Таким образом, кпд винтомоторной установки снизился еще больше, и поэтому И-153 с М-63 не показал существенных преимуществ перед И-153 с мотором М-62. Однако его серийное производство было продолжено. Внешне эта модификация отличалась от И-153 с М-62 тем, что масло-радиатор перенесли вниз под капот, изменив расположение окон на лобовой части капота. С целью получения более высоких летных характеристик винтовому заводу выдали заказ на разработку для И-153 нового трехлопастного винта АВ-2 диаметром 2,6 м. Этот винт появился в декабре 1940 г., но И-153 с ним серийно уже не строился, так как производство истребителя прекращалось.
Первые экземпляры М-63 не отличались надежностью. На режиме максимальной мощности отдельные детали двигателя ломались. После ряда аварий самолетов, оснащенных М-63, эксплуатацию двигателя на некоторое время запретили. Потом было решено эксплуатировать моторы на режиме пониженной мощности, одновременно обязав завод № 19 в кратчайший срок устранить выявленные дефекты двигателя.
В январе 1941 г. завершились испытания серийного самолета И-153 № 6940 с мотором М-63 и винтом АВ-1 на режиме пониженной мощности, приняв предельно допустимыми вместо 2200 об/мин — 2100.
Практический потолок изменился незначительно (с 10 970 м до 10 540 м), время набора высоты 5000 м увеличилось с 6,2 до 6,5 мин, но максимальная скорость упала на 7-17 км/ч.
Приказ начальника ВВС предписывал эксплуатировать самолеты, оснащенные М-63, до особого указания только на режиме пониженной мощности. Естественно, что в результате этого летные характеристики И-153 с М-63 ухудшились, однако появилась возможность эксплуатировать истребитель, пока мотор не будет доработан. К марту 1941 г. необходимые изменения М-63 были внедрены в серийное производство. После замены моторов ограничения на эксплуатацию И-153 были сняты.
Возможность установки турбокомпрессоров на И-153 рассматривалась Н. Н. Поликарповым еще на этапе проектирования первого опытного экземпляра самолета. При этом широко использовался опыт оснащения турбокомпрессорами истребителей И-15, И-15бис. Летом 1939 г. на заводские испытания вышли И-153ТК №№ 6001, 6003, 6006, 6011 с турбокомпрессорами и двигателями М-25В и М-62. В них турбокомпрессоры располагались по бокам фюзеляжа на мотораме. Два воздухозаборника устанавливались на капоте сверху. С винтом фиксированного шага и М-25В истребитель достиг скорости 455 км/ч на высоте 8750 м.
Так как основные серии И-153 должны строиться с моторами М-62 и М-63, то в августе 1939 г. Н. Н. Поликарпову было предписано проработать запоздалый вопрос об оснащении этих модификаций И-153 турбокомпрессорами. Согласно заданию, И-153 с М-62ТК должен иметь следующие характеристики: развивать максимальную скорость на высоте 8500 м 510–520 км/ч, иметь дальность на 0,9 максимальной скорости в 500 км, практический потолок — 12 000 м. Вооружение должно состоять из четырех синхронных пулеметов ШКАС калибра 7,62 мм.
На испытаниях, проходивших в сентябре-октябре 1939 г., И-153 с М-62, винтом АВ-1 и турбокомпрессорами достиг максимальной скорости 426 км/ч на высоте 5000 м, 465 км/ч — на 9000 м и 477 км/ч — на 10 000 м. На другом экземпляре И-153ТК на испытаниях 7 октября 1939 г. полученные характеристики при взлетной массе 1860 кг были иными: максимальная скорость у земли — 367 км/ч, на высоте 10 300 м — 481 км/ч, время набора высоты 8500 м равнялось 8 мин 25 сек. Самолет был внедрен в серийное производство, хотя отмечались перегрев мотора, неустойчивая работа турбокомпрессоров. В 1940 г. ТК-1 оснастили 20 И-153 с М-62 и один с М-63.
