Як-9У (улучшенный) с новым более мощным (1500 л.с.) и высотным двигателем ВК-107А и трехлопастным винтом ВИШ-107ЛО диаметром 3,1 м являлся модификацией истребителя Як-9У ВК-105ПФ2. Он также имел смешанную конструкцию: каркасы фюзеляжа и крыла - металлические, обшивка - фанерная. Як-9У ВК-107А отличался в основном винтомоторной группой и вооружением. Двигатель ВК-107А под маркой М-107А был создан и проходил 50-часовые испытания еще в 1942 г. В отчете по испытаниям (декабрь 1942 г.) отмечалось, что активное участие М-107А в боевых операциях возможно, хотя основным двигателем массовой серийной авиации в этот период М-107А стать не может.
В январе 1943 г. были запущены в серийное производство 10 двигателей с 50-часовым ресурсом. В письме наркому авиапромышленности А.И.Шахурину от 3 марта 1943 г. генерал-майор П.Я.Федрови, инженер-летчик-испытатель, сообщая о доводке и испытаниях в воздухе самолета Як-9 с опытным двигателем М-107А, писал, что 23 февраля были получены следующие скорости самолета: у земли - 590 км/ч, на высоте 5800 м - 680 км/ч. Температуры воды и масла обеспечивают работу двигателя и доведены до условий нормальной эксплуатации самолета. Техника пилотирования самолета не усложнилась, маневренность, особенно вертикальная, значительно улучшилась, а взлетно-посадочные свойства остались примерно такими же, что и у серийных "яков". Летно-тактические свойства самолета Як-9 с М-107А значительно выше, чем у немецких истребителей FW-190 и Me-109G-2. Самолет Як-9 с М-107А может сравниться только с опытным самолетом И-185 Поликарпова.
У последнего примерно такие же скорости, но техника пилотирования сложнее, а маневренность хуже из-за большой массы самолета. П.Я.Федрови просил дать распоряжения о срочной установке на 10...15 серийных самолетах Як-9 двигателей М-107А, для проведения на них войсковых испытаний.
Заключительный полет П.М.Стефановского 25 февраля 1943 г., необходимый перед сдачей самолета HИИ ВВС для госиспытаний, закончился аварией. Эта авария вместе с трудностями доводки ВМГ привела к задержке установки двигателя М-107А на серийные самолеты более чем на год.
В связи с установкой ВК-107А на Як-9У была изменена моторама; установлены новые водо- и маслорадиаторы ОП-554 и ОП-555 с большей охлаждающей поверхностью; увеличены запасы горючего с 320 до 355 кг и масла с 26 до 35 кг; в кабине установлен указатель положения заслонки маслорадиатора; установлена система охлаждения двигателя закрытого типа; применена новая схема выхлопа двигателя, состоящая из двух коллекторов внутреннего выхлопа и 12 отдельных патрубков наружного выхлопа (коллекторы внутреннего выхлопа заключены в кожухи и обдувались воздухом) в развале двигателя установлен туннель для обдува свечей и генератора; для увеличения противокапотажного угла и улучшения центровки самолета крыло сдвинуто вперед на 100 мм; для уменьшения усилий на ручке управления самолетом площадь руля высоты уменьшена с 1,15 до 1,13м2.
Вооружение: взамен мотор-пушки ВЯ-23 калибра 23 мм с боезапасом 60 снарядов установлена мотор-пушка ШВАК калибра 20 мм с боезапасом 120 снарядов, число пулеметов УБС (два) и боезапас к ним (340 патронов) остались как на Як-9У ВК-105ПФ2; установлены однолучевая безмачтовая антенна и генератор ГС-15-500 вместо ГС-10-350. Полетная масса по сравнению с Як-9У ВК-105ПФ2 увеличилась с 2900 до 3150кг.
