North American P-51 Mustang
Thiết kế và phát triển > Mustang gắn động cơ Allison > Mustang I/P-51/P-51A

Người ta nhanh chóng nhận ra rằng tính năng bay cho dù ưu việt ở độ cao cho đến 4.600 m (15.000 ft) sẽ bị suy giảm đáng kể ở độ cao lớn hơn. Sự suy yếu này phần lớn là do bộ siêu tăng áp cơ khí một tầng một tốc độ được gắn trên động cơ Allison V-1710 sẽ suy giảm công suất nhanh chóng nếu ở trên giới hạn độ cao hoạt động. Trước kế hoạch Mustang, Không lực Mỹ tiếp tục phát triển động cơ Allison tập trung chủ yếu vào bộ turbo tăng áp theo khuyến cáo của General Electric, vốn đã chứng tỏ được độ tin cậy và đem lại sự tăng cường động lực đáng kể trên chiếc P-38 Lightning và các máy bay hoạt động ở tầm cao khác, đặc biệt là những máy bay ném bom bốn động cơ. Đa số các thiết kế khác sử dụng động cơ Allison được sử dụng ở độ cao thấp, nơi chỉ cần dùng một bộ siêu tăng áp. Bộ turbo tăng áp tỏ ra không thực tiễn để gắn trên chiếc Mustang, và Allison bị buộc phải sử dụng bộ siêu tăng áp không tương xứng sẵn có.
Cho dù như vậy, tính năng khí động học tiên tiến của chiếc Mustang là một lợi điểm, khi chiếc Mustang Mk I nhanh hơn khoảng 48 km/h (30 dặm mỗi giờ) so với chiếc máy bay tiêm kích Curtiss P-40 đương thời sử dụng cùng kiểu động cơ (Allison V-1710-39 công suất 1.220 mã lực/910 kW ở độ cao 3.200 m/10.500 ft, quay một bộ cánh quạt ba cánh Curtiss-Electric có đường kính 3,2 m/10 ft 6 in). Mustang I cũng nhanh hơn khoảng 48 km/h (30 dặm mỗi giờ) so với chiếc Spitfire Mk VC ở độ cao 1.500 m (5.000 ft) và nhanh hơn 56 km/h (35 dặm mỗi giờ) ở độ cao 4.600 m (15.000 ft), cho dù chiếc máy bay Anh được trang bị động cơ mạnh hơn.
Hợp đồng sản xuất đầu tiên nhận được từ Anh Quốc cho 320 chiếc máy bay tiêm kích NA-73 được người Anh đặt tên là Mustang I (tên Mustang được chọn bởi một thành viên trong Ủy ban Cung ứng không rõ tên). Hai máy bay trong lô này được giao cho Không lực Lục quân Hoa Kỳ với tên gọi XP-51. Khoảng 20 chiếc Mustang Mk I được giao hàng cho Không quân Hoàng gia và bắt đầu tham gia chiến đấu vào ngày 10 tháng 5 năm 1942. Với tầm bay xa và tính năng bay xuất sắc ở độ cao thấp, nó được sử dụng hiệu quả trong vai trò trinh sát chiến thuật và tấn công mặt đất trên Eo biển Anh Quốc, nhưng bị cho là ít có giá trị trong vai trò máy bay tiêm kích vì tính năng bay kém ở độ cao trên 4.600 m (15.000 ft).
Một hợp đồng thứ hai cho Anh Quốc để sản xuất thêm 300 chiếc (NA-83) Mustang I. Đến tháng 9 năm 1940, 150 máy bay đặt tên bởi North American là NA-91 được tiếp tục đặt hàng trong Chương trình Cho thuê-Cho mượn. Nó được Không lực Mỹ đặt tên là P-51 và ban đầu gọi tên thông dụng là "Apache" cho dù cái tên này sau đó bị bỏ rơi và cái tên của Không quân Hoàng gia "Mustang" được dùng thay thế. Người Anh đặt tên kiểu này là Mustang IA; nó cũng tương tự như kiểu Mustang I ngoại trừ các khẩu súng máy trên cánh được tháo bỏ thay thế bằng bốn pháo nòng dài Hispano HS.404 20 mm.
Một số máy bay trong lô này được Không lực Mỹ trang bị như là máy bay trinh sát hình ảnh và đặt tên là F-6A. Người Anh cũng trang bị một số máy bay Mustang I các thiết bị tương tự. Ngoài ra, hai chiếc máy bay trong lô này được gắn động cơ Merlin do Packard chế tạo, và được North American đặt tên là NA-101 và Không lực Mỹ ban đầu đặt tên là XP-78, sau đó đổi thành XP-51B.
Ngày 23 tháng 6 năm 1942, một đơn hàng được đặt để mua 1.200 chiếc P-51A (NA-99), nhưng sau đó giảm xuống còn 310 chiếc. Kiểu P-51A là phiên bản đầu tiên được Không lực Mỹ đặt mua như một kiểu máy bay tiêm kích, sử dụng kiểu động cơ mới Allison V-1710-81 được cải tiến từ phiên bản V-1710-39, dẫn động một bộ cánh quạt ba cánh Curtiss-Electric đường kính 3,3 m (10 ft 9 in). Vũ khí trang bị được thay đổi thành bốn khẩu súng máy Browning 12,7 mm (0,50 in) gắn trên cánh, hai khẩu mỗi bên cánh, với khả năng chứa tối đa 350 viên đạn cho khẩu phía trong và 280 viên cho khẩu phía ngoài. Các cải tiến khác được thực hiện song song cùng với kiểu A-36, bao gồm một ống hút không khí được cải tiến cố định thay thế cho kiểu di động được trang bị trên những kiểu Mustang trước đây và trang bị các đế trên cánh cho phép mang thùng nhiên liệu phụ vứt được loại 284 L (75 gal) hoặc 568 L (150 gal), giúp gia tăng tầm bay đường trường lên đến 4.410 km (2.740 dặm) với các thùng nhiên liệu phụ cỡ 568 L (150 gal). Tốc độ tối đa của nó đạt đến 658 km/h (409 dặm mỗi giờ) ở độ cao 3.000 m (10.000 ft). 50 máy bay đã được chuyển sang Anh Quốc và phục vụ dưới tên gọi Mustang Mk II trong Không quân Hoàng gia.