К началу 1942 г. основной противник Як-1 на фронте - истребитель Мессершмитт Bf.109F (к моменту нападения на СССР на Восточном фронте находилось всего около 150 машин этой модификации, хотя они составляли 60% самолетного парка Люфтваффе; широкое применение их на востоке началось с октября 1941 г.) начал выпускаться с мотором DB-601E, более мощным, чем DB-601N. Это дало немецкому самолету еще большее преимущество в скорости (более чем на 40 км/ч) перед Як-1. Для сравнения: испытанный в НИИ ВВС в начале 1942 г. Bf.109F-1 с мотором DB-601N имел скорость на 19-27 км/ч больше скорости Як-1. Применение зимой на Як-1 лыжного шасси увеличивало эту разницу до 60 км/ч (и более). Исправить положение можно было только пойдя по тому же пути - увеличить мощность мотора. Ситуация в моторостроении была такова: к началу 1942 г. в КБ В.Я.Климова был разработан и проходил испытания мотор М-107, который во многом отличался от серийно выпускавшегося М-105ПА; внедрение и доводка М-107 потребовали бы много времени; кроме того, он неоднократно из-за различных дефектов снимался с испытаний (прошел их лишь к 19 сентября 1942 г.).
Мотор М-105ПА уже имел одну степень форсирования. В августе 1941 г. на Як-1 был введен форсажный взлетный режим с ручным управлением от рычага на левом пульте кабины пилота. Этот режим достигался увеличением давления наддува с 910 до 950 мм рт.ст. (его разрешалось использовать только на взлете, до высоты менее 200 м и не более пяти минут).
Поэтому 13 марта 1942 г. ГКО постановлением предложил КБ Климова форсировать мощность мотора М-105ПА путем увеличения давления наддува с 930 до 1050 мм рт.ст. При этом ставилась задача получить номинальную мощность у земли 1180-1200 л.с., на высоте 800 м -1210 л.с., а на высоте 2800 м - 1150 л.с. и подготовить серийный выпуск мотора к 1 апреля 1942 г. В перечне необходимых мероприятий предписывалось: а) директору завода 153, начальнику ЛИИ НКАП совместно с НИИ ВВС к 25 марта 1942 г. провести летные испытания Як-7 с этим мотором; б)директору завода 26 и заместителю наркома В.П.Баландину к 1 апреля 1942 г. провести 100-часовые стендовые испытания; в)в пятидневный срок перевести один из полков Як-1 на пробную эксплуатацию М-105П, приспособленных для работы на повышенном давлении наддува.
Испытания были проведены на Як-7А 1411 и Як-7Б 1413, отчет утвержден 29 марта 1942 г. На самолетах проверялась работа мотора с наддувом 920, 1020 и 1050 мм рт.ст., но форсированный режим не использовался более пяти-восьми минут. Управление форсажем, как и раньше, вручную из кабины. Летные характеристики на повышенном наддуве существенно улучшились. Совместным решением от 15 марта 1942 г. НКАП и ВВС пробную эксплуатацию организовали в 236-м иап ВВС Западного фронта. В полку форсирование двигателя производилось другим методом. На повышенный наддув перестраивался регулятор постоянного давления нагнетателя. Управление - от сектора газа; при полном газе - максимальный наддув. В испытаниях получили устойчивое увеличение скорости примерно на 20 км/ч.
На стендовых испытаниях модернизированный мотор имел показатели лучшие, чем были заданы ГКО. Взлетная мощность была равна 1210 л.с., номинальная мощность на высоте 700 м составила 1260 л.с., а на высоте 2700 м -1180 л.с. Вместе с тем ресурс мотора был уменьшен до 100 ч с 125 ч, но весь этот срок мотор гарантированно мог работать на повышенном наддуве (имеется в виду ресурс до первого ремонта). Это оказалось возможным лишь под нажимом А.С. Яковлева как заместителя наркома. В.Я.Климов же настаивал на доводке М-107, считая, что М-105ПА на повышенном наддуве без значительного снижения ресурса может работать лишь кратковременно (пять-восемь минут). Точку в споре поставили стендовые испытания М-105ПА с наддувом 1050 мм рт.ст., которые начались 24 апреля 1942 г. Мотор успешно их выдержал, проработав до разрушения 203 ч. По постановлению ГКО от 30 апреля 1942 г. завод 26 (г. Уфа) с 1 мая перешел на выпуск моторов М-105ПФ, как начали называть серийные моторы с повышенным наддувом.
