недостатки силовой установки, которые безуспешно пытались устранить заменой винта на ВИШ-105Л-2.
Одноступенчатые приводные центробежные нагнетатели имели простую конструкцию и хорошо работали до высот порядка 3-5 км, но с дальнейшим подъемом мощность мотора с таким наддувом быстро падала. Из-за этого потолок серийных Як-3 был ограничен отметкой 10500 м. Для достижения больших высот на заводе № 466 был разработан нагнетатель Э-100 с двумя центробежными ступенями, которые последовательно сжимали подаваемый в мотор воздух. Первая ступень приводилась во вращение тремя гидравлическими турбомуфтами и могла включаться и выключаться автоматически или вручную. Вращение от коленвала на вторую ступень передавала неотключаемая механическая передача. От взлета до первой расчетной высоты работала только вторая ступень нагнетателя на первой скорости привода в 9,72 раза большей частоты вращения вала мотора. Когда высота полета достигала 3400 м, включалась и первая ступень нагнетателя, а на высоте 6300 м переключались турбомуфты первой ступени, что замедляло падение мощности с дальнейшим подъемом самолета. Это была некая помесь системы наддува немецкого мотора DB 605ASCM и высотных модификаций английского Роллс-Ройс «Мерлин».
Мотор ВК-105ПД № 1012-43 с нагнетателем Э-100 и системой впрыска смеси спирта и воды поставили на Як-3ПД, и 23 февраля 1945 г. Анохин начал программу высотных полетов. Но двигатель вскоре вышел из строя, и его пришлось поменять. Потолок у этого «высотного» истребителя оказался ниже, чем у серийного Як-3 ВК-105ПФ2: самолет не мог нормально летать на высотах больше 9000 м, и 14 мая 1945 г. его испытания прекратили.
Двухступенчатые нагнетатели разных типов и другие экспериментальные устройства повышения высотности пытались ставить и на серийный мотор ВК-105ПФ взамен штатного ПЦН Такой гибрид получил обозначение ВК-105ПВ, экземпляр № 7327-43 с винтом ВИШ-105ТЛ-2 установили на самолет № 44-19 выпуска саратовского завода, который перед этим проходил контрольные испытания как эталон серийного Як-3 на 1945 г. Как и первая машина, самолет был обозначен Як-3ПД, хотя индекс модификации мотора был «ПВ» Все работы по силовой установке, переделке систем, замене штатного вооружения на одну пушку НС- 23 и удлинению крыла как у первого Як-3ПД, заняли всего 8 дней. Первый этап заводских испытаний (до высот 6500 м) проводил с 29 сентября по 7 октября летчик В.Л Расторгуев, при этом выполнили ряд доработок, например, вместо опытного высотного винта установили серийный ВИШ-105СВ-01 Но сам мотор N9 7327-43 работал ненадежно, и его заменили новым с заводским номером № 1006-43, оснащенным нагнетателем Э-100.
К тому времени это устройство получило важное усовершенствование: система перепуска избыточного воздуха в атмосферу исключила помпаж нагнетателя до высот 13000 м. Систему охлаждения воды улучшили, установив сепаратор пара, уплотнили сдвижную часть фонаря и крепление приборной доски к бортам, снизив перетекания воздуха, хотя кабина оставалась негерметичной. Самолет зашпатлевали, перекрасили и в июне 1945 г вновь выставили на испытания, которые провел экипаж ЛИИ в составе летчика Шунейко, ведущих инженеров Шварцбурга и Евдокимова. От ОКБ-115 испытания сопровождал инженер К.Н. Мкртчан. С полным боекомплектом к пушке (60 снарядов калибром 23 мм) 26 июня 1945 г. Шунейко на высоте 11000 м разогнался до скорости 710 км/ч, 6 июля поднялся на высоту 13300 м. Мотор работал лучше, чем предыдущие, но отсутствие гермокабины делало такие полеты трудными даже для специально тренированного летчика. Хотя ВК-105ПВ вполне можно было довести и принять на вооружение, но как высотные перехватчики лучше смотрелись истребители Микояна, например И-225. Это понимал и сам Яковлев, считая, что дело Як-3 – завоевание господства в воздухе у земли и на средних высотах, а для решения этой задачи единственным вариантом силовой установки был «трудный» М-107.
