Наиболее существенные работы, улучшившие характеристики дальности и продолжительности полета, были проведены силами 30-х САМ ВВС СФ, где на 23 самолетах Як-1 было установлено оборудование для подвески двух бензобаков ПЛГБ-100, сбрасываемых в полете.
В середине 1943 г. самолеты-торпедоносцы были вынуждены выполнять боевую работу на таком удалении от баз, которое делало невозможным их прикрытие отечественными истребителями. В то же время противник усилил защиту своих конвоев как зенитной артиллерией, так и истребителями. Данная доработка (а о подвесных баках для Як-1 ВВС КА ставили вопрос давно, еще с периода составления ТТТ) увеличила запас топлива на самолете на 200 л, что гарантированно увеличивало продолжительность полета на 35-45 мин. Проект был выполнен начальником цеха 30-х САМ ВВС СФ старшим техником-лейтенантом В.С.Давыдовым и начальником этих мастерских инженер-капитаном И.А.Безукладниковым под руководством главного инженера ВВС СФ инженер-полковника Р.М.Собченко.
Подвесной бак крепился на бомбовый замок КД-46 или Дер-31, установленный на специальном узле на переднем лонжероне крыла между девятой и десятой нервюрами. Бензопровод размещался в носке крыла и крепился к лобовому стрингеру хомутами. Включение баков в работу осуществлялось специальной рукояткой, установленной справа под приборной доской. При этом бензокран основных баков ставился в положение "Закрыто". В магистрали под краном включения-выключения баков устанавливался обратный клапан, предотвращающий выбивание бензина вследствие разряжения в трубопроводе после их сброса при неполном закрытии крана летчиком. Управление сбросом, тросовое, было выведено на неиспользовавшуюся рукоятку форсажа мотора. Для осмотра узла подвески и выполнения на нем регламентных работ на верхней поверхности крыла был прорезан лючок, закрывающийся дюралевой крышкой на двух замках "дзус". Опасения, что из-за установки обратного клапана на участке от него до подвесных баков может появиться воздушная пробка и в связи с этим заглохнуть мотор при переходе на питание от них, не подтвердились. В проведенных по специальной программе летных испытаниях система работала надежно, чему способствовала небольшая длина участка магистрали и малая разница уровней бензопомпы и подвесных баков. Радиус действия истребителя увеличился. Практический радиус группы из шести Як-1 с подвесными баками (с учетом 20% навигационного запаса топлива, запаса топлива на взлет, посадку и 15-минутный воздушный бой) составил 207 км, а при тех же условиях для Як-1 без баков практический радиус действия равнялся 127 км. Широкое применение истребителей для целей воздушной разведки практически с начала боевых действий потребовало установки на них аэрофотоаппаратов (АФА). Для Як-1 это были АФА-И (реже АФА-Б), устанавливаемые в фюзеляж за водорадиатором. Варианты установки были весьма разнообразны, потому что, получив задание, каждая авиамастерская создавала заново свой проект. Доработкам подвергались обычно единичные экземпляры, но к концу 1943 г., когда резервы модификации и модернизации были исчерпаны, машина все больше использовалась для решения задач разведки, и число самолетов, оборудованных АФА, возросло. Одна из дооборудованных АФА машин сохранилась по сей день. Это Як-1 серийный 08110 - подарок Ф.П.Головатого летчику Б.Н.Еремину, экспонирующийся в филиале Саратовского музея краеведения на Соколовой горе. К сожалению, при реставрации в 1944 г. фотолюк на самолете, через который осуществлялась съемка, был заделан. Остался лишь люк на правом борту, через который снимали и устанавливали АФА. При рассказе о фронтовых модификациях нельзя не упомянуть о "стихийном облегчении" самолетов за счет снятия "бесполезного", на взгляд летчиков, кислородного и другого оборудования. Снимались зачастую радиостанции, дальность действия и уровень помех которых поначалу оставляли желать лучшего. Иногда дело доходило до снятия бронеспинок, но печальный опыт быстро искоренил эти "новации". На самолетах первых серий нередко в частях снимали подвижную часть фонаря кабины, с одной стороны, потому что это улучшало обзор (к которому привыкли летчики, летавшие на истребителях старых типов), а с другой стороны, потому что ее невозможно было открыть на больших скоростях полета при необходимости покинуть самолет.
