Весной 1944 года в ОКБ-115 предприняли попытку создания на базе Як-3 высотного истребителя-перехватчика. Практически одновременно велись работы по установке на самолет двигателей М-105ПВ и М-105ПД. К сожалению, точно сказать, чем отличался М-105ПВ от варианта «ПФ», не могу, но, судя по отрывочным архивным данным, — лишь опытным нагнетателем с большим наддувом. Но после установки нагнетателя Э-100 В. А. Доллежаля он превратился в М-105ПД. Видимо, поэтому в названии двигателя и появилась буква Д.

Поскольку главной целью установки на Як-3 новых моторов было повышение их высотности, спроектировали новое крыло увеличенного на 0,6 метра размаха. Его площадь при этом возросла на 0,5 м2.

Опытный высотный перехватчик Як-3ПД.

Двигатель М-105ПВ установили на доработанный серийный Як-3 № 4419 (эталон 1945 г.) в сентябре 1944 года. Тогда же на самолете сократили вооружение, ограничившись одним орудием НС-23 (вес — 37 кг, вес снаряда — 0,2 кг, секундный залп — 1,85 кг, скорострельность — 550 выстрелов в минуту) с боезапасом 60 патронов. При этом машина полегчала по сравнению с предшественником на 7 кг, но ее центровка сместилась назад с 24,9 до 25,3 % средней аэродинамической хорды. Сначала на машине стоял опытный винт ВИШ-105ТЛ-2, впоследствии замененный серийным ВИШ-105СВ-01.

Заводские испытания (ведущие — инженер Н. И. Макеев и летчик В. Л. Расторгуев), проведенные с 29 сентября по 7 октября, преследовали одну цель — определение высотно-скоростных характеристик машины. Но из-за неустойчивой работы двигателя выполнили лишь шесть полетов, ограничившись снятием максимальных скоростей. При этом была достигнута скорость 656 км/ч на высоте 5525 метров.

В том же 1944 году велись работы по созданию высотного истребителя-перехватчика Як-3ПД с двигателем ВК-105ПД, оснащенным двухступенчатым нагнетателем. Технические предложения по машине подготовили в апреле 1944 года. Тогда самолет предлагалось вооружить тремя 20-мм пушками Березина с боекомплектом по 150 патронов на ствол. Но какое крыло запланировали на этой машине, документ умалчивает.

К тому времени было ясно, что с двигателем ВК-105ПД нужных результатов не добиться, но другого не было, а Як-3 получался почти на 200 кг легче, чем Як-9. Расчеты показали, что при полетном весе 2650 кг практический потолок Як-3ПД достигнет 12 900 метров. Но этого было недостаточно, поскольку еще постановлением ГКО от 12 июня 1943 года предписывалось промышленности создать самолет, способный подниматься на 13 000–14 000 метров. Что касается других параметров перехватчика, то максимальная скорость у земли оценивалась в 540 км/ч, на 5000 метрах — 656 км/ч, а на 10 800 метрах — 715 км/ч. Время набора высоты 10 000 метров — 10,8 минуты.

Рабочее проектирование самолета началось осенью 1944 года. В отличие от технического предложения, сделанного весной, на самолете увеличили на 0,5 м2 площадь крыла и изменили вооружение, оставив в его арсенале лишь одну пушку НС-23 с 60 патронами. В итоге машина должна была полегчать до 2580 кг, но расчетный потолок почему-то получился ниже — 12 500 метров, хотя максимальная скорость на высоте 10 800 метров осталась неизменной. В вариант Як-3ПД доработали серийный самолет № 3620, на котором установили двигатель ВК-105ПД с двухступенчатым нагнетателем Э-100 разработки ЦИАМ. При этом машина потяжелела до 2616 кг (запас горючего — 270 кг). Заводские испытания самолета начал летчик М. И. Иванов 5 февраля 1945 года. В тот день он проверил работу силовой установки с серийным винтом ВИШ-105СВ-02. Всасывающий патрубок двигателя находился под фюзеляжем перед туннелем водорадиатора (как на Як-9ПД), а двигатель для уменьшения температуры воздуха за нагнетателем был оборудован системой впрыска 50 %-ной спирто-водной смеси, располагавшейся между ступенями нагнетателя.

Перехватчик Як-3ПД.

Спустя две недели, 18 февраля, машину опробовали с винтом ВИШ-105ТЛ-2, при этом была достигнута высота 9000 метров, но из-за падения давления бензина до нуля полет пришлось прекратить.

На следующий день М. И. Иванов перегнал самолет в Летно-исследовательский институт для дальнейших испытаний и доводки, которая затянулась до 5 мая 1945 года.

Как следует из отчета ЛИИ, на самолете (ведущий инженер Е. Ф. Шварцбург) с опытным винтом ВИШ-105ТЛ-2 диаметром 3 метра с отшлифованными лопастями с 23 февраля по 3 мая летчик-испытатель С. Н. Анохин совершил 18 полетов. При этом ввиду появившейся стружки в масляном фильтре и отказа турбомуфты пришлось заменить двигатель.

На Як-3ПД практический потолок достиг 13 000 метров. Но на номинальном режиме работы двигателя при полностью открытых заслонках водо- и маслорадиаторов высота полета не превышала 10 000 метров.

Пока шли работы по Як-3ПД, мотор М-105ПВ на самолете № 4419 заменили на ВК-105ПД. Помимо этого, смонтировали створки перепуска воздуха из нагнетателя в атмосферу, предложенные летчиком-испытателем И. И. Шунейко, что исключило помпажные явления в компрессоре, и для улучшения работы системы охлаждения воды в ней установили сепаратор и диффузор конструкции ЛИИ. Одновременно улучшили герметизацию приборной доски пилота и подвижной части фонаря, восстановили лакокрасочное покрытие планера.

Летные исследования облагороженной машины начались в июне 1945 года. Доработки благоприятно сказались на ее летных характеристиках. Так, в полете 26 июня была достигнута скорость 710 км/ч на высоте 11 000 метров, а 6 июля — практический потолок 13 300 метров. В те годы под практическим потолком понималась высота полета, на которой вертикальная скорость самолета составляла 1,5 м/с. По свидетельству летчика, на высотах 11 000–12500 метров самолет допускал боевые развороты и виражи с необходимым углом крена.

В то же время в отчете ЛИИ отмечалось, что полеты на высоту, близкую к практическому потолку, с кислородной маской КПА-3бис требовали специальной высотной тренировки и соблюдения летчиком строгого режима.

Но Як-3ПД так и не стал самым высотным отечественным истребителем, поскольку за год до него на самолете И-222 ОКБ А. И. Микояна летчик А. И. Жуков достиг высоты 14 500 метров. Тем не менее полеты на Як-3ПД продолжались еще как минимум два года. В частности, к весне 1947 года в ЛИИ завершились исследования водо- и маслорадиаторов в высотных условиях.

Як-3РД с дополнительным двигателем РД-1.

Несмотря на многочисленные попытки в годы войны поднять потолок истребителей и превзойти 700-км рубеж скорости в отечественном самолетостроении провалились. Ставка на поршневые двигатели жидкостного охлаждения М-105ПД, ВК-107А и ВК-108 не увенчалась успехом. В то же время появление за рубежом самолетов с жидкостно-реактивными и газотурбинными двигателями вынуждало конструкторов искать альтернативные решения.