Новым направлением деятельности И.П. Братухина стала разработка и постройка в 1936 году экспериментального аппарата ЦАГИ-ИЭА комбинированной схемы с несущим винтом и крылом, а затем его пропульсивного варианта ЦАГИ-ИЭАПВ с воздушными винтами. Эти летательные аппараты стали предшественниками комбинированных вертолетов, или винтокрылов.
В 1940 году в МАИ было организовано первое специализированное опытно-конструкторское бюро, первым руководителем которого стал Б.Н. Юрьев, а затем И.П. Братухин. Под руководством двух этих талантливых ученых в 1941 году был разработан и построен двухдвигательный вертолет поперечной схемы «Омега», в котором была впервые реализована концепция формирования вертолета из составных модулей (силовая установка – трансмиссия – несущий винт), предложенная Б.Н. Юрьевым.
Использование на вертолете «Омега» двухдвигательной силовой установки и цельнометаллических лопастей несущих винтов позволило вдвое увеличить удельную нагрузку на ометаемую площадь, что стало в дальнейшем такой же тенденцией в вертолетостроении, как увеличение удельной нагрузки на площадь крыла у самолетов. На опытных вертолетах «Омега», а затем Г-3 и Г-4 впервые были проведены ресурсные испытания систем трансмиссии, несущих винтов и других динамически нагруженных агрегатов вертолета, что в дальнейшем стало обязательным при конструировании новых винтокрылых машин. На этих опытных вертолетах впервые были проведены посадки на режиме авторотации с выключенными двигателями, что также стало в дальнейшем обязательным для всех вертолетов. В 1946 году опытные вертолеты «Омега» и два Г-3 участвовали в воздушном параде в Тушино, положив начало летной демонстрации вертолетов на всех следующих воздушных парадах.
За разработку новых вертолетов И.П. Братухину и Б.Н. Юрьеву в 1946 году была присуждена 1Ьсударственная премия.
Они стали первыми вертолетчиками в стране, удостоенными такой высокой награды Родины. Группа сотрудников ОКБ была награждена орденами и медалями.
Г-3 стали первыми в нашей стране серийно производимыми вертолетами: с 1946 года было построено семь вертолетов Г-3, затем два вертолета Г-4. В 1947 году на аэродроме в Серпухове было сформировано первое в стране военное вертолетное подразделение, в которое были переданы пять Г-3.
По предложению И.П. Братухина для опытного вертолета «Омега» в 1943 году впервые в мире была разработана система вооружения, состоящая из четырех пулеметов и двух пушек на подвижной турельной установке, установленной в носовой части кабины. Позже система вооружения с двумя отдельными турельными установками в носовой и центральной части была реализована в опытном вертолете Б-10 – летающем наблюдательном пункте. На базе вертолетов «Омега», Г-3 и Г-4 в нашей стране были разработаны и построены новые опытные вертолеты двухвинтовой поперечной схемы: пассажирский вертолет Б-5 и его санитарный вариант Б-9, а затем усовершенствованные вертолеты связи Б-11. Всего в ОКБ-3 И.П. Братухина было разработано и построено 20 вертолетов: И опытных и 9 серийных.
Важным этапом деятельности ОКБ-3 И.П. Братухина стала разработка по его предложению нового вертолетного двигателя АН-26. Он был создан в двигателестроительном ОКБ А.Г. Ивченко специально для вертолетов Г-4 и получил в дальнейшем широкое применение на многих отечественных машинах.
В ОКБ И.П. Братухина совместно с ЦАГИ была начата разработка первых норм летной годности (НЛГ), которая в дальнейшем была продолжена в ЦАГИ, ЛИИ и вертолетостроительных ОКБ, а затем отечественные нормы были согласованы с международными.
В 1948-1950 годах в ОКБ-3 был разработан ряд оригинальных проектов, среди которых – многоцелевой вертолет поперечной схемы, а также комбинированный вертолет поперечной схемы с тянущими воздушными винтами, схема которого позднее была реализована в проекте винтокрыла Ка-22. В это время были разработаны проекты легких многоцелевых вертолетов одновинтовой схемы с рулевым винтом и экспериментального вертолета с реактивным приводом несущего винта с помощью двух прямоточных ВРД, установленных на концах лопастей. Однако эти проекты не получили поддержки, и в 1951 году ОКБ-3 было ликвидировано. Большинство сотрудников перешли в созданное в 1947 году вертолетостроительное ОКБ М.Л. Миля, а сам И.П. Братухин был переведен в ЦАГИ, где возглавил вертолетный отдел бюро научной информации.
Здесь И.П. Братухин приступил к работе над книгой «Проектирование и конструкции вертолетов», в которой обобщил свой богатый опыт проектирования вертолетов. Книга была издана «Оборонгизом» в 1955 году и стала первым учебным пособием по проектированию вертолетов для многих поколений студентов МАИ и специалистов-вертолетчиков.
В 1953-1960 годах в ЦАГИ совместно с ЦИАМ и МАИ под руководством И.П. Братухина и при участии автора этой статьи были проведены параметрические исследования тяжелых транспортных вертолетов и вертолетов-кранов грузоподъемностью до 60 т с реактивным компрессорным приводом несущего винта и с ТРД на концах лопастей, исследования перспективных схем сверхтяжелых реактивных вертолетов, рассчитанных на перевозку грузов массой от 30 до 60 т. Проведенные в ЦАГИ, ЦИАМ и МАИ исследования показали, что вертолеты-краны с реактивным приводом имеют значительное преимущество перед обычными вертолетами по перевозимой нагрузке (на 15-20%) и их целесообразно использовать при больших объемах крановых и монтажных работ.
