В декабре 1938 года произошло еще одно событие. В этом месяце USAAC окончательно определился с вооружением для нового истребителя. Было решено заменить 25-мм пушку 37-мм пушкой Browning образца 1924 года.
Прототип получил серийный номер 38-326 и был готов к полетам в январе 1939 года. Самолет имел цельнометаллическую конструкцию, лишь поверхности рулей были обтянуты полотном. Во время наземных испытаний кабина самолета имела фонарь, который почти не имел рам. Единственной деталью, ограничивающей обзор, была рама входных дверей. Сами входные двери представляли собой еще одно, совершенно неожиданное для истребителя техническое решение. Двери располагались в левом и правом борту кабины. Двери имели опускаемые с помощью ручки стекла и оснащались карманами для топографических карт. Колеса главного шасси не имели щитков. Переднее колесо целиком в фюзеляж не убиралось. Его небольшая часть выступала наружу через специальную прорезь в створках люка. Но наиболее заметной внешней деталью прототипа ХР-39 были выступающие по бортам фюзеляжа воздухозаборники. Воздухозаборники располагались за двигателем. Слева в фюзеляже помещался воздухозаборник для дополнительного радиатора (intercooler). Справа находился маслорадиатор и воздухозаборник турбонаддува. У основания левого крыла на передней его кромке находился воздухозаборник радиатора. Систему охлаждения заправляли антифризом под торговой маркой Prestone.
В первый раз двигатель ХР-39 запустили 4 декабря 1938 года в Баффало. При этом выяснилось, что двигатель быстро перегревается и сильно вибрирует, что, в свою очередь, вызывает сбои в работе двигателя. Вибрацию, вызываемую длинным валом, предвидели, однако она оказалась гораздо сильнее предполагаемой. Чтобы исправить ситуацию, инженеры фирмы Allison предложили заменить механический глушитель вибрации вала на гидравлический. С новым глушителем вибрация стала меньше. Вскоре выяснилось, что сам вал нуждается в усилении. Прочность вала увеличили, увеличив толщину его стенок. Это окончательно устранило проблему, причем устранило ее радикально. В результате «Аэрокобры» заслужили справедливую репутацию самолетов с самыми ровно работающими двигателями. Но все эти изменения были внесены в конструкцию самолета уже в 1939 году. А пока Bell начал постепенно терять запас отрыва от конкурента. Конкурентом же была фирма Lockheed с прототипом ХР-38. Следует иметь в виду, что прототипы ХР-38 и ХР-39 в соответствии с требованиями USAAC должны были пройти сравнительную оценку. По результатам оценки в серию планировалось пустить лучший самолет. 11 февраля Бил Келси провел перелет с западного на восточное побережье США. Он сидел за рулями ХР-38. Келси собирался побить рекорд, поставленный Говардом Хьюзом. Несмотря на то, что самолет разбился при посадке на аэродроме Митчелфилд, новый рекорд был поставлен. Lockheed поспешил раздуть этот факт. Тем паче, что во время промежуточной посадки на аэродроме Райт-Филд Келси получил официальное одобрение со стороны нового начальника USAAC, генерала Хэпа Арнольда.