Однако, несмотря на все плюсы от постановки нового мотора, на Як-1 еще более ухудшилась работа системы охлаждения, которая просто перестала справляться с возросшей теплоотдачей. При испытаниях в 236-м иап семи самолетов Як-1 с моторами М-105ПА, перерегулированными на повышенный наддув, оказалось, что время полета на номинальных оборотах мотора и максимальной скорости с заслонками радиаторов, установленными в положение "по потоку", не должно превышать двух минут, чтобы выдержать эксплуатационные ограничения по температурам воды и масла; а набор высоты даже при полностью открытых заслонках радиаторов был невозможен без площадок для охлаждения мотора через каждые 2500... ...3000 м. И это при обычных для средней полосы летних температурах наружного воздуха у земли 18-23╟С. При испытании двух машин ( 1549, 1643) из этих семи летчиками НИИ ВВС эта характеристика ВМГ подтвердилась.
Для устранения дефекта КБ были разработаны новые формы водо- и маслогондол с расширяющимся входным туннелем, и, согласно постановлению ГКО от 29 мая 1942 г., завод 292 с 4 июня перешел на выпуск Як-1 с новым мотором. К сожалению, новые моторы поступали не в требуемом количестве, и полный переход на установку М-105ПФ произошел лишь в июле 1942 г. с десятого самолета 79-й серии ( 1079).
Но новые формы гондол проблем с температурными режимами не решили. Как показали сравнительные летные испытания самолетов Як-1 3673, 1474, 4174, 2175, 2675, 0676, 1376, 1676, 2076, 2276 с новыми и старыми водо- и маслогондолами, закончившиеся 3 июля 1942 г., ощутимых улучшений в работе систем охлаждения мотора они не дали. Для нормальной эксплуатации в частях были даны указания об ограничении оборотов мотора до 2250 об/мин в горизонтальном полете на максимальной скорости на высотах, ниже высоты переключения скоростей нагнетателя, и до 2600 об/мин в наборе высоты в течение первых десяти часов его работы. При этом частично терялось достигнутое преимущество от установки М-105ПФ, проявлявшееся как раз на малых высотах.
Указанный недостаток системы охлаждения стал хроническим. Проведенные 12 марта 1943 г. испытания Як-1 02119, 20120, 10123, 17124, 38124,17125, 25125, 11126, 29126 опять подтвердили вывод о том, что она не обеспечивает нормального температурного режима в полете на максимальной скорости. Плохая работа ВМГ стала одной из основных причин получения оценки "неудовлетворительно" при контрольных испытаниях в НИИ ВВС машин 04111, 07127. Но, несмотря на это, выпуск самолетов не прекращался, и все проблемы опять легли на плечи летно-технического состава.
Установка на Як-1 двигателя М-105ПФ позволила ликвидировать превосходство в скорости немецкого истребителя Me-109F на малых и средних высотах. Учебно-испытательные воздушные бои Як-1 М-105ПФ с Me-109F, проведенные в HИИ ВВС, показали следующее: Hа высоте 1000 м Me-109F имел незначительное преимущество по вертикальному и горизонтальному маневрам, поэтому если атака не была неожиданной для летчика, то Me-109F мог зайти в хвост Як-1 только после 4...5 виражей. Выход Як-1 из этого положения был возможен только при уходе в облака или при поддержке другим самолетом. Hа высоте 1000 м в бою на Як-1 против Me-109F наиболее целесообразны лобовые атаки с использованием всей мощи огня.
Hа высоте 3000 м Як-1 М-105ПФ и Me-109F оказывались в равных условиях. Практически воздушный бой сводился к лобовым атакам. Для Як-1 было выгоднее вести воздушный бой боевыми разворотами, затягивая Me-109F на высоты выше 3000 м. Hа высоте 5000 м Як-1 М-105ПФ имел явное преимущество как по максимальной скорости, так и по горизонтальной и вертикальной маневренности. Як-1 свободно догонял Me-109F, навязывая ему воздушный бой. Me-109F не мог занять выгодной позиции для атаки и вынужден был выходить из боя уходом вниз на меньшие высоты.
