XP-39E

Trong khi chiếc P-39 ban đầu được giới thiệu như là một kiểu máy bay tiêm kích đánh chặn, công việc phát triển sau đó cần giảm chi phí và sự phức tạp của động cơ bằng cách loại bỏ bộ turbo tăng áp thay thế bằng bộ siêu tăng áp cơ khí đơn giản hơn. Hậu quả là tính năng bay ở tầm cao bị ảnh hưởng đáng kể, do đó Bell đề nghị một đợt thí nghiệm nhằm thử các giải pháp khác nhau.

Kết quả là chiếc thử nghiệm XP-39E bao gồm hai thay đổi chính so với chiếc P-39D mà nó được phát triển dựa trên. Một thay đổi là bổ sung thêm kiểu cánh mới laminar flow, vốn vừa mới được đưa ra sản xuất công nghiệp sau một kế hoạch nghiên cứu thành công của NACA (Ủy ban Tư vấn Hàng không Quốc gia). Một thay đổi khác là sử dụng động cơ Continental V-1430, có thiết kế hoàn toàn thay đổi cũng như một bộ siêu tăng áp được cải tiến.

Ba chiếc nguyên mẫu được đặt hàng vào tháng 4 năm 1941 với các số hiệu 41-19501, 41-19502 và 42-7164. Kiểu động cơ V-1430 có những vấn đề về sự tiếp tục phát triển và không thể giao hàng đúng thời hạn, nên nó được thay thế bằng phiên bản -47 mới hơn của loại động cơ Allison V-1710 vốn được trang bị cho kiểu P-39 căn bản. Mỗi chiếc nguyên mẫu được thử nghiệm cho các cấu hình cánh và đuôi khác nhau. Chiếc XP-39E tỏ ra nhanh hơn kiểu Airacobra căn bản; đạt tốc độ tối đa 386 mph ở độ cao 21.680 ft trong các thử nghiệm. Tuy nhiên, vì XP-39E tỏ ra kém hơn so với những chiếc P-39 Airacobra đang có trong các tính năng khác, nó không được đưa vào sản xuất.

XP-63

Mặc dù chiếc XP-39E tỏ ra đáng thất vọng, Không lực Mỹ vẫn tỏ ra quan tâm đến một kiểu to hơn nữa dựa trên cùng kiểu sắp xếp. Ngay trước khi nó bay chuyến bay đầu tiên, Không lực đã đặt hàng hai chiếc nguyên mẫu vào ngày 27 tháng 6 năm 1941 về một phiên bản lớn hơn gắn cùng kiểu động cơ V-1710-47. Thiết kế mới được đặt tên là XP-63 mang số hiệu 41-19511 và 41-19512. Một chiếc nguyên mẫu thứ ba cũng được đặt hàng, số hiệu 42-78015, chiếc này được gắn động cơ Packard V-1650, một phiên bản của kiểu động cơ Rolls-Royce Merlin do Hoa Kỳ chế tạo.

Chiếc XP-63 to hơn chiếc Airacobra về mọi kích thước. Kiểu cánh mỏng làm gia tăng sải cánh thêm 4 ft 4 in lên thành 38 ft 4 in. Động cơ được gắn thêm một bộ siêu tăng áp thủy lực thứ hai để bổ sung cho bộ siêu tăng áp một tầng thông thường. Ở tầm cao khi đòi hỏi nhiều công suất động cơ hơn, bộ ly hợp thủy lực sẽ được gài cho bộ tăng áp thứ hai hoạt động, giúp tăng trần bay thêm được 10.000 ft. Một bộ cánh quạt bốn cánh to hơn cũng là trang bị tiêu chuẩn. Một sự than phiền cố hữu dành cho chiếc Airacobra là các vũ khí trang bị trước mũi không dễ dàng mở ra để bảo trì, nên để khắc phục vấn đề này, khung chiếc XP-63 được lắp các tấm nắp to hơn.

Đến tháng 9 năm 1942, ngay cả trước khi chiếc nguyên mẫu cất cánh, Không lực yêu cầu đưa nó vào sản xuất dưới tên gọi P-63A (Model 33). Vũ khí trang bị cho chiếc P-63A sẽ giống như chiếc P-39Q đang có, một khẩu pháo 37 mm bắn ra theo trục cánh quạt, hai súng máy 0,50 in. phía trên mũi máy bay, và hai súng máy 0,50 in. dưới cánh.