Широкая эксплуатация Як-1 с полевых аэродромов в летнее время показала, что пыль, мелкие комья земли и камешки, поднятые струей от винта на разбеге, попадали в воздушный тракт мотора, выводя из строя крыльчатку нагнетателя, засоряя карбюраторы. А попадание их в трущиеся части приводило к преждевременному выходу мотора из эксплуатации. Поэтому для повышения длительности и надежности работы авиационных моторов начальнику ЦАГИ Шишкину, начальнику филиала ЦИАМ Гудзинскому, и.о.начальника ЛИИ НКАП Чесалову приказом наркома авиационной промышленности от 6 апреля 1942 г. поручалось к 1 мая разработать и испытать для внедрения в серийное производство пылеуловитель для всасывающего патрубка мотора к самолету Як-1.
В июне 1942 г. в ЦАГИ разработали вариант съемного воздушного фильтра и провели его испытания. Он был выполнен в виде приставного патрубка, устанавливаемого впереди воздухозаборника нагнетателя мотора. Боковая поверхность образовывалась четырьмя слоями стальной сетки (по типу автомобильной ЗИС-5). Площадь фильтрующей поверхности - 9.5 дм2. В передней части фильтра устанавливалась заслонка, управление которой было связано с системой выпуска-уборки шасси посредством тросовой проводки. При выпуске шасси заслонка закрывалась и удерживалась в закрытом положении натяжением троса, а при уборке - открывалась под действием возвратной пружины. В своем первом варианте фильтр крепился к капотам мотора и зализу крыла на винтах. Это не устраивало заказчика - ВВС, поскольку время на снятие и установку фильтра при осмотре мотора (снять капоты без демонтажа пылефильтра было невозможно) составляло 25-30 мин, что превышало в несколько раз время, допустимое по требованиям ВВС (не более 8 мин). Поэтому конструкцию крепления изменили. К капотам мотора фильтр стал крепиться рояльной петлей на шомполах, а к зализу крыла - на одном замке "дзус". Время снятия и установки снизилось до 5 мин. Летные испытания показали, что ухудшение аэродинамики самолета оказалось незначительным. Максимальные скорости горизонтального полета по высотам уменьшились всего на 2 - 3 км/ч.
Воздушный фильтр конструкции ЦАГИ в новом виде был принят и внедрен в серийное производство одновременно с Як-1б. При его эксплуатации в частях выяснилось, что вследствие растяжения тросов управления заслонкой он требует постоянной регулировки. Более того, для его снятия (с целью промывки) требовалось разъединить тягу управления заслонкой. Поэтому при монтаже фильтра нужно было производить регулировку управления. Эту операцию можно было выполнить только после установки самолета на козелки, а фильтры требовали ежедневной промывки. Поэтому работа над фильтрами была продолжена в 1943 г. Число участников расширили, включив ее в перечень тем для изобретателей в частях и мастерских ВВС.
В июне 1943 г. прошли испытания воздушные фильтры конструкции ЛИИ НКАП, ЦАГИ (съемный и несъемный), завода 292 НКАП. Все они испытаний не выдержали. У легкосъемного фильтра ЛИИ НКАП (время снятия -2-3 с, установки - 10-12 с) с площадью фильтрующей поверхности 6.55 дм быстро ржавела сетка, изготовленная из луженой жести. Поэтому его рекомендовали только как наземное приспособление. Съемный фильтр ЦАГИ снижал максимальную скорость самолета на 6-7 км/ч и, кроме того, требовал трудоемких подгоночных работ по месту, отдельно для каждой машины. Несъемный фильтр ЦАГИ был очень сложен в изготовлении, требовал больших переделок в конструкции самолета. Фильтр завода 292 снижал максимальную скорость самолета тоже на 6-7 км/ч (что превышало величину, заданную приказом наркома авиационной промышленности), и на его снятие уходило более 30 мин.
