После успешных боевых действий на И-153 в Монголии производство машин было резко увеличено. Однако развертывание в середине 1939 г. массового производства истребителей «Мессершмитт-109Е», появление у японцев в конце 1939 г. первых серийных экземпляров А6М «Zero», Ki-43, успешное испытание новых американских и английских истребителей переводило И-153 в разряд устаревших машин. Серийный выпуск самолета запоздал по не зависящим от Поликарпова причинам почти на год. Тем не менее производство И -153 продолжалось и в 1940 г.
По инициативе Н. Н. Поликарпова на заводе № 1 был создан ему подчинявшийся специальный конструкторский отдел, занимавшийся совершенствованием истребителя И-153 и разработкой новых модификаций.
Для того чтобы иметь правильное представление о взглядах Николая Николаевича на перспективы развития авиации, в том числе на роль и место маневренных истребителей, опять вернемся на пару лет назад. В конце 1937 г. ВВС выдали авиапромышленности перспективный пятилетний план развития опытного самолетостроения. С. В. Ильюшин, вступивший в должность начальника главка, попросил Н. Н. Поликарпова оценить достоверность заявляемых в плане характеристик, в том числе и в отношении предполагаемых заданий КБ Н. Н. Поликарпова. В своем ответном письме начальнику 1-го Главного управления НКОП С. В. Ильюшину от 16 января 1938 г. Николай Николаевич писал:
«…Одноместный маневренный истребитель (даже при условии уборки шасси) будет иметь скорости гораздо более низкие, чем требуемые ВВС, а именно: при моторе М-62 — 425/4250, при моторе М-88 — 470/4200 вместо требуемых 500/3000 и 550/5000. Дальность пути, нормальная для этого же истребителя, может быть дана равной только в 550–600 км при 0,7–0,75 Vmax…
Постройку такого самолета считаем излишней, ибо мы такой самолет строим в КБ на заводе № 1».
Таким образом, Поликарпов еще в конце 1937 г. достаточно четко представлял перспективу развития маневренных истребителей, и иллюзий на этот счет у него не было. Однако он всегда полагал, что пока самолет строится серийно, долг конструктора состоит в том, чтобы разработкой модификаций постоянно совершенствовать машину.
Под его руководством КБ на заводе № 1 вело работы над И-153 в направлении усиления вооружения, установки гермокабин, более совершенного оборудования, повышения мощности винтомоторных установок.
Летом 1939 г. прошел летные испытания истребитель И-153 с мотором М-62, оснащенный винтом АВ-1 изменяемого в полете шага. Скорость на высотах до 3500 м повысилась на 2–5 км/ч по сравнению с И-153 с винтом фиксированного шага, время набора высоты 5000 м уменьшилось с 6,7 до 5,3 мин, возрос потолок с 9800 м до 11000 м. Однако на высотах более 3500 м, в том числе на расчетной высоте 4600 м, максимальная скорость падала.
Например, на расчетной высоте 4600 м И-153 № 6566 с винтом АВ-1 развивал максимальную скорость 429 км/ч, в то время как И-153 № 6019 с винтом фиксированного шага — 443 км/ч. Причиной являлось несоответствие винта АВ-1 самолету И-153 с мотором М-62, т. е. низкое кпд винта. Для мотора требовался редуктор. Параллельно испытывалась и машина с винтом ВВ-1. Результаты испытаний были сходными. Но винт ВВ-1 оказался менее надежным. Ввиду повышения скороподъемности и потолка И-153 с АВ-1 был запущен в серийное производство. Других подходящих винтов изменяемого в полете шага наша авиапромышленность не выпускала. Серийные машины с АВ-1 отличались от машин с винтом фиксированного шага менее объемным коком, закрывавшим только втулку. Впрочем, в частях часто летали без коков.
Предпринимались попытки по улучшению аэродинамики и эксплуатационных характеристик машины. 26 марта 1940 г. завершилась постройка И-153 с мотором М-62 и деревянным фюзеляжем вместо ферменного (И-153 УД-1). После испытаний фюзеляжа на прочность с 30 сентября начались заводские испытания. Они продолжались до 5 октября 1940 г. Всего на самолете выполнено 9 полетов с общим налетом 6 часов. Истребитель достиг максимальной скорости у земли 361 км/ч, а на высоте 4800 м — 422 км/ч. Время набора высоты 5000 м составляло 6 мин. В отчете об испытаниях написано:
«Уменьшение максимальной скорости можно объяснить тем, что мотор М-62 за № 1609, поставленный на У.Д., дал при контрольных испытаниях на моторном заводе номинальную мощность 840 л.с. при п = 2120 об/мин… вместо положенной мощности на верхнем пределе 857–860 л.с., т. е. недодает 17–20 л.с.».
Для проверки прочности фюзеляжа в ходе испытаний было выполнено 560 фигур высшего пилотажа с нормальной перегрузкой, доходившей до 7 единиц. При этом никаких дефектов и нарушения прочности хвостовой части фюзеляжа не обнаружено.
По результатам испытаний было принято следующее решение:
«Считать, что хвостовая часть фюзеляжа, выклеенная из шпона, испытание выдержала… Самолет после окраски передать для эксплуатации ВВС КА».
Работы по установке нового мотора воздушного охлаждения М-63 мощностью 930/1100 л.с., представлявшего собой форсированный вариант мотора М-62, начались в начале 1939 г., когда были выполнены первые расчеты и сделаны первые наброски чертежей мотоустановки. М-63 тогда еще только проходил стендовые испытания. В августе 1939 г. нарком авиапромышленности М. М. Каганович предписал Н. Н. Поликарпову развернуть работы по проектированию И-153 с мотором М-63, а директору завода № 1 Воронину готовить производство к серийной постройке истребителя. При этом он подтвердил требуемые ВВС летные характеристики И-153 с М-63 (во многом нереальные): максимальная скорость полета на высоте 5000 м — 485 км/ч, нормальная дальность на 0,9 максимальной скорости — 600 км, практический потолок — 10 000 м.
В октябре 1939 г. самолет прошел заводские испытания и был запущен в серийное производство. До конца 1939 г. завод успел построить 13 истребителей с этим мотором. Удалось добиться снижения запаздывания при выводе самолета из штопора до 1,75-2 витков. В марте 1940 г. завершились государственные испытания головного серийного самолета И-153 № 6540 с М-63 и винтом изменяемого в полете шага АВ-1 диаметром 2,7 м.
На лыжах при полетном весе 1887 кг получены следующие летные данные: скорость максимальная у земли — 370 км/ч, на границе высотности Н = 5180 м — 431 км/ч, время подъема на 5000 м — 5,1 мин, практический потолок — 10 600 м, время подъема на практический потолок — 24,5 мин.
В отчете по испытаниям сказано:
«Причинами незначительного увеличения максимальной горизонтальной скорости самолета до границы высотности и даже некоторое снижение их на больших высотах являются:
а) несоответствие винта АВ-1Д =2, 7 м и В = 250 мм самолету И-153 с мотором М-63.
Доказательством этого положения является тот факт, что в полете при постоянном Рк = 920 мм рт. ст. при Н = 3200 м максимальная скорость при п = 2100 об/мин выше на 3 км/ч максимальной скорости самолета при п = 2200 об/мин и 2000 об/мин (последние равны между собой).
б) переобогащение рабочей смеси питания мотора в полете на высотах выше границы высотности… за счет недоработанности АК [авиационного карбюратора. — Прим. авт.] для мотора М-63 (не подобран профиль иглы АК)…».
