Полотняную обшивку фюзеляжа заменили 2-мм фанерной и установили сдвижную часть фонаря кабины летчика с устройством аварийного сброса, заимствованным с английского «Спитфайра».

Изменилась и бронезащита летчика. Бронеспинку толщиной 8,5 мм укоротили до плеч пилота, изменив форму изгиба в горизонтальной плоскости. Боковые края спинки, в отличие от прежних, на расстоянии 100–150 мм резко загнуты вперед, что обеспечивало лучшую защиту летчика в горизонтальной плоскости сзади.

Заголовник из прозрачной брони крепился в специальной металлической раме, которая, в свою очередь, крепилась к бронеспинке. Это позволило разгрузить прозрачную броню от напряжений, свойственных предыдущей конструкции.

С левой стороны пилота на борту расположили подлокотники толщиной 3,5–4 мм, длиной 500 мм и высотой 100 мм. Защита головы летчика спереди и сзади-сверху отсутствовала. В целом броня на самолете защищала пилота лишь от пуль калибра 6–8 мм.

Схема самолета Як-3

Усилили вооружение, введя дополнительный синхронный пулемет БС, а мотор-пушку МП-20 заменили облегченной ША-20М (110 патронов) того же калибра, но не проходившую государственных испытаний. Кольцевой прицел с мушкой заменили коллиматорным ПБП-1а.

Приемник связной радиостанции РСИ-4 вынесли из кабины, расположив за изголовьем летчика, кнопку «прием – передача» – на секторе газа. Антенна стала двухлучевой без мачты. Это лишь часть изменений, внедренных в машине, позволивших облегчить истребитель и усилить его огневую мощь.

6 октября 1943 года «Дублер» передали на государственные испытания. Ведущими по машине были инженер Г. А. Седов и летчик А. Г. Прошаков. В течение восьми дней (с 7 октября) военные испытатели выполнили 24 полета. Отзыв ведущего летчика-испытателя был столь восторжен, что его следует привести почти полностью:

«По расположению оборудования кабина самолета максимально приближается к стандартной, что создает большие удобства летчику. Установка автомата регулировки температуры воды освобождает внимание летчика и позволяет увеличить максимальную скорость , особенно при низкой температуре наружного воздуха.

Обзор из кабины во все стороны хороший, но козырек сферической формы несколько искажает видимые через него предметы…

На рулежке самолет прост: с застопоренным хвостовым колесом устойчиво рулит, даже при сильном боковом ветре. Установка полуавтоматического стопора костыля облегчает рулежку по сравнению с серийными самолетами «Як».

На взлете самолет аналогичен серийным самолетам «Як», но набирает скорость и отрывается быстрее. На разбеге имеется незначительная тенденция к развороту вправо, но легко парируется левой ногой… Траектория набора высоты круче, нежели у серийных самолетов.

В горизонтальном полете самолет устойчив: нагрузки на руль глубины легко снимаются триммером на всем диапазоне скоростей…

Самолет Як-1М «Дублер», так же как и опытный экземпляр , обладает превосходной горизонтальной и особенно вертикальной маневренностью; максимальная скорость значительно увеличилась по сравнению с серийными самолетами «Як».

Весь высший пилотаж самолет выполняет энергично и легко, с небольшими нагрузками на органы управления; на вираже устойчив. При скорости 360–380 км/ч время выполнения одинарного виража на высоте 1000 метров составляет 16–17 секунд. Перекладывание из виража в вираж легкое.

Подбитый Ме-109 на фоне Як-3 из полка «Нормандия – Неман»

Техника выполнения боевого разворота такая же, как на серийных самолетах «Як», но нагрузки на рули меньше. При скорости ввода 560 км/ч с начальной высоты 1000 метров и скорости вывода самолет выполняет боевой разворот за 20 секунд и набирает высоту 1250–1300 метров.

Переворот так же выполняется, как на серийных самолетах «Як». При скорости ввода 270 км/ч с начальной высоты 1500 метров самолет теряет 450–500 метров. Самолет выполняет фигуры высшего пилотажа в большом диапазоне скоростей. Например, петлю можно выполнять при начальной скорости от 450 до 550 км/ч, и набор высоты при этом составляет соответственно от 0 до 450 метров.

Наивыгоднейшая скорость планирования равна 220 км/ч. Траектория планирования и профиль посадки практически такие же, как у подобных самолетов «Як». На посадке самолет прост и не боится перетягивания ручки. На пробеге устойчив, тенденции к разворотам и рысканию не имеет. Тормозить на пробеге можно несколько энергичней, чем на Як-1, но при резком торможении самолет имеет тенденцию к поднятию хвоста».

Як-3, июнь 1943 года, район Курска. Старшина П.М. Романов за зарядкой оружия

Як-1М «Дублер» облетали командир 69-го Краснознаменного иап Герой Советского Союза подполковник Л. Л. Шестаков, летчики-испытатели Ю. А. Антипов, А. Г. Кубышкин, П. М. Стефановский и В. И. Хомяков. Все они в целом поддержали мнение ведущего летчика-испытателя. В итоге НИИ ВВС отметил заслугу ОКБ-115 в снижении веса самолета и усилении вооружения, а также в устранении большого количества дефектов, выявленных в ходе испытаний первого прототипа Як-1М. В заключение специалисты НИИ ВВС рекомендовали истребитель для запуска в серийное производство, при условии получения положительных результатов государственных испытаний мотора М-105ПФ с повышенным наддувом и пушки ША-20М.

Высокие летные данные и хорошее вооружение истребителя – это очень важно, но не менее важна для пилота и устойчивая двухсторонняя связь. На Як-1М «Дублер» стояла приемо-передающая радиостанция РСИ-4 с двухлучевой безмачтовой антенной. Мачта антенны создавала дополнительное аэродинамическое сопротивление, снижая скорость и дальность полета. Но погоня за высокими летными характеристиками обернулась значительным снижением дальности приема до 65 км вместо 100 км и передачи не более 40 км вместо 70–80 км. Тем самым ухудшалась возможность управления самолетами в воздухе и снижалась боевая эффективность истребителя.

В конце 1943 года начались заводские испытания унифицированного истребителя Як-9У с двигателем ВК-107А. Сравнение его с Як-1М «Дублер» с таким же вооружением показало, что время набора высоты 5000 метров у них одинаковое – 4,1 минуты, но меньше, чем у трехточечного Ме109Г-2 (Bf109G-2) и ФВ-190Ф-4 (FW190F-4) на 0,3 и 2,7 секунды соответственно. Отставал от «яка» на 0,7 секунды и Ла-7. Вираж на высоте 1000 метров Як-9 выполнял на 1,5–2,5 секунды, Ме-109Г-2 – на 4–4,5 секунды и ФВ-190Ф-4 – на 7 секунд (без применения крыльевых щитков) дольше. Правда, он имел преимущество перед Як1М «Дублер» в боевом развороте, поднимаясь на 100 метров выше, но Ме-109Г-2 и ФВ-190Ф-4 отставали на 50–200 метров и 550 метров соответственно. А вот в дальности на наивыгоднейшем режиме Як-1М «Дублер» проигрывал: Як-9У почти на 70 км, Ла-7 – на 5 км, ФВ-190Ф-4 – на 168 км. Правда, Ме-109Г-2 по этому параметру уступал «яку» на 29 км.