Однако снова встала проблема с охлаждением воды и масла. Из-за перегрева жидкостей самолет не мог сколько-нибудь долгое время лететь при повышенных оборотах двигателя.
Аналогичная проблема выявилась и на серийных машинах. Первый серийный 01-111, оснащенный двигателем М-106-ск, хотя и показал результаты даже лучшие, чем у прототипа 50–85, но также был подвержен перегреву. Требовалось увеличить площадь радиаторов не менее чем на 15 %, иначе о боевом применении самолета не могло быть и речи. Заручившись обещаниями конструкторов в предельно сжатые сроки решить проблему, ГКО приказал заводу № 292 целиком перейти на выпуск истребителей с новым двигателем с 10 января 1943 года. В январе-феврале завод выпустил 47 самолетов, оснащенных «сто шестым» двигателем, однако технический отбор смогли пройти лишь 19 машин. На этом выпуск самолетов с двигателем М-106 прекратили.
Один из первых истребителей Як-3, вооруженный как Як-1М 20-мм пушкой и 12,7- мм пулеметом УБ системы Березина. Односоставное лобовое стекло и отсутствие «зализа» задней части фонаря давали пилоту отличный обзор.
Новый Як-3 в полете над Каменском, лето 1944 года. Звезды на хвосте и фюзеляже имеют тонкий белый кант. Линия раздела нижнего и верхнего камуфляжа поднята необычно высоко. Большинство истребителей имели серо-зелено-серый камуфляж.
Як-1 М-105ПФ МПВО
Этот самолет выпускался в 1943/44 годах числом 385 штук и предназначался для частей противовоздушной обороны (ПВО). Эти самолеты предназначались для полетов в тяжелых погодных условиях. Их оборудовали посадочным огнем ФС-155, вариометром ВР-2 и горизонтом РПК-10. Эти машины достаточно редко участвовали в боях.
Еще в январе 1943 года ОКБ Яковлева предприняло попытку установить на переработанный планер Як-1 (32–99) мощный двигатель. Самолет получил новое крыло с металлическим лонжероном и металлическое хвостовое оперение от Як-7. Водяной радиатор переместили вперед, под крыло, как на Як-7 и Як-9. Маслорадиатор состоял из двух частей диаметром 225 мм, расположенных в центре крыльев. Самолет тестировали как с мотором М-105ПФ, так и с M-106-1cк. С новым двигателем самолет развил скорость 630 км/ч на высоте 3400 метров, а высоту 5000 метров набирал за 4,5 минут. Однако охлаждение, по-прежнему, было неудовлетворительным.
Невозможность обеспечить адекватное охлаждение без увеличения поверхности радиаторов, протечки масла и другие недостатки заставили в марте 1943 года снять двигатель М-106 с серийного производства. Всего успели собрать более 300 таких моторов, которые переделали на режим работы М-105ПФ.
Завод № 26 в Уфе продолжал испытания Як-1 (01–30) с новым двигателем, пока машина не разбилась в октябре 1943 года.
Як-3 ранней серии, прибывший в полк «Нормандия-Неман», летом 1944 года. Позднее на борту самолета появится белая стрела, а тактический номер перенесут вперед. Сравнительно небольшая звезда на хвосте зрительно выделена широкой белой каймой. Обтекатель втулки красный. Истребители французского добровольческого полка несли серо-зелено-серый камуфляж. Нижние поверхности самолетов выкрашивали голубой краской.
Як-1 М
Як-3 ранних серии
Як-3
Як-1М с двигателем М-105ПФ
Этот самолет, называвшийся также «москит», более походил на Як-3, чем на Як-1, и представлял собой переходным этап линии «легких» «Як». Изменения на втором прототипе этого самолета были настолько значительными, что в серию машина пошла уже как Як-3.
Во второй половине 1942 года удалось наладить выпуск дюралюминия, который теперь можно было смело использовать в конструкции самолетов. Поэтому у «Яка» появились крылья с дюралевыми лонжеронами и двумя дюралевыми нервюрами. Размах крыльев уменьшился до 9,2 метров, а поверхность — до 14,85 м².
Фюзеляж, позаимствованный у Як-1, отличался отсутствием воздухозаборника под двигателем. Маслорадиатор состоял из двух цилиндрических узлов, расположенных на центроплане под кабиной пилота. Воздухозаборники для маслорадиатора находились у основания обоих крыльев. Водяной радиатор заменили с ОП-203 на ОП-492. Снаружи это изменение проявлялось более «зализанными» очертаниями обтекателя водяного радиатора.
Кинематика шасси походила на Як-9, хотя крышка колесной ниши осталась трехстворчатой. Благодаря небольшому улучшению — появлению опорного колеса с полуавтоматической блокадой — маневренность самолета на земле резко возросла. Когда штурвал отклонялся вперед, колесико могло свободно вращаться.
Изменениям подверглась и топливная система. Теперь самолет имел три топливных бака: два в крыльях на 120 литров каждый, и один разделительный бак емкостью 30 литров, расположенный в фюзеляже. Этот тридцатилитровый бак был нововведением.
Вооружение осталось прежним: пушка ШВАК и пулемет УБ. Пилота защищала бронеспинка толщиной 8,5 мм и изголовье из бронированного стекла. Лобовое стекло фонаря было монолитным.
Благодаря всем изменениям массу самолета удалось понизить на 280 кг по сравнению с машиной 04-111 и составила 2655 кг. Основной вклад (150 кг) дало внедрение металлических деталей каркаса.
Прототип, законченный 15 февраля 1943 года, первоначально оснащался мотором М-106, однако после нескольких полетов мотор заменили на М-105ПФ. По данным известного советского автора в области авиации К. Косминкова, новый двигатель поставили на самолет уже в марте.
Заводские испытания продолжались с 28 февраля 1943 года до 7 июня того же года, что говорит об их напряженности. Испытания в НИИ ВВС проходили между 7 июня и 4 июля 1943 года. Еще два дня (21 и 22 июля) заняли государственные испытания с акцентом на новый двигатель.
Новый двигатель не представлял собой чего-либо принципиально нового. Это был все тот же М-105ПФ, но давление в цилиндрах в очередной раз повысили, на этот раз со 1050 до 1100 мм рт. ст. В результате мощность двигателя увеличилась с 1180 л.с. на 2700 м до 1240 л.с. на 2100 м. Поскольку двигатель работал на низкооктановом бензине АБ-78, Климов согласился форсировать двигатель лишь на первой скорости наддува. На второй скорости давление оставалось прежним. На практике рост мощности двигателя обернулся увеличением средней скорости на 6–7 км/ч, набора высоты 5000 метров на 0,1 сек, а в боевом заходе самолет набирал дополнительные 50 метров.
Новый самолет получил признание пилотов за легкость пилотирования, сравнимую со «Spitfire V», хорошие летные качества и приличную маневренность. Недостатки самолета остались наследственными — недостаточно эффективная система охлаждения; забрызгивание фонаря маслом и отсутствие радиостанции. Отдельные машины радиостанцию получили, но она отличалась высоким уровнем шума. Чтобы дать самолетам больше шансов попасть на вооружение, в августе 1943 года прототип отправили в ЦАГИ для обдува в аэродинамической трубе. Результаты испытания оказались обнадеживающими, но требующими радикально изменить конструкцию самолета. Поэтому от многих идей по улучшению машины пришлось отказаться. Тем не менее, прототип имел значительные конструктивные особенности. Под двигателем снова появился воздухозаборник, а в хвостовой части фюзеляжа полотняную обшивку заменили фанерой.