Спроектированные с дальним прицелом, воплотившие в себе последние достижения науки и техники, они оказались самыми «молодыми», а потому и сильными соперниками авиации врага. Конструкция поддавалась модернизации, переход к другим, более совершенным моделям шел прямо «с колес», без остановки налаженного серийного производства. Оценив сильные и слабые стороны наших истребителей, советские конструкторы взяли курс не на разработку совершенно новых образцов, а на последовательное модифицирование удачных машин, их оснащение более мощными двигателями, «вылизывание» оправдавших себя аэродинамических форм, включение в проверенные конструкции новых материалов, оборудования, оружия.
Занимаясь новым вариантом самолета, нельзя совершенствовать его вообще, добиваться повышения абсолютно всех характеристик машины. Конструктор вынужден опираться в своей работе на освоенную промышленностью технологию, пользоваться каталогом готовых изделий — унифицированными пневматиками шасси, крепежом, иными стандартными элементами. Не всегда стоит менять, скажем, пусть не самую совершенную, но доведенную гидросистему, которая не грозит внезапным отказом, как это может случиться с абсолютно новыми гидроцилиндрами, золотниками, аккумуляторами. Конечно, прежде чем оснастить какой-нибудь новинкой сотни и тысячи серийных машин, ее проверяют на стендах и в испытательных полетах, но главные испытания — на фронте. Поспеши конструктор, побуждаемый самыми лучшими намерениями,— ошибка будет стоить немалой крови, потери драгоценного времени на исправление опрометчивого решения.
Модифицирование самолета тесно связано с качествами вражеских машин того же назначения, или самолетов, с которыми истребителю предстоит бороться, с текущими условиями воздушной войны и действиями наземных войск, наконец, с долгосрочными планами командования. Конструктор обязан считаться также с производительными возможностями страны в тот или иной момент мировой войны. Лучшие пилоты-истребители добивались на ЛаГГах отличных боевых результатов — летчик К.Груздев уменьшал радиус виража своей машины, выпуская посадочные щитки на 10—15°. Тем не менее, маневренности и скороподъемности самолета явно недоставало в боях с Ме-109Е. К тому же серьезным недостатком обернулись и технологические достоинства ЛаГГ-3: его конструкция из дельтадревесины. Ведь смолы для пропитки дерева были импортными, а война затруднила доставку столь нужного материала. Возврат к обычной древесине утяжелил бы конструкцию и без того слишком тяжелую для 1050-сильного мотора М-105П. Более мощный, но пока «сырой» двигатель М-106 проходил еще стендовые испытания. Выпуск ЛаГГов собирались прекратить.
Положение с этой машиной требовало радикальных, но безошибочных переделок. С. А. Лавочкин нашел выход — в моторе воздушного охлаждения АШ-82 А. Швецова. Этот появившийся накануне войны двигатель не слишком привлекал конструкторов истребителей — их отпугивал большой «лоб» звездообразного мотора, высокое аэродинамическое сопротивление «звезды». Но двигателисты заметно уменьшили высоту цилиндров, диаметр мотора лишь ненамного превышал модель М-105П, зато мощность 1700 л. с. вместо 1050. Важное достоинство такого двигателя и его высокая живучесть в бою — пробоины не выводят из строя систему охлаждения. К тому же АШ-82 хорошо защищал пилота от обстрела спереди. В начале 1942 года в воздух поднялся опытный модифицированный ЛаГГ, летавший быстрее Ме-109 (1941) на 40—50 км/ч. Вдобавок Ла-5 — так называлась серийная машина — превосходил Ме-109Е по вооружению: две 20-мм пушки против одной такого же калибра и двух пулеметов у фашистского самолета.
Не следует думать, что успех предопределен, если переделка машины заключается всего лишь в замене одного двигателя другим. Конструкторские муки начинаются с пере тасовки чуть ли не всех сколько-нибудь весомых элементов истребителя: более тяжелый мотор нарушает центровку исходного самолета. Разбалансированная машина не сможет задрать нос при старте, а если и взлетит, вряд ли проделает даже простейшие фигуры пилотажа. Справившись с центровкой, Лавочкин уперся в другую проблему — перегрев двигателя. Он оказался столь сильным, что истребитель, сделавший всего несколько полетов, сняли с испытаний. Пришлось повозиться с носовой частью самолета, спрофилировать ее так, чтобы воздушный поток исправно обтекал каждый из ребристых цилиндров, унося излишки тепла. Тоже непростая задача, ибо система охлаждения не должна создавать большого аэродинамического сопротивления. Вообще «детских болезней» у будущего Ла-5 оказалось вдоволь. То у истребителя барахлили закрылки, то лопалась трубка маслосистемы, то в пилотской кабине начинало печь, будто ее нарочно подогревали. Тем не менее, стараниями лавочкинского КБ, представителей моторной фирмы А. Д. Швецова, летчиков-испытателей А. И. Никашина, А. П. Якимова и других истребитель довели, и он продемонстрировал в полетах расчетные характеристики. В считанные недели самолет подготовили к серийному производству и выпустили первые десять головных машин. Испытали — и опять проблема: максимальная скорость серийного образца на 40— 50 км/ч меньше, чем у опытного экземпляра. «Недостача» серьезная, а сроки, отпущенные ГКО, предельно сжаты — за две недели поставить на конвейер Ла-5 с данными, соответствующими опытному образцу. На лавочкинский завод командируется группа известных ученых. Их «диагноз»: недостаточная герметичность капота двигателя. Еще одна переделка, и с конвейера пошли Ла-5, не уступающие по своим характеристикам истребителю-прототипу.
