Два снимка кабины ХР-39.

Учитывая требования USAAC, которые предполагали, что новый истребитель будет представлять собой качественный скачок, Вудс создал по настоящему революционный самолет. Как и у Модели № 3 двигатель располагался в районе крыльев самолета, но кабина пилота располагалась не за мотором, а перед ним. Ведущий вал проходил через кабину между ногами летчика. Размеры и масса самолета отвечали двум главным целям: максимальной скороподъемности и максимальной скорости на предельных высотах. Подобная схема самолета позволяла оснастить его наиболее мощным вооружением, какое вообще только можно было разместить в фюзеляже. То, что двигатель и кабина пилота размещались в районе центра тяжести машины, очень благоприятно сказывалось на маневренности истребителя. Первые эскизы Модели № 4 появились в июне 1936 года. Многие технические решения были позаимствованы у Модели № 3. В частности: размещение двигателя в районе крыльев, передача в носу фюзеляжа, размещение антенны в киле хвоста, использование винта без обтекателя втулки.

Чтобы сохранить объективность, надо заметить, что подобная схема компоновки самолета был изобретена не Беллом и Вудсом. Еще в марте 1934 года в Великобритании облетали самолет Westland F 7/30. У самолета двигатель располагался в районе крыльев с выраженной стреловидностью. Шасси не убирались, а имели обтекатель. Самолет прошел испытания, но не смог удовлетворить возлагаемые на него надежды. Программу свернули на стадии прототипа. Другой предшественник Модели № 4, имевший аналогичную конструкцию, назывался Koolhoven F.K. 55. Самолет свободно-несущий среднеплан был построен по схеме «тяни-толкай». Как и английская машина, F.K. 55 остался на стадии прототипа, который провел в воздухе всего две минуты.

На Модель № 4 установили в соответствии с требованиями двигатель Allison V-1710-C7. Предварительные расчеты предполагали, что на самолете будет стоять двигатель, развивающий мощность 1150 л.с. при 2950 оборотах в минуту. Такая мощность позволила бы самолету развить скорость 645 км/ч на высоте 6100 метров. Время набора высоты 6100 метров составляло 5 минут. У земли самолет должен был развивать не менее 530 км/ч. Длительность полета на максимальной скорости составляла один час. Все эти характеристики соответствовали сухой массе 1948 кг и взлетной массе 2517 кг. Топливные баки располагались в крыльях. Емкость баков составляла 435 л (115 галлонов). Вооружение было тем же, что и у Модели № 3 — одна 25-мм пушка и два 12.7-мм пулемета.

Тут следует заметить следующее. Известный миф о том, что Модель № 4 разрабатывали под 37-мм пушку Т-9 фирмы American Armament Corp. не соответствует истине. Многие источники утверждают, что Роберт Вудс находился под сильным впечатлением от презентации этой пушки, состоявшейся в 1935 году. Несомненно, он «держал в уме» эту пушку, работая над своими самолетами. Однако нет никаких фактов, подтверждавших, что эта пушка изначально предназначалась на роль главного вооружения самолета.

Представляя проект, Вудс предложил использовать еще одно необычное техническое решение. Он предложил установить на самолет два жидкотопливных реактивных ускорителя. Ускорители предполагалось включать в воздухе, когда самолета разовьет скорость 480 км/ч (300 миль/ч). Время работы ускорителей две минуты, тяга 159 кг. С помощью ускорителей самолет мог достичь высоты 4250 метров со скоростью 2133 м/мин. Комиссия отклонила эту деталь, высоко оценив проект в целом. Итогом работы оценочной комиссии стало подписание 7 октября 1937 года контракта между USAAC и Bell Aircraft Corporation на постройку прототипа ХР-39.

Белл незамедлительно приступил к постройке прототипа. Работами в этой области руководил инженер Фрэнк «Сэл» Сэлсбери. Задачи Роберта Вудса в тот период были ограничены.