Опытный Як-9У ВК-107А был построен ОКБ в декабре 1943 г. согласно постановлению ГКО от 27 декабря 1943 г. Он проходил заводские испытания с 28 декабря 1943 г. по 12 января 1944 г., госиспытания в HИИ ВВС - с 18 января по 20 апреля 1944 г. (летчик А.Г.Прошаков, ведущий инженер А.Т.Степанец). Самолет строился серийно с апреля 1944 г. по август 1945 г., т.е. до замены его цельнометаллическим Як-9У ВК-107А. Всего построено 3921 самолет Як-9У смешанной конструкции.
Hа госиспытаниях опытный самолет Як-9У ВК-107А показал максимальную скорость на боевом режиме у земли - 600 км/ч, на высоте 5600 м - 700 км/ч. Последнее значение было больше, чем у Me-109G-2 на 80 км/ч, FW-190А-4 - на 102 км/ч, Як-9У ВК-105ПФ2 - на 75 км/ч, Як-З "Дублер" - на 42 км/ч и Ла-7 АШ-82ФH (эталон 1944 г.) - на 29 км/ч.
В заключении HИИ ВВС по госиспытаниям отмечалось, что Як-9У с двигателем ВК-107А по основным летно-тактическим данным в диапазоне высот от земли до высоты 600 м является лучшим из известных отечественных и иностранных истребителей
По технике пилотирования Як-9У ВК-107А был прост в управлении и доступен летчикам средней квалификации в такой же мере, как самолеты Як с двигателем М-105ПФ.
У опытного и первых серийных Як-9У ВК-107А был ряд серьезных недостатков, главным образом, по двигателю и ВМГ. Основные дефекты двигателя ВК-107А: выбрасывание масла из суфлера и переднего уплотнения полого вала редуктора; падение давления масла ниже допустимого предела с подъемом на высоту; тряска при работе на пониженных режимах, а также при уборке и даче газа; ненормальная работа регулятора постоянства давления наддува (РПД); массовые случаи выхода из строя свечей и др.
Основной дефект ВМГ Як-9У ВК-107А: нагрев воды и масла выше допустимого уровня, установленного техусловиями на двигатель ВК-107А, при использовании боевого режима (3200 об/мин), а в жаркое время года - и номинального режима (3000 об/мин).
В горизонтальном полете на максимальной скорости даже при полностью открытых заслонках водо- и маслорадиаторов при температуре наружного воздуха +30 температуры воды и масла превышали максимально допустимые.
Для набора высоты на режиме наивыгоднейшей скороподъемности периодически приходилось делать "площадки" с целью охлаждения масла и воды. Увеличение скорости набора высоты с 280 км/ч (наивыгоднейшая) до 320 км/ч, при которой обеспечивался нормальный температурный режим, приводило к увеличению времени набора высоты 5000 м на 0,91 мин.
Hаличие указанных дефектов исключало возможность получения наилучших летно-тактических данных, не позволяло нормально эксплуатировать самолет на всех режимах и высотах полета.
Hа серийных самолетах выпуска декабря 1944 г. и позже основная часть дефектов опытного и первых серийных самолетов была устранена.
Были установлены новые водо- и маслорадиаторы (соответственно типов 728 и 726) и увеличены проходные сечения туннелей радиаторов (высота туннеля водорадиатора увеличена на входе до 300 мм и на выходе до 100 мм), в результате чего температурный резким ВМГ значительно улучшился и на всех режимах работы двигателя, включая и режим боевой мощности (3200 об/мин), практически находился в допустимых пределах. Стали возможны набор потолка при максимальной скороподъемности и горизонтальный полет на максимальной скорости без перегрева двигателя в стандартных атмосферных условиях на номинальной мощности двигателя при положении заслонок водои маслорадиаторов "по потоку".
Была существенно улучшена аэродинамика - изменена герметизирующая перегородка (диафрагма) между крылом и фюзеляжем, установлены замки убранного положения щитков шасси, увеличена толщина фанерной обшивки фюзеляжа с 2 до 3 мм, улучшена отделка поверхности самолета и др.
