Як-9К (крупнокалиберный) с двигателем ВК-105ПФ и винтомВИШ-61П диаметром 3,0 м представлял собой фронтовой истребитель с тяжелым пушечным вооружением. В конструктивном отношении он являлся модификацией серийного самолета Як-9Т, от которого в основном отличался тем, что вместо пушки НС-37 калибра 37 мм была установлена пушка НС-45 калибра 45 мм. Она располагалась в развале двигателя для срельбы через полый вал редуктора и крепилась к фюзеляжу в трех точках - двух передних и одной задней. На втулке винта было установлено специальное приспособление с шарикоподшипником, центрирующее вал пушки относительно оси полого вала редуктора. Основные особенности 45-мм пушки и ее установки - тонкостенность ствола и малое значение радиального зазора (0,75 мм) между стволом пушки и полым валом редуктора двигателя, вследствие малого отверстия вала (55 мм). На расстоянии 650 мм от дульного среза толщина стенки 45-мм ствола равнялась 3,75 мм против 7,1 мм у штатного ствола 37-мм пушки.
Сила отдачи 45-мм пушки по сравнению с 37-мм увеличилась на 1475 кг и составляла 6975 кг. Для уменьшения отдачи ствол был впервые снабжен мощным дульным тормозом, поглощавшим до 85% энергии отдачи пушки. Дульный тормоз выступал из кока винта на 370 мм, вследствие чего общая длина Як-9К составляла 8,87 м против 8,66 м у Як-9Т и 8,50 м - у двухбачного Як-9.
Питание пушки, - непрерывное, ленточное. Емкость патронных ящиков - 29 снарядов для пушки и 200 патронов - для пулемета УБС. Гильзы и звенья пушки и пулемета собирались в специальные сборники. На приборной доске в кабине летчика был установлен счетчик оставшихся снарядов пушки. Управление огнем - комбинированное пневмоэлектрическое. Стрельбу из пушки и пулемета можно было вести раздельно и одновременно от двух электрокнопок, расположенных на ручке управления самолетом. Имелся коллиматорный прицел ПБП-1а.
Кроме изменений, связанных с усилением вооружения, на Як-9К был увеличен запас топлива с 322 (у Як-9) до 475 кг за счет установки в крыле четырех бензобаков вместо трех; изъят расходный бачок и установлен перекрывной пожарный бензокран; установлены прозрачная броня в передней части козырька и за головой летчика, механическое (ручное) управление заслонкой водорадиатора вместо электрического типа АРТ-41, приемопередающая радиостанция вместо приемной, вариометр ВР-2, ручное управление стопором хвостового колеса вместо автоматического (связанного с педалями). В результате полетная масса увеличилась до 3028 кг. По массе секундного залпа (5,53 кг/с) Як-9К превосходил все отечественные и зарубежные истребители: Як-9Т - в 1,48 раза, Me-109G-2 пятиточечный в 1,27 раза, трехточечный - в 3,30 раза, FW-190A-8 - в 1,64 раза. Як-9К вполне удовлетворял предъявляемым к истребителям требованиям по мощности огня, но имел для своей полетной массы недостаточно мощный двигатель и, вследствие этого, недостаточно высокие летнотактические характеристики, особенно по сравнению с уже поступавшими на вооружение новыми истребителями Як-З и Як-9У.
Из-за увеличения полетной массы максимальная скорость Як-9К по сравнению с Як-9Т уменьшилась у земли - на 2...15 км/ч и на высоте 5000м - на 40...27 км/ч; время набора высоты 5000 м увеличилось до 6,5 мин (на 1,0 мин); вертикальная и горизонтальная маневренность и взлетно-посадочные свойства также несколько ухудшились. По технике пилотирования Як-9К практически ничем не отличался от Як-9Т и других самолетов "Як", имеющих с ним одинаковую полетную массу.
Отдача пушки калибра 45 мм воздействовала на самолет значительно больше, чем при калибре 37 мм. Чем больше была скорость полета и угол пикирования, тем меньшее влияние на самолет оказывала отдача. При стрельбе на скорости меньше 350 км/ч самолет резко разворачивался, а летчик при этом на своем сидении совершал резкие движения вперед-назад. Прицельная стрельба была возможна и эффективна на скоростях, больших 350 км/ч, и при коротких очередях в 2-3 выстрела. Большая сила отдачи пушки НС-45 оказывала существенное влияние на конструкцию самолета, приводя к течи масла и воды через различные уплотнения и трещины в трубопроводах, радиаторах и т.д.
Як-9К, также как и другие истребители Як-9, обладал высокими живучестью и надежностью. Так, один из Як-9К в воздушна бою получил шесть пробоин от снарядов калибра 20 мм, причем был пробит в двух местах маслобак, перебит задний лонжерон крыла, вырвана обшивка фюзеляжа площадью 0,75 м╓. Несмотря на столь серьезные повреждения, Як-9К после этого пролетел более 100 км и благополучно приземлился на своем аэродроме.
Як-9К выпущен ОКБ А.С.Яковлева в конце 1943 г. - начале 1944 г. и проходил государственные испытания в НИИ ВВС с 12 января по 8 апреля 1944 г. (летчик В. Е. Голофастов, инженер М.А.Пронин). В апреле-июле 1944 г. была построена войсковая серия из 53 Як-9К.
Як-9К в двухбачном варианте с запасом горючего 350 кг (консольяые бензобаки до начала испытаний были сняты) проходил войсковые испытания (всего 44 самолета) в 274 иап 278 иад и в 812 иап 65 иад в два этапа: с 13 августа по 18 сентября 1944 г. на 3-м Белорусском фронте и с 15 января по 15 февраля 1945 г. на 1-м Белорусском фронте. Председатель комиссии - командир 6 иак генерал-лейтенант Е.Я.Савицкий, от НИИ ВВС - ведущий инженер по самолету А.А.Манучаров и по вооружению - А.Ф.Толпышкин.
Было выполнено 340 боевых самолето-вылетов общим налетом 402 ч 03 мин, состоялся 51 воздушный бой. Воздушные бои проводились на высотах от 100 до 6000 м на 1-й скорости нагнетателя. Противниками были FW-190A-8, Me-109G-2 и G-6. Было сбито 12 истребителей противника (встреч с бомбардировщиками не было), из них 8 FW-190A-8 и 4 Me-109G-2; свои потери - один Як-9К.
Средний расход боеприпасов калибра 45 мм на один сбитый самолет противника составил 10 снарядов. При атаках воздушных целей стрельба произродилась с дистанции 100...400 м. Попадание одного снаряда уничтожало самолет противника (взрыв, разрушение). При атаках наземных целей попадание одного снаряда разрушало и поджигало автомашину, деревянные строения и т.д.
В большинстве случаев Як-9К были ведунами пар, а ведомыми - какие-либо легкие самолеты типа Як-З или Як-1. Основной задачей ведущих была атака самолетов противника, а ведомых - прикрытие ведущего от атак истребителей.
Як-9К отлично проявил себя в боях в Донбассе, Мелитополе, Николаеве. Крыму, Севастополе, Витебско-Минской и Берлинской операциях, особенно при неоднократных блокированиях аэродромов противника. Як-9К рекомендовался для принятия на вооружение как основной тип истребителя активных наступательных действий, предназначенный для уничтожения бомбардировщиков с дистанций 400...600 м, активной блокировки аэродромов, уничтожения наземных целей.
В массовое производство Як-9К не запускался ввиду недостаточной надежности пушки. Впоследствии в массовом производстве находились самолеты Як-9У с пушкой Н-45 конструкции А.Э.Нудельмана.