В январе 1943 г. завод № 26 сдал первые 10 серийных М-107А со взлетной мощностью 1650 л.с. и боевой 1550 л.с. на высоте 1200 м Им был назначен ресурс 50 часов, но ни один мотор этой партии не доработал свое: «сыпались» коренные подшипники коленвала, прорывались газы сквозь верхние уплотнения цилиндров. Из-за вибраций на экономическом режиме выше границы высотности при уборке и даче газа вода и масло в трубопроводах начинали пульсировать с такой силой, что трескались радиаторы Регулятор наддува работал нестабильно. Масло выбивалось через уплотнения редуктора и попадало на остекление кабины и в кожухи продувки выхлопных коллекторов, где могло загореться Хотя пока этот мотор, которому в 1944 г. присвоили обозначение ВК-107А, не устанавливался на серийных самолетах, его выпуск продолжался, шла и его доводка Наконец, начался серийный выпуск Як-9У с ВК-107А, и настал черед попробовать его и на Як-3, точнее – на Як-3П.
С него сняли мотор-пушку, оставив две синхронные Б-20С с запасом по 120 патронов. Под ВК-107А переделали мотораму, всасывающий патрубок карбюратора, выхлопной коллектор и установили новый винт ВИШ-107ЛО, рассчитанный на пониженную с 1800 до 1600 об/мин номинальную частоту вращения при большей тяге. Кроме того, увеличили запас топлива и масла, усилили шасси, переделали электросистему, антенну и т.п. В остальном самолет повторял серийный Як-3.
На заводе № 115 заложили два опытных Як-3 ВК- 107А. Постройку первой машины закончили 6-го, а второй – 22 января 1944 г. «Дублер» со всем вооружением и оборудованием Федрови облетал первым – 25 января он начал, а 29-го завершил заводские испытания. В НИИ ВВС машину приняли Антипов и Прошаков и отлетали программу к 15 мая. После устранения дефектов полеты продолжили 13 июня, а к концу Госиспытаний 29 августа его общий налет превысил 25 ч. Но за это время пришлось пять раз ремонтировать после отказов или вовсе менять мотор, еще три ремонта были связаны с другими системами. 6 апреля на облете после замены мотора (новый ВК-107А № 347-76 успел наработать на земле только 1 ч 20 мин) на 40 -й минуте полета двигатель отказал. Антипов сел на вынужденную, машина попала в ремонт.
Из-за постоянных отказов ВК-107А машину № 1 Федрови поднял только 15 апреля 1944 г. В том же месяце начались поставки в войска серийных Як-9У ВК-107А, и, хотя Климов предусмотрительно урезал его ресурс до 25 ч, с фронта пошли рекламации. До 20 ноября на Як-3 № 1 сменили три ВК-107А, но не смогли налетать и 15 ч, даже снять летные характеристики не вышло, причем трудности были связаны не только с мотором. Например, когда в наборе высоты ВК-107А еще «тянул», из-за низкого давления наддува баков возникала кавитация в бензонасосах. Вода в системе охлаждения летом перегревалась, трубопроводы и радиаторы текли. Уплотнения амортстоек шасси «травили». Самолет имел еще большую склонность к капотированию, чем другие отнюдь не благополучные в этом отношении истребители Яковлева. Прочность фюзеляжа по расчетному случаю В (полет с максимальным скоростным напором с перегрузкой, составляющей 67% от максимальной эксплуатационной) была лишь 80% от требуемой, а горизонтального оперения – 90%.
Часть дефектов самолета и мотора удалось устранить, и на втором этапе заводских испытаний невооруженный Як-3 ВК-107А показал отличные данные – скорость на высоте 5750 м достигла 720 км/ч, а 5000 м он набирал за 3,9 минуты. Самолет имел существенные преимущества перед всеми отечественными и зарубежными истребителями в выполнении боевого разворота. Потолок после переделки системы дренажа и наддува баков достиг 11800 м – как у лучших американских и английских перехватчиков. При этом время выполнения виража осталось, как у серийного Як-3: 17-18 с на высоте 1 км и 24 с – на 5 километрах. Ухудшение взлетно-посадочных характеристик сочли несущественным.
Тон отчета НИИ ВВС местами был просто восторженным, но категорическим условием приемки Як-3 ВК-107А на вооружение было устранение дефектов, влияющих на безопасность полетов. Прежде всего, это касалось винтомоторной группы. Хотя ОКБ-115 отрапортовало, что перегрев воды и масла летом исключен, но сделано это было за счет полного открытия створок радиаторов, что снижало максимальную скорость на 24 км/ч. Еще большей проблемой оставалась прочность, причем не только статическая всего самолета в целом, но и крепления обшивки к каркасу.
Тем не менее, по результатам испытаний этих самолетов 29 декабря 1944 г. вышло Постановление ГКО № 7223, которое обязывало завод № 31 выпустить 75 «троек» с ВК-107А и дюралевым крылом Приказ по НКАП № 716сс «О производстве самолетов Як-3 ВК-107А с металлическим крылом» устанавливал срок