Chiếc nguyên mẫu đầu tiên, số hiệu 41-19511, bay lần đầu tiên ngày 7 tháng 12 năm 1942, đúng ngày kỷ niệm một năm trận đánh Trân Châu Cảng. Nó bị phá hủy ngày 28 tháng 1 năm 1943 khi bộ càng đáp không bung ra. Chiếc nguyên mẫu thứ hai, số hiệu 41-19512, bay tiếp nối ngày 5 tháng 2 năm 1943. Nó cũng bị phá hủy, lần này là do trục trặc động cơ. Chiếc nguyên mẫu trang bị động cơ Merlin, số hiệu 42-78015, sau đó lại được giao hàng nhưng gắn động cơ Allison thay thế, vì động cơ Merlin đang rất cần để lắp cho chiếc P-51 Mustang. Dù sao phiên bản động cơ Allison mới -93 có công suất ở chế độ hoạt động khẩn cấp chiến đấu lên đến 1.500 mã lực ở độ cao mặt biển, giúp cho chiếc nguyên mẫu này trở thành một trong những chiếc Kingcobra nhanh nhất từng được chế tạo, đạt tốc độ 421 mph ở độ cao 24.100 ft.

Những chiếc P-63A sản xuất được giao hàng bắt đầu từ tháng 10 năm 1943. Không lực Mỹ kết luận rằng Kingcobra yếu kém hơn Mustang, và từ chối đặt hàng số lượng lớn. Tuy vậy, những đồng minh của Hoa Kỳ, đặc biệt là Liên Xô, đang có nhu cầu rất lớn về máy bay tiêm kích, và Xô Viết đã là nước sử dụng Airacobra nhiều nhất. Do đó, chiếc Kingcobra được yêu cầu đưa vào sản xuất để được giao hàng theo Chương trình cho thuê-cho mượn. Chính phủ Liên Xô gửi một phi công thử nghiệm có nhiều kinh nghiệm là Andrey G. Kochetkov và một kỹ sư hàng không, Fiodor Suprun, đến các nhà máy của hãng Bell để tham gia việc phát triển phiên bản sản xuất hằng loạt đầu tiên, kiểu P-63A. Ban đầu bị các kỹ sư của hãng Bell phớt lờ, việc thử nghiệm chuyên nghiệp của Kochetkov về các tính năng xoáy của cỗ máy (đưa đến sự oằn khung máy bay) sau đó đã đưa đến vai trò đáng kể của Xô Viết trong việc phát triển. Buồn cười là, sau khi thấy việc thoát ra khỏi vòng xoáy bổ nhào là không thể thực hiện được, và khuyến cáo cuối cùng của Kochetkov là phi công phải thoát ra và nhảy dù khi gặp sự cố này, anh nhận được sự khen thưởng từ Irving Parachute, một nhà sản xuất dù.

P-63A-8, SN 269261, được thử nghiệm rộng rãi tại TsAGI (Viện Khí thủy động học Trung ương Liên Xô) tại hầm gió lớn nhất thế giới vào thời đó. Đóng góp của Xô Viết vào việc phát triển rất đáng kể. Với Liên Xô trở thành khách hàng lớn nhất mua kiểu máy bay này, Bell nhanh chóng áp dụng các đề nghị của họ. Đa số các thay đổi trên các tiểu phiên bản kiểu A là kết quả trực tiếp của phần đóng góp của Xô Viết, như là gia tăng vỏ giáp cho phi công và các đế gắn vũ khí trên thân cho kiểu A-5, những đế gắn dưới cánh và các thùng nhiên liệu phụ trên kiểu A-6... Liên Xô còn thử nghiệm cả bộ càng đáp ván trượt tuyết cho kiểu P-63A-6, nhưng chưa bao giờ được sản xuất hằng loạt. Đóng góp đáng kể nhất của Xô Viết là di chuyển khẩu pháo chính dịch chuyển về phía trước, làm thay đổi trọng tâm của máy bay tốt hơn, và gia tăng lượng đạn mang theo từ 30 lên 58 quả đạn cho kiểu A-9. Chiếc P-63 có một tốc độ lộn vòng rất ấn tượng, vượt hơn P-47, P-40, N1K2 và P-51 với tốc độ 110° mỗi giây ở tốc độ 275 mph.