В ходе испытаний выполнили 49 полетов и 159 сбросов труб. За один вылет Як-24 укладывал нитку трубопровода длиной 528 метров. Государственные испытания трубоукладчика завершились 31 марта 1958 года. Ведущими по испытаниям были инженер С. Х. Атабекян и летчик-испытатель К. Д. Таюрский.

Испытания показали практическую пригодность Як-24 для этих целей, причем в вариант трубоукладчика можно было переоборудовать любой серийный вертолет. Автоматическая раскладка труб осуществлялась с высот от 8 до 40 метров.

После испытаний вертолет возвратили на завод и переоборудовали в топливозаправщик (тема «Луч»). Для этого в грузовой кабине разместили три 1060-литровых бака, или до десяти 200-литровых бочек, или 99 двадцатилитровых канистр. Заправка до четырех объектов боевой техники могла проводиться как с посадкой через четыре горловины, так и на режиме висения с помощью одного рукава. Государственные испытания (ведущие – инженер А. М. Загордан и летчик-испытатель К. Д. Таюрский), проведенные с 24 мая по 26 июня 1958 года, показали, что запас прочности вертолета оказался недостаточным для выполнения подобных операций, и вопрос о принятии на вооружение как топливозаправщика, так и трубоукладчика должен был решиться после завершения войсковых испытаний Як-24.

28 декабря 1957 года начались заводские испытания, а в октябре следующего года завершились государственные испытания модифицированного Як-24У (уширенного), переделанного из серийного (заводской № 2720104) в соответствии с указаниями заместителя председателя Госплана СССР М. В. Хруничева. Как следует из названия, вертолет отличался от своего предшественника прежде всего увеличенной на 400 мм шириной грузовой кабины. Это сделали для расширения номенклатуры перевозимой военной техники, включая самоходную артиллерийскую установку АСУ-57. Количество раненых и больных, перевозимых на Як-24У, возросло до 18 человек, не считая медицинского персонала.

Як-24 в варианте трубоукладчика

Экипаж, как и прежде, состоял из трех человек, но вместо стрелка-радиста в его состав ввели борттехника, выполнявшего обязанности стрелка. В отличие от предшественника, наводка оружия на цель производилась стрелком из положения сидя с сиденья, расположенного посередине кабины летчиков, впереди и ниже их кресел. При этом сиденье стрелка (борттехника) с механизмом аварийного покидания вертолета вниз размещалось в отсеке радиооборудования и могло перемещаться по салазкам вдоль кабины.

На этой машине вновь установили несущие винты диаметром 21 метр (перекрытие 4,5 метра) и увеличили углы их наклона до 2,5 градуса переднего вправо, а заднего влево. Тогда же главный конструктор Як-24 Эрлих пообещал заменить на всех серийных вертолетах лопасти несущих винтов новыми. Но произошло ли это, установить не удалось.

Оперение осталось двухкилевым, но стабилизатор стал без поперечного V. Площадь стабилизатора сократили с 9,62 м2 до 4 м2, а угол его установки возрос с нуля до +2 градусов. Площадь шайб осталась прежняя, но углы их установки увеличили с +3,5° до +5°. С киля сняли триммер, увеличили объем топливных баков и предусмотрели возможность наружной подвески грузов. При этом нормальная «коммерческая» нагрузка возросла до 3000 кг, а на внешней подвеске можно было перевозить до 3500 кг.

В систему управления ввели автоматы парирования АП-120М, предназначенные для создания искусственного демпфирования в каналах тангажа, крена и курса вертолета в полете, шасси оснастили противорезонансными амортизационными стойками. Диаметр колес шасси уменьшили с 750 мм до 700 мм.

В предварительных исследованиях машины участвовали летчики-испытатели НИИ ВВС Л. И. Бровцев и П. И. Шишов под руководством инженера А. М. Загордана. Государственные испытания, проведенные летчиками В. И. Кравченко и А. Г. Солодовниковым, проходили спокойно, без срывов и аварий. Лишь в одном полете вынуждены были сбросить на взлете пушку, закрепленную на внешней подвеске, которая в процессе выдерживания машины задела стволом землю – слишком тяжелая была.

Як-24 на прокладке газопровода Саратов—Ленинград

15 января 1959 года главный конструктор филиала ОКБ-115 И. А. Эрлих сообщал заместителю председателя Совета Министров СССР Д. Ф. Устинову: «На вертолете Як-24У, успешно прошедшем государственные испытания в октябре 1958 года, уже в настоящее время имеется возможность производить транспортировку по воздуху ракет ПВО…

Считаю необходимым в 1959 году оборудовать вертолеты Як-24У и Як-24 для перевозки ракет и провести эксплуатационные испытания».

Несмотря на пожелания военных, Як-24У так и остался в единственном экземпляре.

В декабре 1959 года завершились испытания Як-24 № 27206303, оснащенного опытной системой автоматической стабилизации, включающей автомат парирования АП-120М, автопилот АП-31 и механизм автотриммирования. АП-120М ранее проверили в НИИ ВВС на Як-24У. К концу 1959 года все серийные Як-24 оснастили автоматами АП-120М.

С 1956 по 1958 год завод № 272 выпустил 35 машин. В те годы Министерство обороны СССР желало иметь на вооружении вертолеты Ми-4, Як-24 и Ми-6 грузоподъемностью от полутора до восьми тонн. В 1960–1965 годы военным требовалось 250–300 машин Як-24У, но отечественные заводы были перегружены, и до их производства дело не дошло. В правительстве рассматривался вопрос о выпуске Як-24 в Чехословакии на заводе «Авиа», но принятие на вооружение Ми-6 с газотурбинными двигателями окончательно решило судьбу «летающего вагона».

Среди замыслов конструкторов был и противолодочный вариант Як-24. Большая грузоподъемность машины позволяла иметь на борту не только поисковое оборудование, способное обнаруживать субмарины в надводном и подводном положениях, но и противолодочное оружие, в частности самонаводящиеся торпеды ПЛАТ-1 и авиабомбы ПЛАБ-250–120 общим весом до 2000 кг.

Як-24 на реставрации Екатерининского дворца под Ленинградом

Як-24 пытались приспособить для траления морских мин, но из-за перегруженности ОКБ-115 эту работу с предприятия сняли.

Другая машина В-38, проектировавшаяся по аналогичной схеме, предназначалась для перевозки грузов весом 35–40 тонн. Но все усилия ОКБ были тщетны. Внедрение в серийное производство вертолета Ми-6 окончательно решило участь Як-24, эксплуатацию которого прекратили в начале 1960-х годов.

Особое место в истории «летающего вагона» занимают его пассажирские варианты. Первый из них – салонный Як-24К, предназначался для перевозки до восьми особо важных персон и создавался в соответствии с указанием ЦК КПСС и постановлением Ленинградского Совнархоза от 7 декабря 1959 года.