В небе Сталинграда состоялось боевое крещение модифицированного ЛаГГа, чудесным образом превратившегося в скоростной, маневренный истребитель с мощным пушечным залпом. Летом 1943 года в боях на Орловско-Курской дуге участвовали уже Ла-5ФН, самолеты с форсированным двигателем, «выдававшим» уже 1850 л. с. вместо 1700 у АШ-82.Немцы запустили в производство Фокке-Вульф FW-190. Но и этот хорошо вооруженный и скоростной самолет оказался тяжелее Ла-5ФН, уступал ему в быстроходности и маневре и плохо «держал» снаряды советских авиапушек. Летные свойства лавочкинского самолета улучшились и от того, что тяжелые крыльевые лонжероны из древесины заменили металлическими — «дюралевый кризис» в промышленности уже миновал. Вес истребителя уменьшился. Конструкторы поработали и над управлением — они сделали Ла-5ФН менее «строгим» к ошибкам пилота, и это особенно оценили молодые летчики. Именно на Ла-5ФН в грандиозных сражениях 1943 года открыл счет своих боевых побед молодой летчик И. Кожедуб. Все 62 немецких самолета, сбитых им за время войны, были сожжены или взорваны огнем пушек «Лавочкина». С Ла-5ФН пилот пересел в кабину Ла-7, следующего варианта удачной машины. Поработав над аэродинамикой, конструктор заставил самолет, оснащенный все тем же швецовским мотором, летать со скоростью 680 км/ч. Огневую мощь Ла-7 составили три 20-мм пушки.
Готовя крупнейшие наступательные операции нашей армии 1943 года, советское командование потребовало от авиапромышленности истребителей с увеличенной дальностью полета. Им предстояло прикрывать наземные войска, сопровождать бомбардировщики и штурмовики. Як-9 появились на фронтах во второй половине 1942 года, а в октябре вместе с Ла-5 приняли участие в битве на Волге. На высотах от 4000 до 4800 м машина превосходила Me-109G-2 по скорости и маневренности. На 5 тыс. м Як-9 забирался за 4,9 мин. «Мессеру» для такого же подъема требовалось 5 мин. На полный вираж Як-9 уходило 19—20 с. Противник затрачивал на это 22—23 с. Замечательными боевыми свойствами Як-9, ведущий свое начало от предвоенного Як-1, обязан более совершенной аэродинамике и замене деревянных конструктивных элементов металлическими. Машину оснастили форсированным двигателем ВК-105ПФ. Продолжая заменять в Яках дерево на дюраль и сталь, КБ А. Яковлева облегчает конструкцию Як-9 и увеличивает внутренние свободные объемы фюзеляжа и крыла. Значит, истребитель можно снабдить увеличенным запасом топлива или оснастить мощным оружием. Як-9Д обладал дальностью полета 1400 км. Як-9 ДД — 2000 км. Одну из модификаций (Як-9Т, 1943 г.) оснастили 37-мм орудием НС-37. Позднее, в 1944 году, появился опытный вариант Як-9К, вооруженный 45-мм или 75-мм пушкой. Снаряд пробивал броню танков и боевых кораблей.
С другой стороны, КБ А. Яковлева задалось целью создать предельно легкую машину, наиболее подходящую для действий в тесном контакте с наземными войсками, завоевания господства в воздухе. Скорость, отличная скороподъемность и маневренность — вот важнейшие свойства такой машины. Взяв за основу Як-1, конструкторы заменили деревянные лонжероны крыла металлическими. Все мало-мальски весомые элементы самолета после скрупулезного анализа прочности были облегчены. Скорость удалось увеличить не за счет более мощного мотора, а благодаря уменьшению площади крыла, а следовательно, аэродинамического сопротивления несущей поверхности. Поработали конструкторы и над плавностью обводов самолета. Маслорадиатор перекочевал из-под фюзеляжа в крыло, водяной радиатор, насколько возможно, скрыли в центроплане, сделали убирающимся хвостовое колесо. Скорость новой машины — Як-3 — увеличилась на 70 км/ч по сравнению с Як-1. С мотором ВК-105ПФ Як-3 развивал скорость до 660 км/ч.
Дав фронту отличные истребители, Яковлев продолжал совершенствовать «базовые» модели. Як-3, например, оснастили в 1944 году форсированным двигателем ВК-107А (1500 л.с.). В порядке эксперимента на эту машину поставили даже 57-мм пушку. Стандартными же остались такие комбинации оружия: одна 20-мм пушка и один-два пулемета УБС или две 20-мм пушки. Скорость Як-3 ВК-107А достигала у земли 610 км/ч и 720 км/ч на высоте 5750 м. Потолок достигал 11 800 м. 5-километровую высоту истребитель набирал за 3,9 минуты, вираж совершал за 17 —18 секунд. В том же, 1944 году на Як-3 попытались поставить еще более форсированный двигатель ВК-108. Под пилотированием В. Л. Расторгуева истребитель показал рекордные характеристики: скорость 745 км/ч, близкая к предельной для поршневого самолета, и скороподъемность — 5000 м за 3,5 минуты. Из-за недоведенного мотора самолет в серию не пошел. Та же участь постигла и Як-3 с мотором воздушного охлаждения АШ-82 (1945). Хотя самолет и удался, необходимости в нем в конце войны уже не было.