Як-9ПД с двигателем М-105ПД, снабженным двухступенчатымнагнетателем Э-100 В.А.Доллежаля, представлял собой высотный истребитель-перехватчик и предназначался для работы в системе ПВО. Самолет был создан специально для борьбы с высотными разведчиками противника Ju-86R, периодически совершавшими в 1942-1943 гг. полеты над Москвой на больших высотах (порядка 12000...13000 м).
Як-9ПД построили по постановлению ГКО от 12 ноября 1942 г., в соответствии с которым главный конструктор А.С.Яковлев обязан был до 15 января 1943 г. предъявить в части ПВО Москвы на войсковые испытания пять экземпляров Як-9 М-105ПД (Этим же постановлением аналогичные задания были даны С.А.Лавочкину и А.И.Микояну).
Из-за задержки поставки двигателей М-105ПД самолеты были изготовлены ОКБ за двадцать дней - с 1 по 20 апреля 1943 г. В конструктивном отношении это были обычные серийные Як-9Д, отличающиеся только двигателем и вооружением, а также некоторыми мелкими изменениями (частично переделана передняя ферма фюзеляжа, моторама и др.). Вооружение Як-9ПД состояло из одной мотор-пушки ШВАК с боезапасом 120 снарядов.
Самолеты проходили войсковые испытания в 12 гв.иап (командир полка майор К.В.Маренков) 6 иак ПВО ТС (территории страны) с 16 апреля по 25 июня 1943 г. [ЦАМО, ф. НИИ ВВС, оп. 485690, д. 174]. На пяти Як-9 было произведено 69 поле- тов с налетом 43 ч 12 мин, из них 39 полетов на высоте 10000...12000 м.
Испытаниями было установлено, что непрерывный набор практического потолка на режиме наивыгоднейшей скороподъемности был невозможен: на высоте 7000 м температура воды достигала 120╟С, масла - 100╟С. Для продолжения полета необходимо было делать "площадки" для охлаждения воды и масла, что сильно ухудшало скороподъемность самолета. Практический по- толок составлял примерно 11650 м, его набор занимал 25 мин.
В отчете по войсковым испытания было отмечено, что Як-9 с двигателем М-105ПД войсковые испытания не выдержал по причине недоведенности ВМГ, недостаточного практического потолка и несоответствия вооружения постановлению ГКО от 12 ноября 1942 г.
С июля 1942 г. по август 1943 г. над Москвой шесть раз появлялся высотный разведывательный самолет Ju-86R-1. 2 июня 1943 г. на перехват высотного разведчика с Центрального аэродрома Москвы на самолете Як-9 N01-29 с М-105ПД взлетел подполковник Л.А.Шолохов - инспектор по технике пилотирования 6 иак (истребительного авиакорпуса) ПВО Москвы. Летчик набирал высоту на скорости 260 км/ч до высоты 6000 м, при этом температура воды была 105╟С, масла - 95╟С; турбомуфту начал включать с высоты 4000 м, на высоте 8500 м включил полностью; высотным корректором начал пользоваться с 8000 м. Двигатель работал хорошо, температуры воды и масла оставались в норме.
На высоте 8500 м Л.А.Шолохов получил сообщение с КП 12 гв.иап: "Противник прошел Внуково". В это время по следу инверсии он заметил на удалении 12...15 км самолет противника, подходивший к южной окраине Москвы на большой высоте. Через 15 мин, идя с набором высоты, Як-9 догнал противника и, находясь на высоте по прибору 11650 м (приведенная по барограмме - 12210 м), был ниже его на 1000...1500 м. Температура воды была 110╟С, масла - 105╟С. Пилот видел желтые консоли крыла и неясные очертания крестов. В этот момент давление бензина упало до нуля и восстановилось при снижении до 10800 м. Самолет набрал 11400 м по прибору, но двигатель "запарил". Температура воды была 112╟С, масла - 110╟С. Козырек и фонарь покрылись слоем льда. Потеряв противника из виду, Л.А.Шолохов вынужден был прекратить преследование и пошел на посадку. Полет продолжался 59 мин. Полетная масса самолета 2728 кг, включая горючее - 300 кг и масло - 40 кг.
22 августа 1943 г. при очередном появлении Ju-86R-1 для его перехвата были подняты с подмосковных аэродромов 15 истребителей, в том числе три Як-9ПД, два "Спитфайра", две "Эркобры", шесть Як-1, два МиГ-З. Только один летчик на "Спитфайре" поднялся до 11500 м и вел некоторое время огонь по противнику с кабрирования, находясь ниже на 500 м и сзади на 200 м, после чего оружие отказало. Другие истребители достигли высоты: Як-9ПД - 11100 м, МиГ-З - 10800 м, Як-1 - 9500 м, "Эркобра" - 9000 м и огня по противнику не вели .
23 августа 1943 г. командующий войсками Западного фронта ПВО Г.П.Громадин в донесении командующему ВВС о полетах разведчиков противника в районе Москвы сделал вывод о том, что вопрос о высотных истребителях для ПВО столицы до сих пор практически не решен.