В этой ситуации следовало сделать все, чтобы ускорить работы над ХР-39. С 29 декабря 1938 года самолет находился на аэродроме Райт-Филд. Туда машину доставили по железной дороге в разобранном виде. При транспортировке были повреждены оба крыла. Этим происшествием только началась серия неудач. После ремонта и сборки самолет подвергли осмотру. По его результатам специалисты USAAC предложили сделать несколько переделок, прежде чем самолет поднимется в воздух. Одним из изменений было установить на самолет фонарь с более массивной рамой. Переделку прототипа закончили к 8 февраля, когда двигатель самолета запустили. Тут же всплыла другая проблема — слабость системы охлаждения. Многочисленные переделки не давали положительного результата. Специалисты фирмы Allison были вынуждены демонтировать двигатель. Двигатель сняли сразу после первой рулежки, состоявшейся 1 марта 1939 года. Назад двигатель установили 25 марта, после чего испытания самолета немедленно возобновились. Результаты новых испытаний не внушали оптимизма. Двигатель по-прежнему перегревался, кроме того, выявилась уже упоминавшаяся выше вибрация, которая особенно явственно ощущалась при работе двигателя на максимальных оборотах. При режиме работы более 2700 об./мин. двигатель входил в резонанс. Время утекало как песок сквозь пальцы. Не решив всех проблем, Белл все же дал санкцию на пробный полет, который состоялся 6 апреля 1939 года. За штурвалом сидел Джеймс Тейлор, старый морской пилот, работавший по временному контракту с Bell, поскольку фирма до сих пор не обзавелась собственным летчиком-испытателем. Первый полет продлился 20 минут. В своем дневнике Тейлор записал: «Сегодня я летал на самолете. В воздухе все обошлось. Проблемы доставил радиатор масла». Следует признать, что это не слишком исчерпывающее описание полета. Однако из него следует, что проблемы с охлаждением масла были очень серьезными. Второй пробный полет произвели уже на следующий день. На этот раз на аэродроме присутствовал сам генерал Арнольд. И снова двигатель перегрелся. Тейлору пришлось сократить время полета. На протяжении следующих пятнадцати дней все усилия были направлены на то, чтобы устранить перегрев двигателя. На 22 апреля назначили третий полет. Переделки системы охлаждения не дали ожидаемых результатов. Тем не менее, пробные полеты показали, что машина имеет огромный потенциал. Многие источники сообщают, что в ходе первых полетов удалось разогнать самолет до 628 км/ч (390 миль/ч), а высоту 6100 метров самолет набирал за 5 минут.
XР-39 вскоре после первых неудачных полетов.
ХР-39 после испытаний в аэродинамической трубе NACA в Лэнгли. Обратите внимание на отсутствие наддува под кабиной.
Однако к подобным результатам следовало относиться осторожно. Во-первых, самолет взвесили перед первым вылетом. Выяснилось, что его взлетная масса составляла 2768 кг, т. е. на 251 кг больше расчетной величины. Во-вторых, двигатель не мог работать в полную мощность, так как при больших оборотах вибрация приводила к резонансу. В-третьих, над самолетом как дамоклов меч висела проблема перегрева двигателя. Наконец, генерал Арнольд приказал передать прототип ХР-39 в Лэнгли, Вирджиния, для испытания его в аэродинамической трубе NACA. Учитывая все перечисленное выше, мы склоняемся к утверждению, высказанному Берчем Мэтьюзом. Мэтьюз сообщил, что на испытаниях ХР-39 развил всего лишь 603 км/ч (375 миль/ч). Несмотря на то, что не удалось достичь заданной скорости 645 км/ч, результаты испытаний были признаны в целом удовлетворительными. Чтобы максимально ускорить доводку машины, 13 апреля US А АС и Bell Aircraft Corporation заключили контракт на выпуск тринадцати нульсерийных экземпляров YP-39. Двенадцать машин должны были получить двигатель V-1710-17 с турбонаддувом, т. е. как у ХР-39, а на тринадцатый, обозначенный как YP-39A, было решено установить мотор V-1710-31, оснащенный механическим компрессором со степенью сжатия 8,8:1. Самолеты следовало привести в соответствие со спецификацией С-616. Новые требования прежде всего касались высотных характеристик самолета. Если раньше от истребителя требовалось, чтобы он показывал максимальные летные характеристики на высоте 6100 метров, то теперь максимальные характеристики машина должна была показывать на высотах от 4600 до 6100 метров. Одновременно, максимальная скорость в данном диапазоне высот должна была достигать 676 км/ч (420 миль/ ч). В спецификации также разрешалось не ставить на двигатель турбонаддув при условии, если самолет сможет достичь высоты 6100 метров менее чем за шесть минут.
Однако прежде чем Белл приступил к выполнению контракта, прототип ХР-39 подвергли всесторонним испытаниям в аэродинамической трубе NACA. Генерал Арнольд поручил привести аэродинамику истребителя в соответствие с лучшими мировыми образцами. В сопроводительных документах Арнольд писал:
«а) Фюзеляж самолета должен иметь минимальное аэродинамическое сопротивление. В кабине следует предусмотреть место для пилота ростом не более 1,72 м и массой не более 73 кг.
б) Номинальный потолок истребителя определить в 4600 метров (15000 футов). Такой потолок принят для большинства иностранных образцов. Следует иметь в виду, что наш истребитель должен показывать лучшие летные характеристики на высотах, характерных для бомбардировщиков потенциального противника.