Несмотря на то, что Як-3 имел большую предысторию в виде Як-1, в конструкции самолета сохранялись отдельные недостатки, требовавшие устранения. Требовалось усилить стойки главного шасси, которые часто подламывались. Пришлось усилить переднюю кромку крыльев и увеличить поверхность склеивания листов обшивки к нервюрам, чтобы избежать срыва обшивки при скоростях более 700 км/ч. Радикально решить проблему срыва обшивки удалось лишь заменив перкаль фанерой. Двигатель ПФ2 требовал еще более мощного охлаждения, поэтому заслонки водяного радиатора отодвинули с 385 мм до 410 мм, а маслорадиатора — с 225 до 260 мм. Аэродинамику самолета облагородили за счет сопряжения крыло-фюзеляж, обтекаемой формы лобового стекла и обтекателя втулки. Дополнительных результатов удалось добиться и за счет герметизации фюзеляжа. К сожалению, серийные машины уступали прототипу. Максимальная скорость была меньше на 10–20 км/ч, время набора 5000 м возросло на полминуты. Сильнее всего пострадала дальность полета: у серийных машин она была на 160–260 км меньше, чем у прототипа. Причиной этого было уменьшение запаса топлива и рост массы.
Як-3 с тактическим номером «24» желтого цвета, Хайлигенбайль, Восточная Пруссия, май 1945 года. Подобным образом обозначались только машины 2-й эскадрильи полка «Нормандия-Пеман».
Ремонт самолета Як-3, принадлежавшего Рожеру Соважу, Виттенберг, Восточная Пруссия, весна 1945 года. Небольшие балочные кресты за кабиной обозначают воздушные победы. Советские пилоты крестами воздушные победы никогда не обозначали.
На серийный самолет ставили старую испытанную пушку ШВАК. Поскольку ее масса была больше, число пулеметов УБС сократили до одного. С таким вооружением выпустили первых 197 Як-3. Один пулемет УБС устанавливали на левом борту. Потом, когда удалось поднять качество серийных самолетов и сократить его массу, на 4004 следующих истребителях установили 20-мм пушку ШВАК (120 выстрелов) и два УБС (150 патронов на ствол). По-прежнему не удавалось наладить производство достаточного количества радиостанций так, чтобы каждый самолет оснащался приемником и передатчиком. Все самолеты оборудовались приемниками, а передатчики имелись лишь на каждой второй машине.
Как и у Як-1, у Як-3 все недостатки постепенно устранялись в ходе серийного производства. С октября 1944 года серийные Як-3 по характеристикам вышли на уровень «дублера».
Оставалось провести войсковые испытания с целью найти наилучшие способы применения самолета, а также сравнить его возможности с возможностями самолетов врага. Испытания проводили в 91-м ИАП, который входил в состав 2-й воздушной армии. Проходили они в районе Львова в период с 20 июня по 2 августа 1944 года. Полк был сильной частью, имевшей гвардейский штат машин — 41 Як-3. Более половины пилотов полка были опытными летчиками. В ходе испытаний имели место три воздушные битвы, в которых истребители сбили три Ju 87, четырнадцать Bf 109 и шесть Fw 190А. Немцам удалось сбить только два Яка, еще три самолета стали жертвой немецкой зенитной артиллерии. Однако все пилоты смогли дотянуть до своей территории. То есть, полк терял всего один самолет на 19 боевых вылетов, что даже предвзятые западные историки считают хорошим результатом. Новый Як лучше всего подходил для борьбы с истребителями противника. Из-за небольшого радиуса действия самолет не целесообразно было использовать для прикрытия поля боя, патрулирования и сопровождения бомбардировщиков — среднее время полета составляло 45 минут (при этом в баках оставалось 20 % топлива).
Военные также подтвердили, что шасси самолета следует усилить, поскольку отмечались случаи подлома стоек во время взлета и посадки самолета.