Постановлением ГКО от 12 июня 1943 г. А.С.Яковлеву было дано задание - в срок до 1 августа 1943 г. провести работы по увеличению боевой высотности Як-9ПД М-105ПД до 13000 м, использовав для этой цели один из самолетов ПВО. Самолет должен был иметь герметическую кабину летчика.
Модифицированный Як-9ПД N 01-29 был выпущен в установленный указанным постановлением срок и после облета В.И.Югановым 31 июля 1943 г. передан в ЛИИ для исследования и выдачи рекомендаций по доработке двигателя и ВМГ. На модифицированном самолете был установлен экспериментальный двигатель М-105ПД со сроком службы 50 ч и с увеличенным с 8,48 до 9,72 передаточным числом приводного центробежного нагнетателя. Увеличение передаточного числа от коленчатого вала к нагнетателю повысило высотность двигателя с 6300 до 8500 м, но одновременно привело к повышению температуры воздуха за нагнетателем. Для снижения последней необходимо было осуществить промежуточное охлаждение воздуха на входе в двигатель при помощи дополнительного радиатора или впрыска воды. Это, однако, не было сделано.
В связи с установкой более высотного, чем М-105ПФ, двигателя на самолете осуществлены мероприятия по повышению высотности водо-, масло- и бензосистем; система заполнения бензобаков выхлопными газами заменена системой заполнения бензобаков азотом (емкость баллона - 4 л при давлении 150 кг/м╓) с автоматом давления азота АДА-З; взамен водорадиатора ОП-196 и маслорадиатора ОП-293 установлены водорадиатор ОП-229 и маслорадиатор ОП-300 с увеличенной охлаждающей поверхностью и переделаны их гондолы; установлен дополнительный маслобак с пеногасителем; осуществлен обдув воздухом свечей зажигания, бензопомпы, бензофильтра для их охлаждения и др.
В конструкцию самолета внесены следующие изменения: крыло увеличено по размаху на 1,0 м и по площади на 0,65 м2; сняты протекторы бензобаков, уменьшен боекомплект пушки со 120 до 110 снарядов, сняты храповик кока винта, весовая компенсация элеронов и др.
В результате полетная масса Як-9ПД снизилась с 3117 до 2845 кг, а нагрузка на крыло уменьшилась с 182,2 до 159 кг/м╓, т.е. на 22,2 кг/м╓. Низкие значения нагрузок создавали благоприятные условия для увеличения высотности самолета. Герметической кабиной самолет не был оборудован, поскольку ее схема, конструкция и оборудование в то время еще не были отработаны.
Экспериментальный образец гермокабины конструкции А.Я.Щербакова отрабатывался на Як-7Б М-105ПФ и был предъявлен на госиспытания в НИИ спецслужб ВВС только 1 мая 1944 г. Кабина оказалась неудачной и не применялась на находившихся на вооружении самолетах. Хотя это была гермокабина вентиляционного типа, в ней отсутствовали элементы, обеспечивающие вентиляцию. Вентиляция осуществлялась естественным путем - через щели и неплотности в соединениях кабины. Недостаточно отработанной оказалась и автоматика - клапаны, регуляторы давления и др.
Модифицированный Як-9 М-105ПД проходил испытания в ЛИИ с З августа по 18 октября 1943 г. Испытания проводила бригада в составе: ведущие летчики Г.М.Шиянов и В.И.Юганов, ведующий инженер ЛИИ П.С.Лимар, ведущий инженер ОКБ К.Н.Мкртычан.
Был выполнен 21 полет общей продолжительностью 16 ч 33 мин. Установлено, что М-105ПД без промежуточного охлаждения воздуха между нагнетателем и карбюраторами работал удовлетворительно лишь на 1-й ступени нагнетателя. На 2-й ступени при возрастании числа оборотов до 2400 об/мин (номинальное число оборотов - 2530 об/мин) и больше на высотах 11500...12500 м двигатель работал неудовлетворительно, давал перебои и "обрезал" (кратковременно отключался) из-за высокой температуры воздуха за нагнетателем и низкого давления масла в главной магистрали.
Падение давления масла в главной магистрали с подъемом на высоту приводило к проскальзыванию турбомуфт нагнетателя и являлось причиной снижения мощности и высотности, а также перебоев в работе и "обрезаний" двигателя.
Высокая температура воздуха на входе двигателя при работе на 2-й ступени нагнетателя за 1-й границей высотности не допускала использования номинальной мощности. 27 августа 1943 г., в девятом полете, была достигнута максимальная высота 12500 м, на которой скороподъемность Як-9ПД составляла 1,2...1,5 м/с, и следовательно, эта высота не являлась еще практическим потолком. Однако дальнейший на- бор высоты был невозможен ввиду неудовлетворительной работы двигателя.
Время набора высоты 12 500 м составляло 33,2 мин и не являлось минимальным, так как набор высоты производился на пониженном режиме работы двигателя (при 2290...2320 об/мин и давлении наддува 900 мм рт.ст.) из-за перегрева воздуха в нагнетателе.