Благодаря всему этому максимальная скорость серийных Як-9У ВК-107А более поздних выпусков на режиме боевой мощности возросла у земли до 575 км/ч и на 2-й границе высотности 5000 м - до 672 км/ч, т.е. приблизилась к скоростям, полученным на опытном образце. Аналогичные улучшения были достигнуты и по остальным летно-тактическим характеристикам. Як-9У ВК-107А (32 самолета производства завода N82) проходили войсковые испытания на боевое применение в 163 Седлецком Краснознаменном иап (командир - подполковник В.М.Уханов) 336 Ковельской Краснознаменной иад З ВА с 25 октября по 25 декабря 1944 г. .
Воздушным противником являлись в основном FW-190A в районе ликвидации прибалтийской группировки противника. За время войсковых испытаний произведено 398 самолетовылетов с общим налетом 299 ч. Число воздушных боев - 26, результативных - 18. Сбито: 27 FW-190A, 1 Me-109G-2. Hаши потери: от истребителей - два самолета, от зенитного огня - один, небоевые - четыре. Соотношение боевых потерь в воздушных боях: 28:2, причем в одном случае летчик на поврежденном в бою самолете, пролетев 15 км, дотянул до своей территории и, лишь когда самолет загорелся, спасся на парашюте. Число атак по сбитому самолету: в десяти случаях - 1, в трех случаях - 2, в трех случаях - 3, в одном случае - 4 и в одном случае - 6. Показательно, что из 18-й воздушных боев в двух боях было равенство сил, в десяти - противник имел двойное, в одном - тройное и в одном - четырехкратное превосходство сил.
В воздушных боях с FW-190A самолет Як-9У показал полное превосходство. Он легко догонял FW-190A как в горизонтальном полете, так и на наборе высоты и пикировании. Превосходство особенно проявлялось при ведении боя на вертикалях. Командир 1 аэ (авиаэскадрильи) старший лейтенант Харченко в трех воздушных боях лично сбил четыре FW-190A. Лейтенант Петров в трех воздушных боях сбил пять самолетов противника, в том числе четыре FW-190A и один Me-109G-2. Лейтенант Капустин в бою один дрался против двух FW-190А и обоих сбил.
Командир и летно-технический состав полка дали Як-9У ВК-107А отличные летную и эксплуатационную оценки. Они, в частности, отмечали, что освоение самолета трудностей не представляет и вполне доступно для молодых летчиков и техников средней квалификации, ранее работавших на самолетах "Як" с двигателем М-105ПФ. По технике пилотирования самолет особых отличий от своих предшественников не имеет. В воздухе прост и устойчив на всех режимах полета, обладает хорошей горизонтальной и, особенно, вертикальной маневренностью. Hа посадке прощает грубые ошибки: высокое выравнивание, "козлы" и снос. Исключительно надежен и прост в эксплуатации: подготовка к боевому вылету при работе механика и моториста занимает, включая и предполетный осмотр, не больше 25...30 мин. Вооружение по числу огневых точек и боезапасу вполне достаточно и обеспечивает проведение эффективных воздушных боев с истребителями противника. За два месяца не было ни одного случая полного израсходования боекомплекта в воздушных боях. Противник уничтожался, как правило, с одной атаки одной - тремя очередями при небольшом расходе боеприпасов. Средний расход боеприпасов на один сбитый самолет: 20мм - 45 и 12,7 мм - 82.
Як-9У ВК-107А пользовался особой популярностью среди летного состава 42 гв. иап, 149 Краснознаменного иап и других строевых частей. Командиры полков и высшее командование говорили: "Самолет хорош!". Hе забыли проявить внимание к нему и наши враги. Заблудившийся и севший на нашей территории немецкий летчик заявил: "Hаше командование отдало приказ: с самолетами типа "Як", не имеющими мачты антенны, в бой не вступать"
