Năm 1937, Không lực Lục quân Hoa Kỳ công bố tiêu chuẩn kỹ thuật của một kiểu máy bay tiêm kích mới có thể sản xuất nhanh chóng. Các thiết kế cạnh tranh khác bao gồm Curtiss P-40, phát triển từ một thiết kế trước đó, và Lockheed P-38, một thiết kế phức tạp 2-thân 2-động cơ. Mặc dù khả năng giới hạn của Bell trong việc thiết kế máy bay tiêm kích đã đưa đến kết quả của chiếc Bell YFM-1 Airacuda bất thường trước đây,[1] Kiểu 12 mới đề nghị một cấu hình tương tự với động cơ V12 Allison đặt giữa thân ngay sau buồng lái, và cánh quạt được quay bằng trục truyền động bên dưới ghế ngồi giữa 2 chân của phi công[2].

Mục đích của cấu hình này là dọn chỗ cho một trang bị vũ khí nặng, khẩu pháo tự động Oldsmobile T9 37 mm bắn qua trục cánh quạt, nhằm tạo độ chính xác tối ưu và ổn định khi bắn. Trong thực tế, thiết kế được thực hiện để khẩu pháo thích hợp cho máy bay.[3] Điều này xảy ra vì người lãnh đạo kế hoạch là Robert Woods bị ấn tượng về sức mạnh của loại vũ khí này nên đã thúc ép H. M. Poyer, nhà thiết kế, chế tạo một chiếc máy bay cho khẩu pháo này, cho dù ý tưởng ban đầu chỉ là khẩu pháo 20–25 mm gắn ở mũi theo cách thông thường. Đây là điểm khá khác thường, vì máy bay thường được thiết kế xoay quanh động cơ chứ không phải hệ thống vũ khí. Cho dù có tác dụng hủy diệt thực sự trong hoạt động, khẩu T9 bị giới hạn lượng đạn mang được, tốc độ bắn chậm, và có xu hướng dễ bị kẹt đạn khi bắn.

Lợi điểm thứ hai của kiểu động cơ đặt giữa là cho một kiểu dáng mũi máy bay thon suôn. Sự phân phối trọng lượng máy bay khác biệt đưa đến việc áp dụng kiểu càng đáp 3 bánh lần đầu tiên trên một chiếc máy bay tiêm kích Mỹ.[4] Lối vào buồng lái là qua một cánh cửa (lắp trên cả hai bên buồng lái) chứ không phải nóc kính lùa. Vị trí bất thường của động cơ và trục truyền động đã gây một số lo ngại cho phi công, nhưng kinh nghiệm dần cho thấy nó không nguy hiểm hơn trong hạ cánh khẩn cấp so với kiểu động cơ đặt trước, cũng như không có vấn đề gì đối với trục động cơ.

Thiết kế ban đầu của chiếc nguyên mẫu XP-39 có bộ turbo tăng áp động cơ và khe hút gió dưới bụng (một tính năng chia sẻ cùng nguyên mẫu của chiếc P-40); nhưng cả hai bị bỏ đi khi đưa vào sản xuất.[5]

XP-39 bay chuyến bay đầu tiên ngày 6 tháng 4 năm 1939[6] tại căn cứ không quân Wright-Patterson, Ohio, đạt tốc độ 630 km/h ở độ cao 6.100 m (390 mph ở 20.000 ft), và đạt đến độ cao này chỉ trong vòng 5 phút. Lục quân Mỹ đặt mua 12 chiếc YP-39 để thử nghiệm thực tế[7] và một chiếc kiểu YP-39A không trang bị bộ tăng áp.[8] Sau khi hoàn tất các thử nghiệm, đưa đến thay đổi các chi tiết bao gồm loại bỏ bộ tản nhiệt gắn ngoài,[6][9] và theo gợi ý của Ủy ban Tư vấn Hàng không Quốc gia (NACA),[6] chiếc nguyên mẫu được cải biến thành XP-39B; sau khi cải thiện được tính năng bay,[6] 13 chiếc YP-39 được hoàn thành theo tiêu chuẩn này, thêm 2 súng máy 7,62 mm (0,30 in.) bổ sung cho 2 khẩu 0,50 in.[6] Không có vỏ giáp và thùng nhiên liệu tự hàn kín, chiếc nguyên mẫu nhẹ hơn 900 kg so với chiếc được sản xuất hằng loạt.