Совершенно другой принцип пылеулавливания был предложен специалистами авиамастерских Военно-морского авиационного училища им.Сталина (до недавнего времени - Ейское ВВАУП). В воздухоподводящий канал нагнетателя устанавливалась специальная решетка, отсекавшая крупные частицы грунта и камешки вниз за пределы канала, а более легкие частицы пыли улавливались нанесенной липкой мастикой. Испытания, проведенные в училище, показали довольно хорошую эффективность устройства. Основной недостаток: необходимость возобновлять мастичное покрытие, которое могло сохнуть и трескаться под действием разности температур, само угрожая безопасной работе мотора.
Лишь к маю 1944 г. (по сути дела, к концу выпуска Як-1) был разработан, испытан и рекомендован к использованию в ВВС КА воздушный фильтр конструкции ВВС СФ с измененной кинематикой управления заслонкой, предложенной опытным заводом НИИ ВВС КА. Этот фильтр не снижал максимальную скорость полета в отличие от других пылефильтров.
Они начались в июле 1941 г. как перспективное направление в разработке защиты бензобаков от взрыва при простреле. Кроме того, избыточное давление газов повышало высотность бензосистемы. По мере расхода бензина освободившееся пространство в баках заполнялось его парами, которые в сочетании с кислородом воздуха составляли взрывоопасную смесь. Поэтому, чтобы уменьшить степень риска при попадании снарядов в бак, было принято решение об отводе в бензобаки выхлопных газов с повышенным содержанием не способствующих горению (или нейтральных) углекислого газа (до 6 %)o и азота (до 70 %).
Первый вариант системы заполнения баков нейтральными газами оказался неудачным. При испытаниях в НИИ ВВС на Як-1 2029 ее даже сняли с самолета по причине раздутия баков и появления течи, вызванных чрезмерным повышением внутреннего давления в баках. К 5 января 1942 г. завод 292 изготовил опытный образец системы нейтрального газа (НГ) и провел почти полностью ее заводские испытания. В НИИ ВВС она проверялась на Як-1 3855. Основное ее отличие от предыдущей заключалось в том, что в ней не использовались выхлопные газы. Углекислым газом заряжался специальный двухлитровый баллон. Давление зарядки контролировалось по манометру, а расход газа регулировался редуктором с отверстием в 0.7 мм. После открытия крана углекислый газ поступал в бензобаки под избыточным давлением 0.1 кг/см . При этом его концентрация в баках была от 4.9 до 34.2%. Вытеснение паров бензина происходило через дренаж. При испытаниях эта система работала надежно, но требовала специальной зарядки углекислым газом, что не всегда было возможно в фронтовых условиях.
Конструкторы опять обратились к идее отбора отработанных газов от мотора. Но эта система оставалась недоведенной. Конденсирующаяся при охлаждении газов влага скапливалась в трубах, замерзая при низких температурах наружного воздуха. При этом после включения системы в работу в баках образовывалось разряжение, препятствующее нормальной выработке топлива, - моторы глохли. Были случаи выбрасывания бензина через дренаж после включения системы. Поэтому использование системы НГ в частях не разрешалось до ее окончательной доводки.
Чтобы положить конец этим мучениям и не возить на самолете лишний вес, нарком авиационной промышленности приказом от 2 июля 1942 г. обязал КБ завода 156 разработать и изготовить усовершенствованную систему НГ для Як-1, Як-7 и других самолетов, к 15 июля смонтировать ее на Як-1 и далее в десятидневный срок совместно с ЛИИ НКАП испытать. Этим же приказом КБ поручалось разработать мероприятия по устранению конструктивных дефектов существующих систем к 1 августа 1942 г. и потом в десятидневный срок провести и их испытания.
Новая система НГ была спроектирована, успешно прошла испытания, была утверждена, и с сентября 1942 г. (с 102-й серии) ее начали устанавливать на самолетах. Истребители более ранних серий указанием главного инженера ВВС КА 88 от 14 сентября 1942 г. должны были пройти доработку, но предложенные КБ завода 156 мероприятия оказались недостаточно эффективными, и указанием 21 от 27 января 1943 г. эксплуатацию системы НГ на Як-1 до 102-й серии запретили до особых распоряжений.