Совершенствование мотоустановки продолжалось. Ее оперативно доработали с целью улучшить сопряжение турбокомпрессоров с конструкцией машины, устранив многие недостатки. Испытания И-153ТК № 6506 проходили с 15 мая по 28 октября 1940 г.
В отчете об испытаниях отмечалось, что поперечное сечение капота немного увеличилось, однако главным недостатком является понижение кпд винта АВ-1 с ростом высоты. Турбокомпрессоры ТК-1 работали хорошо и надежно.
Никаких практических рекомендаций по результатам испытаний не последовало, так как еще раньше, 30 августа 1940 г., Совет Труда и Обороны принял решение прекратить выпуск ТК-1, поскольку «И-153 и И-16 сходят с производства».
Для обеспечения работоспособности экипажа на больших высотах в 1939 г. в КБ Н. Н. Поликарпова были развернуты работы по оснащению высотных вариантов И-153 гермокабинами. Летом 1939 г. проходил испытания «высотный» вариант И-153В № 6028 с М-62 и гермокабиной А. Я. Щербакова. Кабина сделана сварной из алюминиевого сплава. Полукруглая крышка фонаря откидывалась назад и удобно пряталась в заголовник. Герметизация крышки достигалась прижимом ее кромки к резиновой окантовке корпуса кабины. Передняя часть фонаря имела выступ с плоским стеклом для размещения прицела. Система воздухоснабжения — регенерационная. Вес кабины составлял 45 к г. Этот вариант предназначался для отработки элементов конструкции высотного самолета. Испытания проходили в июне 1940 г. Летал В. П. Федоров. В материалах по результатам госиспытаний говорилось: «…Представленный на госиспытание самолет И-153 с гермокабиной конструкции тов. Щербакова госиспытание выдержал… Для получения опыта эксплуатации в войсках истребителей с герметической кабиной признать целесообразным заказать за счет плана 1940 г. 20–30 самолетов И-153 с герметической кабиной по испытанному образцу». Но серийная постройка по разным причинам не состоялась.
26 марта 1939 г. Н. Н. Поликарпов и ведущий инженер В. И. Тарасов подписали пояснительную записку к проекту еще одного высотного истребителя И-153В с мотором М-63, оснащенного гермокабиной конструкции Н. Н. Поликарпова и турбокомпрессорами (И-153В ТК, ГК). Взлетный вес составлял 1918 к г. Максимальная скорость на высоте 9000 м — 503 км/ч. Высоту 9000 м самолет мог набрать за 10–12 мин.
Представители Института авиационной медицины ВВС РККА, ознакомившись с макетом кабины, выразили о ней следующее мнение:
«1. Принцип решения конструкции кабины прост и целесообразен.
2. Расположение внутри кабины всех приборов управления и контроля жизненных условий весьма целесообразно».
Постройка завершилась в начале 1940 г. Для увеличения тяги на больших высотах на самолет поставили трехлопастный винт АВ-2. Вооружение И-153В ТК ГК состояло из 4 синхронных пулеметов ШКАС. Словом, это был полноценный высотный истребитель. Испытания проходили в мае-сентябре 1940 г. Решения о запуске в серийное производство не последовало: уже рассматривался вопрос о прекращении серийного выпуска самолета.
Другим направлением совершенствования истребителя И-153 являлось повышение мощи вооружения. Необходимость этого в полной мере выявилась после анализа опыта боев в Испании, где итальянцы широко применяли истребители CR-32, оснащенные пулеметами калибра 12,7 мм.
В СССР в 1932–1935 гг. проходил испытания первый отечественный 12,7 мм пулемет ШВАК (что означало: «Шпитальный, Владимиров авиационный крупнокалиберный»). Позже, в 1936 г., на его основе была разработана первая отечественная авиационная 20-мм пушка ШВАК. Основные трудности возникли при использовании ШВАК в синхронном варианте. Преодолены они были только в 1939 г. Поэтому 5 августа 1938 г. правительство поставило перед конструкторами-оружейниками задачу создания 12,7-мм крупнокалиберного синхронного пулемета. К началу 1939 г. появились первые образцы пулеметов, спроектированных Таубиным, Селищевым, Березиным.
