доступен летчику средней квалификации.
Набор высоты производился на максимальном и форсированном режиме работы ТРД с последующим включением ЖРД; обороты ТНА (турбо-насосный агрегат. – Прим. авт.) на «закольцовке».
В полетах с 90-процентной заправкой компонентов ЖРД получены высоты до 23 500 м и числа М до 1,8. Характер каждого полета был следующий: «Взлет и набор высоты на максимальном режиме ТРД до истинной скорости 870 км/ч до высоты 9000 м, затем ТРД переводились на форсаж, и набор продолжался со скоростью 940–960 км/ч; на высоте около 14 000 м включался ЖРД на «закольцовку», при этом обороты ТНА составляли 12 000 об/мин; через 5—10 секунд ЖРД переводился на «огонь», обороты ТНА возрастали до 14 000 об/мин; через 3–5 секунд ЖРД резко переводился на «максимал», при этом обороты ТНА увеличивались до 17 000 об/мин.