К сказанному следует отнестись критически, так как при испытании Me-109F в HИИ ВВС на высотах свыше 2750 м система нагнетания двигателя DB-601N1 не обеспечивала нормальное давление наддува. К сожалению, в то время этого не знали. По некоторым литературным источникам и расчетам К.К.Косминкова, высотность двигателя DB-601N1 составляла примерно 4000 м, а максимальная скорость Me-109F на высоте 5800...6000 м - 590...600 км/ч. Это обстоятельство необходимо учитывать и для Як-7Б М-105ПФ.
Установка на Як-1 более мощного двигателя имела не только положительные, но и некоторые отрицательные последствия: усилилась тенденция самолета к подъему хвоста, что требовало приложения больших усилий для его удержания при пробе двигателя на земле и большей осмотрительности при использовании тормозов на рулежке и на пробеге после посадки. Як-1 М-105ПФ серийно выпускался с июня 1942 г. по июль 1944 г. Всего выпущено 5672 самолета. Самолеты Як-1 М-105ПФ успешно использовались в Великой Отечественной войне начиная с битвы под Сталинградом, с осени 1942 г.
Як-1 М-105ПФ с улучшенной аэродинамикой представлял собой серийный самолет, на котором ОКБ А.С.Яковлева осуществило ряд рекомендованных ЦАГИ и ЛИИ мероприятий для улучшения летно-тактических характеристик.
Улучшение аэродинамики наряду с работой по снижению полетной массы являлось одним из основных направлений работы ОКБ в течение всего времени нахождения самолета Як-1 в серии. Эта работа проводилась в плановом порядке и, как правило, по собственной инициативе ОКБ. Однако в ряде случаев она носила экстренный характер и выполнялась по требованиям фронтов и решениям ГКО.
Летом и осенью 1942 г. в период Сталинградской битвы сложилась весьма напряженная обстановка, вызванная появлением у немцев новых истребителей Me-109F-4 и Me-109G-2 с более мощными и высотными двигателями, которые обеспечивали им значительное преимущество в воздушном бою.
13 октября 1942 г. в докладе начальника одного из главных управлений HКАП С.H.Шишкина наркому А.И.Шахурину о самолете Me-109G-2 и установленном на нем двигателе DB-605A1, который являлся глубокой модификацией DB-601, отмечалось, что мощность этого двигателя по сравнению с DB-601 увеличена на 200 л.с., т.е. номинальная мощность равна 1400 л.с. на высоте 5000...6000 м за счет увеличения диаметра цилиндров на 4 мм, увеличения числа оборотов и увеличения диаметра крыльчатки нагнетателя на 6 мм, что дало рост высотности на 1000 м.
Взлетная мощность равна примерно 1600 л.с. Лопасти винта шире на 50 мм. Основные части самолета остались без изменения. Таким образом, по максимальной скорости Me-109G-2 несколько превосходил наши истребители, 3начительно большее преимущество этот самолет имел перед нашими истребителями по скороподъемности и, следовательно, по маневру из-за избытка мощности, особенно с учетом трехминутного форсажа. Обращает на себя внимание дальнейшее увеличение высотности двигателя: DB-601A1 имел 4000 м, DB-601 и DB-601N - 5000 м, DB-605A1 - больше 5000 м.
Были приняты чрезвычайные меры с целью повышения летно-тактических характеристик наших истребителей: установка на Як-1 форсированного двигателя М-105ПФ, о чем сказано ранее; установка двигателя М-106-1ск (односкоростного), что к сожалению не увенчалось успехом (см. ниже); снижение полетной массы; улучшение аэродинамики по рекомендациям ЦАГИ и ЛИИ и другие.
Улучшение аэродинамики производилось по постановлению ГКО, которое предусматривало, что серийные самолеты Як-1 М-105ПФ должны иметь максимальную скорость: у земли - 525 км/ч, на высоте 3750 м (вторая граница высотности) - 590 км/ч вместо 505 и 570 км/ч соответственно.
Во исполнение указанного постановления серийным заводом под руководством ОКБ А.С.Яковлева была произведена установка перегородок в фюзеляже и их полная герметизация, осуществлена уборка хвостового колеса, переделаны капоты и зализы, снята сетка с гондолы водорадиатора, кок винта сделан более полным, установлены обтекатели на выхлопные патрубки (две пластины, прикрывавшие сверху и снизу выхлопные патрубки двигателя), выхлопные патрубки сделаны реактивными, изменены форма туннелей водо- и маслорадиаторов, улучшена отделка внешней поверхности самолета и т.д.