Sau khi hoàn tất thử nghiệm hoạt động thực tế, và đặt tên ban đầu là P-45, đơn đặt hàng đầu tiên 80 chiếc được đặt ngày 10 tháng 8 năm 1939; tên gọi được quay ngược lại P-39 trước khi giao đợt hàng đầu tiên.[6]

Chi tiết kỹ thuật

P-39 là một máy bay một động cơ, cánh gắn thấp toàn kim loại; nó có bộ càng đáp 3 bánh, thân suôn thẳng và thiết kế có hiệu quả khí động học rất cao.

Airacobra được hình thành trong ý nghĩ áp dụng khẩu pháo T9. Vũ khí này bắn ra đầu đạn nặng 39,5 g có khả năng bắn thủng vỏ giáp dày đến 2 cm (0,78 in) ở khoảng cách 450 m khi dùng đạn xuyên phá. Toàn bộ vũ khí trang bị ban đầu bao gồm pháo T9 và một cặp súng máy Browning M2 12,7 mm (0,50 in) gắn trên mũi. Sau này cải tiến thành 2 súng máy 0,50 in và 2 súng máy 0,30 in trên thiết kế XP-39B (P-39C, Kiểu 13, 20 chiếc đầu tiên được giao); rồi đến 2 súng máy 0,50 in trên mũi và 4 súng máy 0,30. in trên cánh ở P-39D Kiểu 15, cũng được trang bị thùng nhiên liệu tự hàn kín hoặc bom 227 kg (500 lb).[6] Động cơ được đặt sau buồng lái, và một đường hầm truyền động dài dọc theo thân bên dưới buồng lái, nối vào bộ cánh quạt 3 cánh. Bộ tản nhiệt được đặt trong thân.

Tháng 9 năm 1940, Anh đặt mua 386 chiếc P-39D (Kiểu 14) trong tổng số 675 chiếc, khác biệt là pháo 37 mm được thay bằng pháo Hispano 20 mm và thay 6 súng máy 0,30 in bằng cỡ 0,303 in (7,7 mm). Nó được trang bị cho Phi đội 601 vào tháng 9 năm 1941, và lập tức thấy rằng nó không đạt được tốc độ lên cao và tính năng bay ở tầm cao kém. Chỉ có 80 chiếc gia nhập phục vụ Không quân Hoàng gia Anh (Phi đội 601), trên 250 chiếc được chuyển cho Không quân Xô Viết, khoảng 200 chiếc giao lại cho Không lực Lục quân Mỹ sau Trận chiến Trân Châu Cảng, và khoảng 200 chiếc được giao cho Không Lực 8 vào năm 1942 (Không lực đặt tên chúng là P-400).[10]

Do cách bố trí bất thường, không có chỗ bên trong thân để đặt thùng nhiên liệu, số nhiên liệu tiêu chuẩn được chứa trong cánh. Mặc dù được trang bị thùng nhiên liệu phụ vứt được để tăng tầm bay, chiếc P-39 vẫn bị giới hạn trong các phi vụ chiến thuật tầm ngắn. Cấu trúc của máy bay khá nặng, cộng thêm 120 kg vỏ giáp bọc bảo vệ. Trọng lượng nặng của chiếc P-39 kèm theo tính năng kém của kiểu động cơ Allison làm giới hạn khả năng bay trên tầm cao, kém hơn một cách đáng kể so với các máy bay tiêm kích Châu Âu đương thời, nên những đơn vị Không lực đầu tiên hoạt động tại Mặt trận Tây Âu lại được trang bị Spitfire V. Dù sao, tốc độ lộn vòng của chiếc P-39D đạt được đến 75° mỗi giây ở vận tốc 376 km/h (235 mph), tốt hơn A6M2, F4F, F6F hay P-38 ở vận tốc 424 km/h (265 mph).

