По результатам в целом успешного прохождения государственных испытаний системы наполнения бензобаков отработанными газами на самолете СБ приказом НКАП от 20 августа 1940 г. была поставлена задача разработать подобную систему для боевых самолетов нового типа. К началу 1941 г. системы нейтрального газа от баллонов с углекислотой высокого давления нашли применение на СБ, ДБ-3 и Ил-2, а от баллона с азотом – на Пе-2 и Ер-2.
Более современные системы нейтрального газа от выхлопа мотора с закрытым дренажом внедрили в производство только для МиГ-3 (с 1 июля) и ЛаГГ-3 (с 1 августа). К этому времени аналогичные системы НГ в целом положительно прошли испытания на Пе-2 и Су-2 и находились в стадии доводки на Ер-2, ТБ-7 и «103».
Опытный вариант системы НГ от выхлопа мотора для самолета Як-1 оказался неудачным. На испытаниях в НИИ ВВС в июле 1941 г. после включения системы из-за чрезмерного повышения внутреннего давления в бензобаках произошло раздутие баков и появилась течь бензина.
Развитие схем бронирования боевых самолетов накануне войны определялось в первую очередь требованием защиты летчиков, штурманов и воздушных стрелков от поражения пулеметно-пушечным огнем истребителей противника со стороны задней полусферы. Кроме того, летчика-истребителя надлежало защитить в передней полусфере от огня воздушных стрелков атакуемого им самолета.
Система бронирования штурмовиков должна была обеспечивать надежную защиту от огня истребителей и зенитных огневых средств всего экипажа и наиболее важных частей самолета – мотора и винтомоторной группы, бензобаков, системы управления и т.д.
Учитывая требования военных, в ВИАМ срочно провели опытные работы по изысканию наиболее подходящей брони для установки ее на боевые самолеты. Из числа находящихся в серийном производстве броневых сталей наилучшим образом подходили для изготовления бронеспинок и различных бронещитков танковые гомогенные марки брони типа ИЗ и ХД толщиной 5,5-6,5 мм и 8,2-8,7 мм соответственно.
Броня марки ИЗ толщиной 6 мм удерживала бронебойную пулю типа Б-30 калибра 7,62 мм при обстреле из пулемета ШКАС с дистанции 200 м под углом встречи (от нормали) 20", а с дистанции 100 м – под углом 35° и выше. Броневая сталь ХД толщиной 8 мм при обстреле с дистанции 100 м не пробивалась пулей Б-30 при углах встречи (от нормали) не менее 15°.
Первоначально на И-16, СБ, ДБ-3 и другие машины устанавливали бронеспинки толщиной 6.5 мм из стали ИЗ. Однако боевое применение истребителей И-16 тип 10 с такой бронеспинкой в Испании показало, что она пробивалась не только 12,7-мм бронебойными пулями итальянских пулеметов «Бреда-САФАТ» (устанавливались на истребителе Fiat CR.32), но и 7,92-мм бронебойными пулями немецких MG17 (истребители Не51 и Bf 109). С учетом этого срочно была отработана цементованная броня толщиной 8,5 мм марки ХД, которая и стала стандартной для бронеспинок летчиков отечественных боевых самолетов. Бронеспинка защищала от пуль калибра 7-8 мм в задней полусфере в основном только по полету: в вертикальной плоскости – от 0° до ±5”, в горизонтальной плоскости – ±20°. Выбор толщины 8.5 мм определялся тем, что броня ХД(ц) толщиной 8 мм не пробивалась бронебойной пулей Б-30 при обстреле с дистанции 100 м по нормали (угол встречи 0°).
В ходе разработки схемы бронирования боевых самолетов конструкторам рекомендовалось применять лишь те марки брони, которые приняты на вооружение. При этом при толщинах свыше 6 мм требовалось использовать только цементованную броню. Для остальных толщин допускалось применение брони гомогенного типа.
Здесь следует сказать несколько слов об особенностях взаимодействия бронебойной пули с броней и технологии цементации брони.
При действии бронебойной пули по броне под углами, близкими к нормали, наиболее существенно проявляется соотношение твердости брони и бронебойной пули. Так, если твердость брони заметно уступает твердости пули, то их взаимодействие в основном определяется пластическими деформациями самой брони. Пуля при этом практически не деформируется, не разрушается и поэтому обладает максимальной проникающей способностью.
Если же твердость пули и брони примерно одинаковы, то процесс их взаимодействия характеризуется интенсивным дроблением и брони, и бронебойного сердечника пули. С лицевой стороны брони образуется кратер, а с тыльной стороны выпрессовывается пробка или возникает откол. Образование пробки в броне повышенной твердости облегчается вследствие ее сравнительно низкой вязкости. По этой причине гомогенная броня высокой твердости обладает недостаточной стойкостью к воздействию бронебойной пули.