NA-73X оказался новаторским самолетом. Чтобы добиться большей максимальной скорости, при том же двигателе, что и на Р-40, пришлось тщательнейшим образом вылизать аэродинамику самолета. Сечение фюзеляжа лишь немного превосходило сечение двигателя, радиатор размещался на дне фюзеляжа и имел обтекаемый воздухозаборник. Всеми силами конструкторы старались облегчить самолет, широко применяли новейшие материалы, толщину обшивки самолета довели до 1,016 мм (0,04 дюйма). Конструкторы также воспользовались последними работами NACA, оснастив самолет крылом с ламинарным профилем. (Любопытно, предвоенный польский бомбардировщик Р-37 «Los» также имел крыло с ламинарным профилем. Однако поляки добились такого результата совершенно случайно, и крыло получило высокий профиль для того, чтобы дать место для бомбоотсека.)
Первоначально предполагалось использовать профиль NACA-23. Но тут NACA представил совершенно новое семейство профилей, и решение изменили. Новый профиль имел высоту около 20 % и был слишком большим для маленького истребителя. Поэтому Эду Хорки, аэродинамику из North American, отвечавшему за проектирование крыльев, пришлось профиль изменить. В итоге прототип получил профиль толщиной 16 % у фюзеляжа и 11 % у конца крыла. Поскольку профиль был совсем новый, были собраны две модели, оснащенные крыльями со стандартным профилем NACA 23000 и с ламинарным профилем 45-100. Обдув обеих моделей, сначала в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, а затем в Университете штата Вашингтон в Сиэтле, показали неоспоримое превосходство ламинарного крыла. Другой задачей аэродинамических исследований было определить оптимальное положение радиатора двигателя. Размещение радиатора под двигателем или крыльями приводило к нежелательным завихрениям воздушных потоков. Шмюд предложил сместить радиатор как можно дальше назад, поместив его в районе центроплана. Расположение радиатора в этом месте вызвало так называемый эффект Мередита — воздушный поток, проходящий через радиатор, создавал дополнительную положительную тягу. Работы над проектированием самолета требовали огромных трудозатрат, о которых свидетельствуют следующие цифры: с июля 1940 года до создания первых производственных чертежей в ноябре того же года было затрачено 77700 человеко-часов. К моменту сборки первых серийных машин (апрель 1941 года) трудозатраты в КБ достигли 154076 человеко-часов. К моменту завершения проекта NA-73 1 января 1943 года трудозатраты КБ составили 272426 человеко-часов.
Два снимка первого серийного «Мустанга» NA-73, получившего английский номер AG345. Номер нестандартно нанесен на руль направления, а также сверху правого крыла и снизу левого. У самолета укороченный воздухозаборник карбюратора. Перед кабиной черная противобликовая полоса, которая исчезла после нанесения камуфляжа по образцу RAF.
Первый серийный мустанг AG345 уже в английском камуфляже. За штурвалом самолета сидит Боб Чилтон. Самолет использовался для испытаний. Воздухозаборник у самолета уже удлинили.
Второй серийный «Мустанг» стал первым самолетом, переданным англичанам. Обратите внимание на короткий воздухозаборник.
Самолет должен был получить неплохое вооружение: четыре 12,7-мм пулемета Browning MG 53-2, расположенных под двигателем и у основания крыльев, а также четыре 7,62-мм пулемета Browning MG 40, установленных попарно в крыльях. Англичане требовали, чтобы боекомплект к пулеметам составил 932 и 814 выстрелов для внутренних и внешних 7,62-мм пулеметов, а также 300 выстрелов для 12,7-мм пулеметов.
На самолет планировалось установить двигатель Allison V-1710-39(F3R) мощностью 1150 л.с./846 кВт на высоте 3600 метров. Винт трехлопастный фирмы Curtiss с электрическим приводом регулятора шага, диаметр винта 3,20 м. Двигатель был на 30 фунтов (13,6 кг) легче и имел на 10 % меньшее сечение, чем мотор, устанавливавшийся на Р-40. Топливная система состояла из самогерметизирующихся баков общей емкостью 341 л, расположенных в центроплане.