Ở mức ga tối đa của động cơ V-1710 và độ cao khoảng 5.000 m (17.000 ft), tính năng bay của chiếc P-39 bắt đầu suy giảm nhanh chóng. Điều này làm giới hạn tính hữu ích của nó trong các phi vụ tiêm kích truyền thống tại châu Âu cũng như Thái Bình Dương, nơi mà những máy bay ném bom Nhật Bản thường tấn công ở độ cao bên trên trần bay của chiếc P-39 (càng thấp hơn do không khí nóng vùng nhiệt đới sẽ nhẹ hơn những nơi có khí hậu ôn đới).

Việc phân bố trọng lượng của chiếc P-39 có thể là nguyên nhân của xu hướng rơi vào vòng xoáy bổ nhào nguy hiểm; một đặc tính mà các phi công thử nghiệm Xô viết có khả năng thao diễn mà những nhà sản xuất Mỹ hoài nghi đã không thể lặp lại hiệu ứng đó. Sau những thử nghiệm sâu rộng, kết luận đưa ra là việc lộn nhào đó chỉ xảy ra khi chất tải không cân bằng, khi không có đạn ở ngăn trước. Quy trình bay sau này đặc biệt chú thích cần chất một tải trọng tương xứng như vỏ đạn không vào ngăn trước để tạo sự cân bằng trọng lượng thích hợp. Điều khiển bay ở tốc độ cao tương đối nhẹ, việc lượn vòng và lấy lại thăng bằng ở tốc độ cao có thể thực hiện cho dù P-39 phải được giữ khi bổ nhào vì nó có xu hướng khựng lại, làm ta liên tưởng đến chiếc Spitfire. Tốc độ bổ nhào tối đa của chiếc P-39 đạt đến một con số rất đáng ngưỡng mộ 845 km/h (525 mph).

Kiểu động cơ gắn sau làm cho chiếc máy bay này tỏ ra phù hợp trong vai trò tấn công mặt đất, vì hỏa lực được bắn trực tiếp phía trước không thông qua động cơ hay bộ tản nhiệt. Tuy nhiên, việc sắp xếp này làm cho chiếc máy bay trở nên mong manh khi bị tấn công từ bên trên hay bên dưới, và gần như việc bắn trúng sẽ làm hỏng bộ tản nhiệt, đưa đến hỏng động cơ và loại bỏ máy bay. Kèm theo với tính năng bay kém ở tầm cao, Airacobra tỏ ra khá mong manh đối với máy bay tiêm kích đối phương hoạt động tốt ở tầm cao.

Một phiên bản dành cho Hải quân trang bị móc đuôi, kiểu XFL-1 Airabonita, được thiết kế như là kiểu cạnh tranh với chiếc F4U Corsair và XF5F Skyrocket. Nó bay lần đầu ngày 13 tháng 5 năm 1940,[6] nhưng do việc phát triển và thử nghiệm bị kéo dài và đầy trục trặc, kiểu mẫu này bị loại bỏ. Việc thử nghiệm kiểu cánh mỏng (laminar flow) trên chiếc máy bay thử nghiệm XP-39E và động cơ Continental IV-1430 (kiểu P-76) đã không thành công.[6] Kiểu cấu hình động cơ đặt giữa, súng gắn trước sau này được tiếp tục phát triển trên chiếc Bell P-63 Kingcobra.

Cho đến lúc xảy ra Trận chiến Trân Châu Cảng, có gần 600 chiếc Airacobra đã được chế tạo.

Khi việc sản xuất P-39 kết thúc vào tháng 8 năm 1944, Bell đã chế tạo tổng cộng 9.558 chiếc[11] Airacobra, trong đó 4.773 chiếc (đa số là phiên bản -39N và -39Q[12]) được gửi sang Liên Xô trong phạm vi Chương trình Cho thuê-Cho mượn. Có rất nhiều biến thể nhỏ về động cơ, cánh quạt và vũ khí nhưng không có thay đổi lớn nào về cấu trúc khung máy bay, ngoại trừ một ít chiếc TP-39F và RP-39Q phiên bản huấn luyện hai chỗ ngồi. Thêm vào đó, có bảy chiếc được chuyển cho Hải quân Hoa Kỳ làm nhiệm vụ giả lập mục tiêu điều khiển bằng radio.[13]