При использовании номинального числа оборотов двигателя (2530 об/мин) и обеспечении непрерывного набора высоты (без промежуточных "площадок" для охлаждения воды и масла) Як-9ПД с экспериментальным двигателем М-105ПД мог бы иметь значительно больший потолок и набирать его за значительно меньшее время.
Ввиду неудовлетворительной работы М-105ПД в процессе испытаний в ЛИИ в порядке эксперимента он был заменен на М-106ПВ (повышенной высотности). Этот двигатель, как и М-105ПД, был снабжен двухступенчатым нагнетателем Э-100, но обладал большей высотностью (9500 м вместо 8500 м). С М-106ПВ было выполнено 15-18 октября 1943 г. еще четыре полета общей продолжительностью 3 ч 5 мин, во втором из которых, 16 октября, была достигнута максимальная высота 13100 м, что являлось практическим потолком самолета, так как скороподъемность на указанной высоте составляла 0,5...0,75 м/с.
Однако двигатель М-106ПВ, как и М-105ПД, при увеличении числа оборотов до номинального, равного 2650 об/мин, на высоте 12000 м и выше имел высокую температуру воздуха за нагнетателем и низкое давление масла в главной магистрали и поэтому не позволял непрерывно набирать высоту до практического потолка. Кроме того, происходил перегрев воды и масла. В 1944 г. в ОКБ А.С.Яковлева была предпринята еще одна, на этот раз более успешная попытка создания высотного истребителя-перехватчика. Как и раньше, главным направлением в повышении высотности самолета было улучшение работы двигателя и ВМГ на больших высотах, а также дальнейшее уменьшение полетной массы самолета и изменение геометрии крыла. За основу взяли Як-9У ВК-107А производства завода N166 как более совершенный. На самолете установили двигатель М-106ПВ с передаточным числом от коленчатого вала к нагнетателю, равным 9,72, и высотностью 9500 м; для снижения температуры воздуха за нагнетателем двигатель оборудовали системой впрыска смеси (50% спирта и 50% воды); установили электробустерпомпу в бензосистему для обеспечения нормальной подачи горючего на высоте, новую систему зажигания двигателя с наддувом магнето от нагнетателя двигателя, новый водорадиатор ОП-554 в переделанной гондоле, облегченную пушку ША-20М с боекомплектом 60 снарядов вместо 110, специальный высотный облегченный винт конструкции С.Ш.Бас-Дубова и Г.М.Заславского ВИШ-105ТЛ диаметром 2,8 м с широкими лопастями; сняли весовую балансировку с элеронов и руля высоты, уменьшили запасы горючего с 420 до 240 кг и масла с 48 до 30 кг, сняли посадочные щитки с механизмом их выпуска и уборки, выполнили многочисленные мелкие изменения для облегчения конструкции самолета вплоть до снятия плечевых ремней с механизмом их подтяга (оставлены только поясные ремни) и др. Герметическая кабина на данном самолете, как и на предыдущих аналогичного назначения, отсутствовала.
В результате полетная масса была снижена до рекордно малой величины 2500 кг, а посадочная - до 2280 кг, т.е. примерно на 250 кг. Отсутствие шитков не усложнило посадку, поскольку посадочная скорость не превышала 125...130 км/ч. Двигатель М-106ПВ, оборудованный системой впрыска воды, допускал использование номинального числа оборотов 2650 об/мин и при этом работал устойчиво, без перебоев и "обрезаний" на всех высотах до практического потолка включительно.
Системы охлаждения воды и масла обеспечивали возможность непрерывного набора высоты до практического потолка на номинальной мощности двигателя и на наивыгоднейшем режиме наборы высоты без выполнения промежуточных "площадок".
Як-9ПД с двигателем М-106ПВ, оборудованный системой впрыска воды, обладал превосходными летными данными: максимальная высота полета, достигнутая при испытаниях, составляла 12800...13100 м, что являлось практическим потолком. (В дальнейшем была достигнута высота 13500 м.)
Максимальная скорость самолета на расчетной высоте (на второй границе высотности), равной примерно 10 500 м, составляла 620 км/ч; время набора высоты 11000 м - 25 мин; средняя вертикальная скорость до высоты 5000 м - около 15 м/с.
Отсутствие герметической кабины ограничивало возможность длительного пребывания летчика даже с кислородным прибором на высотах, близких к практическому потолку, что снижало боевые качества самолета как высотного истребителя-перехватчика.
Производство Як-9ПД с двигателем М-106ПВ закончили 20 апреля 1944 г. Заводские испытания проводились с 27 по 30 апреля 1944 г. В.И.Югановым, выполнившим три полета общей продолжительностью 1 ч 30 мин. После этого самолет передали в 12 гв.иап ПВО Москвы, где он успешно эксплуатировался до конца войны.
Боевые качества этого последнего, наиболее удачного высотного истребителя-перехватчика не были проверены, так как к моменту его создания налетов немецкой авиации на Москву не было.
Московский завод N301 переоборудовал 30 серийных самолетов Як-9ПД М-105ПД под двигатель М-106ПВ. Таким образом всего выпущено 35 Як-9ПД с двигателями М-105ПД и М-106ПВ.