В новой системе отвод газов производился через штуцер от левого заднего выхлопного патрубка мотора. Далее газы охлаждались в проложенной по левому борту стальной трубе, доходящей до шестой рамы фюзеляжа и возвращающейся обратно к фильтру, расположенному у переднего лонжерона. Температура газов снижалась с 800-1000С до 5-10С. Газопровод имел наклон в сторону фильтра, одновременно использовавшегося как отстойник для конденсирующейся при охлаждении газов влаги. От фильтра охлажденные и очищенные от механических примесей газы по алюминиевым трубкам шли к крану НГ, установленному на правом пульте кабины и сообщавшему баки или с системой НГ, или с атмосферой (последнее использовалось на земле при заправке). С 168-й серии (и на каждом десятом самолете 167-й серии) кран НГ вентильного типа был заменен на двухходовый с положениями: "Закрыто" - баки сообщены с системой НГ, "Открыто" - с атмосферой.
К 22 июня 1941 г. авиапромышленностью было выпущено 425 самолетов Як-1, но это не означало, что все они поступили в части. С завода истребители отправляли упакованными в ящики в расстыкованном виде в консервации по железной дороге. В частях их расконсервировали, собирали и облетывали. Но не все собранные и облетанные за день летчиками (заводскими и военной приемки) самолеты принимались заказчиком, некоторые из них возвращали для устранения дефектов. Поэтому к началу войны многие из них были еще в дороге, на различных стадиях сборки в частях, либо в ожидании облета и приемки, на этапах разборки и упаковки в ящики и в ящиках на заводе.
Так, например, в авиации флота из 42 самолетов Як-1, принятых до 22 июня военным представителем (во многих архивных документах говорится о наличии на 22 июня 1941 г. в авиации флота 44 самолетов Як-1, но два из них были приняты военпредом УВВС ВМФ лишь 23 июня 1941 г.), ВВС Черноморского флота (ЧФ) и КБФ было получено лишь 18 машин (7 и 11 соответственно). А из этого количества собрано было только 8 истребителей в 71-м иап ВВС КБФ (кроме этих самолетов, в летном состоянии был еще один - в эскадрилье управления ВВС ВМФ в Москве). В самолетном парке пяти приграничных округов было всего 105 самолетов Як-1 (Киевский особый: в 20-м и 91-м иап -62 самолета, Ленинградский: в 158-м иап -20 самолетов, Прибалтийский особый -3 самолета, Западный особый: в 123-м иап - 20 самолетов, а в Одесском самолетов Як-1 не было совсем), из которых всего 92 истребителя находились в боеготовом состоянии, т.е. были собраны и облетаны. Если принять во внимание количество летчиков, освоивших новую машину, то картина получается еще хуже. К началу войны их было всего 36, все в 20-м иап ВВС Киевского особого округа. Остальные только приступили к переучиванию в начале июня и доучивались по ходу боев. Например, 71-й иап ВВС КБФ начал боевые действия на Як-1 только 30 июня 1941 г.
Причина такого положения заключалась в том, что Як-1 и другие новые истребители в первую очередь поступали на вооружение истребительных частей ПВО, как обладавших более опытным летным составом. Кроме того, в апреле 1941 г. с заводов 292 и 301 было отправлено в Баку 78 машин (это более трети из собранных на 1 апреля самолетов). С какой целью это было сделано, пока не установлено.
Часть машин Як-1 была уничтожена на земле при массированном ударе немецкой авиации по приграничным аэродромам, часть - пришлось уничтожить самим при отступлении из-за того, что не было времени на ремонт или некому было их перегонять. Оставшиеся в полках и поступившие в первые дни самолеты практически все были выбиты в неравных воздушных боях в первый же месяц войны. Но в этих схватках Як-1 показал себя с лучшей стороны. Так, 22 июня 1941 г. в 4 ч 28 мин звено "яков" Киевского ОВО под командованием старшего лейтенанта Н.И.Иванова вступило в бой с трехкратно превосходящими силами врага и вынудило его отступить. В немалой степени потерям новых самолетов способствовало привлечение их для штурмовок наступающих войск противника. Попадание осколков, пуль в системы охлаждения моторов сразу выводило их из строя, и летчикам приходилось выходить из боя и совершать вынужденные посадки не на аэродромы без шасси. Чтобы сберечь новые истребители, от этой практики вскоре отказались, используя для ударов по наземным целям истребители старых типов с моторами воздушного охлаждения.