Работы начались со сборки модели самолета и обдувки ее в аэродинамической трубе. В ходе обдувки выяснилось, что принятый для оконечностей крыльев профиль не отвечает предъявляемым требованиям. Во время полета с большим углом атаки крыла возникала чрезмерная разность подъемной силы между основанием и концом крыла. Это приводило к неэффективности элеронов в некоторых режимах полета. Проблему удалось решить, сменив профиль конца крыла на профиль NACA 23009, который позднее применялся на всех серийных Р-39. После подписания контракта конструкция самолета претерпела заметные изменения. Пришлось электрифицировать спуск оружия и механизм уборки шасси. Ручной механизм уборки оставили в качестве аварийного. Площадь крыльев увеличили до 19,82 м². Одновременно с планером изменялась и двигательная установка. Прежде всего изменился сам двигатель. Уже в начале 1938 года фирма Allison предложила установить на ХР-39 двигатель, разработанный по заказу ВМФ США. Этот двигатель, принадлежавший к серии «Е», получил обозначение V-1710-E2 или V-1710-17. Двигатель был оснащен турбонаддувом В-1 фирмы General Electric. Новый турбонаддув представлял собой значительно усовершенствованный наддув Form F-10, применявшийся на двигателе раньше. Однако это был еще не конец изменений. В декабре 1938 года на прототип установили новый турбонаддув В-5. Этот узел был спроектирован специально для ХР-39. Его особенностью было такое подключение выхлопных патрубков, что одновременно в один из четырех контуров наддува поступали газы только из одного цилиндра. Новый узел, имеющий несколько большие размеры, разместили под двигателем. Это потребовало убрать закрылки с центроплана. Одновременно в днище фюзеляжа появились четыре характерные выхлопные трубы для эвакуации выхлопных газов из турбины. Двигатель вращал трехлопастный воздушный винт фирмы Curtiss Electric. Крутящий момент на конечную передачу передавался валом длиной около 3 метров.

ХР-39 (38-326) на аэродроме Райтфилд, 10 февраля 1939 года.

В декабре 1938 года произошло еще одно событие. В этом месяце USAAC окончательно определился с вооружением для нового истребителя. Было решено заменить 25-мм пушку 37-мм пушкой Browning образца 1924 года.

Прототип получил серийный номер 38-326 и был готов к полетам в январе 1939 года. Самолет имел цельнометаллическую конструкцию, лишь поверхности рулей были обтянуты полотном. Во время наземных испытаний кабина самолета имела фонарь, который почти не имел рам. Единственной деталью, ограничивающей обзор, была рама входных дверей. Сами входные двери представляли собой еще одно, совершенно неожиданное для истребителя техническое решение. Двери располагались в левом и правом борту кабины. Двери имели опускаемые с помощью ручки стекла и оснащались карманами для топографических карт. Колеса главного шасси не имели щитков. Переднее колесо целиком в фюзеляж не убиралось. Его небольшая часть выступала наружу через специальную прорезь в створках люка. Но наиболее заметной внешней деталью прототипа ХР-39 были выступающие по бортам фюзеляжа воздухозаборники. Воздухозаборники располагались за двигателем. Слева в фюзеляже помещался воздухозаборник для дополнительного радиатора (intercooler). Справа находился маслорадиатор и воздухозаборник турбонаддува. У основания левого крыла на передней его кромке находился воздухозаборник радиатора. Систему охлаждения заправляли антифризом под торговой маркой Prestone.

В первый раз двигатель ХР-39 запустили 4 декабря 1938 года в Баффало. При этом выяснилось, что двигатель быстро перегревается и сильно вибрирует, что, в свою очередь, вызывает сбои в работе двигателя. Вибрацию, вызываемую длинным валом, предвидели, однако она оказалась гораздо сильнее предполагаемой. Чтобы исправить ситуацию, инженеры фирмы Allison предложили заменить механический глушитель вибрации вала на гидравлический. С новым глушителем вибрация стала меньше. Вскоре выяснилось, что сам вал нуждается в усилении. Прочность вала увеличили, увеличив толщину его стенок. Это окончательно устранило проблему, причем устранило ее радикально. В результате «Аэрокобры» заслужили справедливую репутацию самолетов с самыми ровно работающими двигателями. Но все эти изменения были внесены в конструкцию самолета уже в 1939 году. А пока Bell начал постепенно терять запас отрыва от конкурента. Конкурентом же была фирма Lockheed с прототипом ХР-38. Следует иметь в виду, что прототипы ХР-38 и ХР-39 в соответствии с требованиями USAAC должны были пройти сравнительную оценку. По результатам оценки в серию планировалось пустить лучший самолет. 11 февраля Бил Келси провел перелет с западного на восточное побережье США. Он сидел за рулями ХР-38. Келси собирался побить рекорд, поставленный Говардом Хьюзом. Несмотря на то, что самолет разбился при посадке на аэродроме Митчелфилд, новый рекорд был поставлен. Lockheed поспешил раздуть этот факт. Тем паче, что во время промежуточной посадки на аэродроме Райт-Филд Келси получил официальное одобрение со стороны нового начальника USAAC, генерала Хэпа Арнольда.