Михаил Клавдиевич был прав: после успешных испытаний Р-3 Меркулова привлекли к работам по использованию ПВРД в авиации. 3 июля 1939 г. на совещании Технического совета НКАП Игорь Алексеевич сделал доклад о результатах экспериментов с прямоточным двигателем на ракетах и о задачах усовершенствования его конструкции для применения в авиации. Он предлагал использовать прямоточные двигатели в сочетании с винтомоторной группой. ПВРД должны были служить в качестве дополнительных моторов (ДМ) для увеличения максимальной скорости. В то время двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом был единственным типом силовой установки, применяемой на самолётах. Он обеспечивал необходимую экономичность при взлёте и на крейсерском режиме, хорошую манёвренность в воздухе. В то же время легкий прямоточный ВРД мог дать лётчику возможность в нужный момент увеличить скорость полёта. Удобство применения ВРД в качестве дополнительного мотора заключалось ещё в том, что он не требовал запасов специального топлива, которое необходимо, например, для жидкостных ракетных двигателей, а мог питаться тем же бензином, что и основной мотор.

Существовал также проект экспериментального самолёта только с ПВРД. Его автором был руководитель Отдела специальных конструкций на заводе № 1 А.Я. Щербаков. Мыслилось, что летательный аппарат будет как планер забуксирован самолётом на большую высоту, а затем, отсоединившись, начнёт снижение. Разогнавшись, лётчик включит прямоточные двигатели и самолёт продолжит полёт с увеличением скорости и высоты [326] .

Проект так и остался проектом, начать решили с испытаний ПВРД в качестве дополнительного мотора на серийных самолётах. Меркулова перевели в Отдел изобретений авиазавода № 1. На этом предприятии в августе 1939 г. были изготовлены первые образцы авиационных ПВРД ДМ-1, предназначавшиеся для наземных испытаний. Корпус мотогондолы был сделан из дюралюминия, диаметр двигателя равнялся 240 мм.

Первое стендовое испытание ДМ-1 прошло 3 сентября 1939 г. на аэродроме станции Планерная. Двигатель питался авиационным бензином, подаваемым через форсунки и воспламеняемым от свечей зажигания, при этом в воздухозаборник подавался поток сжатого воздуха. После запуска обнаружилось, что в месте установки свечи в шве от газовой сварки имеется два свища, из которых бьют пары бензина, образуя огненный факел. Но испытание решили не прерывать. ПВРД проработал 26 минут.

17 сентября время непрерывной работы ДМ-1 увеличили до 31 минуты. После этого двигатель осмотрели: он оказался в полной сохранности. Можно было приступать к лётным экспериментам.

В сентябре изготовили три экземпляра дополнительных моторов ДМ-2, предназначенных для установки на самолёт. Непрогораемость камеры сгорания обеспечивалась специальной системой охлаждения, причём в качестве охлаждающей жидкости использовался поступающий в двигатель бензин. Устойчивость горения в камере сгорания достигалась так называемыми защитными кольцами, установленным внутри камеры. Они создавали зоны с малыми скоростями потока воздуха, в этих защищенных зонах — форкамерах — осуществлялось воспламенение и горение небольшой доли бензина. Выходящее из-под защитных колец пламя обеспечивало распространение горения на основную массу бензовоздушной смеси.

По размеру ДМ-2 были больше, чем ДМ-1, но по-прежнему очень легки. Их длина равнялась 1500 мм, максимальный диаметр — 400 мм, диаметр выходного сопла — 300 мм, при этом вес составлял 12 кг.

Для исследования работы ПВРД перед лётными испытаниями в Отделе спецконструкций завода № 1 сконструировали аэродинамическую трубу. Максимальная скорость потока воздуха в её рабочей части была 75 м/сек. Опыты в трубе, начавшиеся 22 октября, позволили проверить безопасность работы двигателей, отработать зажигание, устойчивость процесса горения и определить параметры ПВРД. Эти испытания повторялись в течение всего периода лётных исследований ДМ как с целью проверки конструктивных усовершенствований, вносимых в процессе лётных испытаний, так и для периодического контроля за работой и состоянием двигателей.

Для полётов выделили истребитель-биплан Поликарпова И-15 бис (заводской номер 5942) с мотором М-25В. Для предохранения фюзеляжа и хвостового оперения от продуктов сгорания, хвост и оперение обшили дюралюминиевыми листами.

И-15 бис с ПВРД ДМ-2.

Полёты И-15 бис с двумя прямоточными воздушно-реактивными двигателями, установленными под нижними плоскостями самолёта, начали в декабре 1939 г. Испытания поручили лётчику П.Е. Логинову. Первые пять вылетов были сделаны с целью проверки свойств модернизированной машины. Затем начались полёты для отработки запуска двигателей.

25 января 1940 г. состоялось официальное испытание И-15 бис с воздушно-реактивными двигателями. Согласно заданию, Логинов сделал несколько кругов над Центральным аэродромом им. Фрунзе с работающими ПВРД. За время полёта лётчик несколько раз выключал и вновь включал ДМ-2. Работа ПВРД оказалась надежной, устойчивой и не опасной для самолёта. Даже в том случае, когда лётчик давал в дополнительные моторы максимальный расход горючего, при котором длина выходящего из сопла факела превышала длину фюзеляжа, самолёт совершал виражи и лётчик спокойно управлял им, демонстрируя полную безопасность новой технологии.

Но со стороны казалось, что машина охвачена пламенем. В городе начался переполох, спустя короткое время к воротам аэродрома примчались сразу пять пожарных команд [327] .

Испытания прямоточных воздушно-реактивных двигателей на самолёте И-15 бис продолжались до июля. Они проводились с целью испытания различных конструктивных усовершенствований, направленных на сокращение времени запуска реактивного двигателя (оно составляло 40–50 с), улучшение процессов горения и повышение эффективности ПВРД. Затем были осуществлены полёты для замера прироста скорости при работе дополнительных моторов. В них, кроме Логинова, приняли участие лётчики-испытатели А.В. Давыдов и Н.А. Сопоцко. Всего на И-15 бис с ДМ-2 было сделано 54 полёта, из них Логиновым — 34, Давыдовым — 18, Сопоцко — 2.