Самолеты Як-1 с улучшенной аэродинамикой проходили испытания в 1942-1943 гг. в ЛИИ, HИИ ВВС, а также на заводе N292. В октябре 1942 г. в ЛИИ испытывался серийный Як-1 N16-99. Испытания проводила бригада в следующем составе: летчик-испытатель В.H.Коченюк (из военного представительства на заводе N292), инженер ЛИИ В.Я.Молочаев. Было установлено, что в результате осуществления указанных рекомендаций ЦАГИ и ЛИИ максимальная скорость Як-1 с М-105ПФ стала соответствовать требованиям ВВС.
Як-1 с улучшенной аэродинамикой находился в производстве с декабря 1942 г. (со 111-й серии) до конца выпуска серийных Як-1, т.е. до июля 1944 г. (по 192-ю серию); всего был выпущен 4461 такой самолет.
Як-1 М-105ПФ в облегченном варианте представлял собой обычный серийный самолет, у которого с целью улучшения летных характеристик была уменьшена полетная масса.
Было два типа облегченных Як-1: перехватчик для работы в системе ПВО и фронтовой истребитель. По решению ГКО от 14 марта 1942 г. саратовскому заводу было поручено к 1 апреля того же года изготовить и сдать 10 самолетов Як-1 в облегченном варианте типа перехватчик. Эта работа носила экспериментальный характер.
Ведомость мероприятий, по снижению полетной массы содержала 25 пунктов. Hаиболее существенные из них: снятие пулеметов ШКАС; замена коллиматорного прицела кольцевым; снятие одного из двух баллонов сжатого воздуха; снятие фильтра "Куно", снятие одного из двух бензиномеров; снятие сетки с гондолы водорадиатора; замена деревянного оперения металлическим с самолета Як-7; снятие протекторов с бензобаков (губка "Аназот"), снятие балок РО.
Облегченный самолет должен был иметь все приспособления для подвески шести балок под РС-82 на случай использования его для действия по наземным целям или большим группам бомбардировщиков. Облегченный Як-1 М-105ПФ N45-96 проходил в HИИ ВВС контрольные государственные испытания с 12 по 17 октября 1942 г. Облегченными Як-1 были частично вооружены 512 (53 гв.) иап (командир полка - Герой Советского Союза H.С.Герасимов) и 520 иап (командир - С. H. Чирва) 16ВА (командующий С.И.Руденко).
Опыт воздушных боев показал, что эти самолеты с хорошо подготовленным летным составом на средних высотах (2000...3000 м) вели успешные воздушные бои с Me-109F-4 и Me-109G-2 и добивались победы. Hемецкие самолеты уклонялись от воздушного боя с облегченными Як-1, особенно на виражах. Преимущество в вертикальной скорости позволяло Як-1 догонять Me-109 и уходить от него с набором высоты, чтобы занять выгодное положение для новой атаки. Облегченные Як-1 получили самую высокую оценку летного состава и командования 16 ВА. Летчики 512 иап И.П.Моторный и В.H.Макаров, которым было поручено получить на саратовском заводе для своей части пер- вые облегченные Як-1, на пути в часть сбили два Me-109G-2. После полета они заявили, что на облегченном Як-1 сразят на вертикали любого "мессершмитта".
Hа Сталинградском фронте с 5 по 12 ноября 1942 г. наилучшие результаты в боевой работе показали облегченные Як-1, что видно из табл. 2.2, составленной по итогам боевой работы 512 иап 220 иад 16 ВА.
Результаты работы по облегчению Як-1 в дальнейшем были использованы ОКБ при создании Як-З и других самолетов.
Як-1 М-105ПФ МПВО представлял собой модификацию фронтового истребителя Як-1 М-105ПФ и предназначался для использования в системе ПВО. От фронтового истребителя он отличался в основном установкой оборудования для полетов ночью и в плохих метеоусловиях: фары ФС-155, вариометра ВР-2, авиагоризонта АГ-5 и радиополукомпаса РПК-10, а также несколько большей полетной массой. Общий выпуск Як-1 МПВО в 1943-1944 гг. составил 3851 машин.