Один из первых серийных «Мустангов» — третий по счету, AG347. У самолета удлиненный воздухозаборник, установленный уже при сборке.
Боб Чилтон (в кабине) и Луи Уэйт (на крыле).
Сборочная линия «Мустангов» (слева). Справа виден ряд учебных самолетов Harvard, аналогов Texan АТ-6, предназначенных для Великобритании.
Самолет имел цельнометаллическую конструкцию, лишь рули направления и высоты были обтянуты тканью. Прототип получил бортовой номер NX 19998.
Первую рулежку по аэродрому прототип совершил 15 октября. Поднял же самолет в воздух 26 октября 1940 года известный летчик-испытатель Вэнс Брис — «вольный стрелок», не связывающий себя сколько-нибудь долговременными контрактами ни с одной из фирм. Самолет взлетел с аэродрома Майнсфилд в Инглвуде. Первый полет продолжался пять, а второй — десять минут. Брис еще шесть раз летал на прототипе 31 октября, 4, 8, 11 и 13 ноября, всего проведя в воздухе три часа двадцать минут.
Дальнейшие испытания проводил летчик-испытатель Пол Балфор. 20 ноября NA-73X во время испытаний на максимальную скорость заглох двигатель. Машина получила сильные повреждения. Однако в целом результаты были удовлетворительные, а англичане заказали 300 таких истребителей еще до первого полета. 24 сентября 1940 года самолету присвоили заводское обозначение NA-83. Разбитый прототип решили было не восстанавливать и собрать второй прототип, чтобы продолжить испытания.
Четыре снимка машины, переданной USAAF как ХР-51. Передали две машины: четвертую и десятую из английской серии. Самолеты имели регистрационные номер 41-038 и 41-039.
9 декабря 1940 года английская закупочная комиссия (British Purchasing Commision — ВРС) дала самолету название «Mustang I». Результаты испытаний подтвердили расчетные характеристики самолета. Самолет был очень легок в управлении, особенно на высотах 3000…4600 метров. При этом «Мустанг» развивал максимальную скорость на 40 км/ч больше, чем Р-40.
Тем временем к истребителю начали проявлять интерес в USAAF. 20 сентября 1940 года американцы заказали два самолета ХР-51 «Apache», которые передали для испытаний на базу Райт-Паттерсон в штате Огайо. Это были самолеты с номерами 73-3101 (41–38) и 73-3107 (41–39).
Прототип NA-73X (NX 19998) все же удалось восстановить, и 13 января 1941 года Вэнс Брис продолжил полеты на этой машине. В феврале дальнейшие испытания проводил главный летчик-испытатель фирмы North American Луи Уэйт, целью испытаний была проверка прочности шасси. Кроме того, с 16 марта 1941 года семь раз на самолете поднимался в воздух армейский летчик, капитан М.Дж. Ли.
Испытания потихоньку перешли в ведение USAAF. С 4 апреля на самолете летал инженер Роберт К. Чилтон. Чилтон должен был удостовериться в том, что конструкция самолета отвечает предъявляемым техническим требованиям контракта. Последние пробные полеты провели 15 июля 1941 года. Всего прототип 45 раз поднимался в воздух, налетав в общей сложности 40 часов.
Ряд «Мустангов Мк I» в английском камуфляже, но с американскими опознавательными знаками. У машины на переднем плане распахнут воздухозаборник радиатора. На заднем плане видны средние бомбардировщики В-25 «Mitchell».
Следующий, четвертый серийный AG 348 уже в английском камуфляже. Укороченный воздухозаборник.
Двигатель Allison V-1710, установленный на втором ХР-51. Виден 12,7-мм пулемет и расположенный рядом магазин на 200 патронов. Рядом видна деталь магазина пулемета на другом борту. Так как магазины не удалось разместить рядом, пулеметы пришлось сместить друг относительно друга.