Несмотря на внезапность удара, аэродромам немецкой авиации в первые дни войны тоже был нанесен серьезный урон. По немецким источникам, с 22 июня по 19 июля 1941 г. потери люфтваффе составили 1284 самолета всех типов. Это примерно столько же, сколько потеряла советская авиация в первый день боев, и почти половина боевого состава четырех воздушных флотов, участвовавших в нападении (всего 1, 2, 4 и 5-й флоты имели 2796 самолетов). Причем большие потери были нанесены врагу во время ответного удара по немецким аэродромам по всему фронту от Балтийского до Черного моря 8 июля 1941 г.
Первый опыт боевых действий показал, что воздушные бои в основном велись на высотах 1500-4000 м. Это было связано с особенностями применения бомбардировочной авиации, которая работала с пикирования или снижалась для повышения точности удара по малоразмерным целям, решая задачи авиационной поддержки сухопутных войск. То же самое делали и прикрывающие их истребители. Естественно, что самолеты МиГ-3, ЛаГГ-3 и Як-1, строившиеся по заданию как высотные, в этом диапазоне высот не могли реализовать все свои возможности. Среди них в наихудшем положении оказался МиГ-3, который был более высотным. По иронии судьбы, именно этих машин больше всего было выпущено и поступило в части до войны, хотя МиГ-3 позже своих конкурентов прошел государственные испытания, что стало возможным благодаря высокой квалификации и опыту работников старейшего в СССР авиазавода 1. На малых и средних высотах он был тяжел и инертен, существенно уступая немецкому Bf.109 в маневре. Не обладая пушечным вооружением, он оказался малопригоден для роли фронтового истребителя (хотя иногда применялся не без успеха), и постепенно эти самолеты были переданы в систему ПВО, а в конце 1941 г. их выпуск прекратили.
ЛаГГ-3, имевший в опытном образце много достоинств, в серийном производстве часть их растерял. Из-за худшей отделки и отсутствия необходимого опыта работы с дельта-древесиной серийные машины завода 21 потеряли от 30 до 102 км/ч скорости. (По материалам контрольных испытаний, ЛаГГ-3 четвертой серии 3121422 с восемью подвешенными РС-82 на высоте 5000 м развил скорость всего 503 км/ч. Машина седьмой серии 3121715 без PC на той же высоте обладала скоростью 549 км/ч.) К этому "приложили руку" и военные, под давлением которых (согласно ТТТ) на самолет навесили восемь РО-82 и добавили два дополнительных бензобака. КБ С.А.Лавочкина было молодым и не имело горького опыта "улучшения" самолетов по требованиям ВВС, как, например, КБ А.С.Яковлева (АИР-8, ББ-22). Уже в ходе боев выяснилось, что перетяжеленный ЛаГГ-3 обладает неудовлетворительными характеристиками скороподъемности, при выполнении виражей и разворотов самолет терял высоту, срывался в непроизвольный штопор. (Самолеты военного времени не имели прибора, сигнализировавшего летчику о приближении к режиму сваливания. О подходе к нему предупреждала аэродинамическая тряска самолета, возникавшая из-за срыва потока с крыла. У ЛаГГ-3, имевшего ламинарный профиль крыла, диапазон углов атаки от начала тряски до сваливания был существенно уже, чем у Як-1 и МиГ-3 с крыльями обычного профиля. Когда начиналась тряска, летчик просто не успевал вовремя среагировать, и самолет срывался в штопор.) От возросшего веса при посадках часто ломались стойки шасси. Такие несомненные плюсы, как наличие гидросистемы и мощного, но разного по типу, вооружения усложняли эксплуатацию, требуя дополнительного времени, специальных инструментов для подготовки к повторному вылету.
