Элероны, как и рули, имели металлическую конструкцию с полотняной обшивкой. Крыло снабжалось щитком, отклонявшимся на посадке на 50 градусов. По рассказам бывалых пилотов, щиток иногда использовался в воздушном бою, хотя это и не предусматривалось инструкциями. Небольшое отклонение щитка приводило к росту коэффициента подъемной силы крыла и соответственно сокращало радиус маневра.
Киль и стабилизатор Як-9 имели цельнометаллическую дюралевую конструкцию, фюзеляж - стальную ферменную. Хвостовая часть фюзеляжа обтягивалась полотном, носовая закрывалась большими легкосъемными крышками-капотами, обеспечивавшими при необходимости хороший доступ к элементам оборудования, расположенным в фюзеляже. За кабиной пилота на Як-9 от бывшей второй кабины Як-7 остался большой свободный отсек, который обычно использовался для перевозки механика и наземного оборудования при перебазировании.
Силовая установка Як-9 состояла из 12-цилиндрового V-образного двигателя воздушного охлаждения М-105ПФ с трехлопастным металлическим воздушным винтом ВИШ-105СВ автоматически изменяемого шага. В комплект вооружения истребителя входила пушка ШВАК калибра 20 мм, стрелявшая через полый вал воздушного винта, и синхронный пулемет УБ калибра 12,7 мм, расположенный над двигателем.
Первые серийные Як-9 приняли участие в сражении под Сталинградом. Машина, ничем не отличавшаяся по технике пилотирования от Як-7, быстро осваивалась летным составом. Пилоты Як-9 часто проявляли чудеса героизма и воинского мастерства в воздушных боях с немецкими «мессершмиттами» и «фокке-вульфами».
Развивая боевые возможности Як-9, конструкторы в годы войны разработали множество вариантов и модификаций этого самолета, причем некоторые из них были наделены качествами, вовсе не свойственными истребителю. Так, весной 1944 г. был выпущен… фронтовой бомбардировщик Як-9Б. На этом самолете в закабинном отсеке удалось вертикально разместить четыре 100-кг бомбы. Под обозначением Як-9Б машина строилась серийно и использовалась для уничтожения наземной техники и войск противника. Иногда в бомбоотсеке размещался контейнер с мелкими противотанковыми бомбами.
Як-9Р (01-04, 1942 г.)
Передобычными бомбардировщиками и штурмовиками Як-9Б имел одно очень важное преимущество: освободившись от бомбового груза, он вновь превращался в грозный истребитель Як-9.
Для закабинного отсека Як-9 нашли и другие варианты использования: разместив в нем аэрофотоаппарат АФА-И, самолет превратили в разведчик Як-9Р, выпускавшийся серийно с 1944 г. Без особого труда в закабинном отсеке восстановили вторую кабину со спаренным управлением, подобно учебному Як-7, превратив Як-9 в вывозной вариант Як-9В. Когда из задней кабины убрали второе управление, получился совсем необычный для истребителя вариант, названный «Курьер». Этот самолет предназначался для скоростных перелетов представителей командного состава армии.
Но главной заботой конструкторского коллектива оставалось повышение боевых качеств истребителя и, в первую очередь, усиление его вооружения. Последовательным развитием концепции пушечного истребителя стали Як-9У и Як-9П с мотором М-105ПФ. На Як-9У устанавливались две пушки калибра 20 мм. Як-9П отличался тем, что на нем вместо синхронного пулемета УБ устанавливалась пушка ШВАК калибра 20 мм. В 1945 г. появился Як-9С с одной 23-мм мотор-пушкой и двумя синхронными по 20 мм. Одновременно с таким же составом вооружения проходил испытания и Як-9У (о нем см. ниже), оснащенный уже мотором ВК-107А в 1650 л. с. Все эти истребители остались в опытных образцах, а серийно выпускался Як-9Т, отличавшийся от стандартного Як-9 пушкой калибра 37 мм и сдвинутой назад на 400 мм кабиной пилота, что было сделано для более удобного размещения орудия и сохранения приемлемой «центровки». Взлетный вес Як-9Т составлял 3060 кг, т. е. примерно на 200 кг больше, чем у Як-9. При этом максимальная скорость и дальность полета изменились мало, но несколько ухудшились скороподъемность и маневренность. В боезапас пушки входили 32 патрона, а комплект вооружения дополнял пулемет калибра 12,7 мм.
Истребители Як-9Т проходили войсковые испытания летом 1943 г. на разных фронтах в составе различных авиационных соединений. Особенно успешно действовали летчики 16-й воздушной армии, которые за месяц испытаний, имея 34 истребителя Як-9Т, уничтожили 49 гитлеровских самолетов, в том числе 20 истребителей Фокке-Вульф-190. Свои потери составили 12 самолетов. Фронтовые летчики высоко оценили новый истребитель и при этом отмечали, что Як-9Т в основном сохранил летные характеристики серийного Як-9, несколько уступая в вертикальном маневре и значительно превосходя в силе оружия. Прицельный огонь можно было вести только короткими очередями в 2-3 патрона, при этом для надежного поражения противника требовалось всего 1-2 попадания.
После установки на Як-9Тпушки калибра 37-мм истребители противника стали избегать лобовых атак истребителей Яковлева. И для этого были основания. Так, 2 августа 1943 г. при лобовой атаке был сбит ФВ-190, причем одного попадания хватило, чтобы он рассыпался в воздухе.