Як-9ПД №01-29 был построен в составе войсковой серии из 5 самолетов с 1 по 20 апреля 1943 г.
Он представлял собой высотный истребитель-перехватчик с двигателем М-105ПД, снабженным двухступенчатым нагнетателем Э-100 В.А. Доллежаля, 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).
В конструктивном отношении это был обычный серийный Як-9Д, отличающийся 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 ГвИАП 6 ИАК ПВО с 16 апреля по 25 июня 1943 г.
На пяти Як-9 было произведено 69 полетов 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 потолок 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 №01-29 с М-105ПД взлетел подполковник Л.А. Шолохов - инспектор по технике пилотирования 6 ИАК ПВО Москвы. См. здесь .
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 ГвИАП: "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-3. 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-3 - 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 до 13000 м, использовав для этой цели один из самолетов ПВО. Самолет должен был иметь герметическую кабину летчика.
Модифицированный Як-9ПД №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/м2) 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/м2, т.е. на 22,2 кг/м2. 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.
Модифицированный Як-9ПД №01-29 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, ведущий 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 набор 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.
Источник