В небольших количествах выпускались специализированные модификации самолета Як-3.
Под обозначением Як-3К в войска поступала самолеты, вооруженные 45-мм пушкой НС-П-45мм системы А. Нудельмана и А. Суранова. В задачу Як-3К входила борьба с наземными целями, в том числе с танками «Тигр» и «Пантера». Однако более удачным оказался самолет Як-9К, имевший то же вооружение.
Вооружение
Як-3ПД
Модификация появилась в апреле 1944 года. Это был высотный истребитель, оснащенный двигателем ВК-105ПД с двухступенчатым наддувом. Расчеты показали возможность достигнуть потолка 12900 метров. На высоте 5000 метров максимальная скорость составляла бы 656 км/ч, высоту 10000 метров самолет набирал бы за 10,8 минут. Практические характеристики оказались немного хуже расчетных. В январе высотный двигатель установили на планере Як-3 (36–20). В феврале провели два пробных полета. Удалось достичь высоты лишь 9000 метров, после чего давление топлива упало до нуля. 19 февраля 1945 года самолет передали в ЛИИ. Тут он получил новый двигатель с наддувом Э-100, а испытания продолжались до 5 мая 1945 года. Кроме того, самолет получил новое вооружение, состоявшее из пушки НС-23 (60 выстрелов). Размах крыльев увеличили на 60 см. двигатель вращал винт ВИШ-105Л-2 диаметром 3 метра. Хотя самолет имел потолок 11500 метров, на практике лететь горизонтально на высотах более 10000 метров истребитель не мог из-за перегрева двигателя.
Работы по созданию высотной модификации Яка-3 велись и на базе машины 44–19, выпущенной на заводе № 292. Истребитель оснастили двигателем М-105ПВ и винтом ВИШ-105ТЛ-2, в конструкцию самолета внесли ряд других изменений. Заводские испытания продолжались с 29 сентября по 7 октября 1944 года. На них не ставилось целью достичь максимального потолка, а шло исследование работы двигателя и измерение скорости полета на разных высотах. Кроме того, аналогичные испытания проводились со стандартным винтом ВИШ-105СВ-01. Двигатель работал неустойчиво, поэтому и эту машину отправили в ЛИИ.
Тут на машину установили новый двигатель ВК-105ПВ с наддувом Э-100, а также внесли в конструкцию машины ряд других изменений. В результате самолет смог подняться на высоту 13300 метров. Возросла и скорость самолета — на 11000 метрах истребитель развил 710 км/ч. Вооружение состояло из пушки НС-23 (60 выстрелов), взлетная масса 2625 кг.
Несмотря на обнадеживающие результаты Як-3ПД с двигателем ВК-105ПВ в серию не пошел, хотя испытания его продолжались до 1947 года.
Як-3П с ВК-105ПФ2
Это была довольно многочисленная модификация самолета, оснащенного тремя пушками («П» — пушечный). КБ Яковлева получило задание разработать такой самолет 29 декабря 1944 года. Два прототипа должны были быть готовы к испытаниям в январе следующего года, с тем, чтобы с февраля начать серийное производство. Предполагалось, что трех пушек будет достаточно против получившего солидную броню Fw 190. Между блоками цилиндров установили пушку Б-20М с боекомплектом 120 выстрелов, а над двигателем две пушки Б-2 °C с боекомплектом 130 выстрелов на ствол. Масса вооружения оказалась на 11 кг меньше, чем у серийного Як-3. Испытания показали, что летные характеристики самолета не изменились, пилотирование не усложнилось, а отдача пушек не сбивала наводку. После завершения государственных испытаний, продолжавшихся с 23 марта по 9 апреля 1945 года, Як-3П направили в серийное производство. Заводы в Саратове и Тбилиси до середины 1946 года выпустили 596 машин этого типа, причем с 1 августа 1945 года заводы выпускали только пушечную модификацию истребителя.
Хвостовое колесо