North American P-51 Mustang
Thiết kế và phát triển > Mustang gắn động cơ Merlin > P-51D và P-51K

Một trong những số ít lời than phiền về chiếc máy bay trang bị động cơ Merlin là một tầm nhìn về phía sau kém. Đây là một vấn đề chung trong đa số các thiết kế máy bay tiêm kích thời đó, vốn chỉ được người Anh nhận ra sau Trận chiến Anh Quốc, chứng tỏ giá trị của một tầm nhìn toàn cảnh. Nhằm cải thiện tầm nhìn ít nhất là một phần nào đó, người Anh đã cải tiến ngoài mặt trận một số chiếc Mustang với nóc buồng lái trượt dạng "chậu cá" được gọi là "nóc Malcolm", giống như trên những chiếc Spitfire. Sau đó tất cả những chiếc Mk III cùng với một số máy bay P-51B/C Mỹ được trang bị kiểu nóc buồng lái Malcolm này.
Một giải pháp tốt hơn cho vấn đề này là nóc buồng lái dạng "giọt nước" hay "bọt nước". Nguyên được phát triển như là một phần của kế hoạch Miles M.20, những nóc buồng lái mới này đang trong quá trình thích nghi cho đa số các thiết kế Anh Quốc, sau này xuất hiện trên Typhoon, Tempest và các phiên bản đời sau của Spitfire. North American áp dụng trên nhiều chiếc nguyên mẫu NA-106 với nóc buồng lái dạng giọt nước, cắt bớt phần thân phía trên sau buồng lái để cho phép nhìn trực tiếp về phía sau. Điều này đã dẫn đến việc sản xuất phiên bản P-51D (NA-109), được xem là phiên bản Mustang cuối cùng.
Một quan niệm sai lầm chung, cho là việc cắt bớt phần thân phía trên sau buồng lái để gắn nóc buồng lái dạng giọt nước đã làm giảm độ ổn định, nên cần phải bổ sung thêm một vây đuôi phía trước gốc cánh đuôi đứng. Thực ra, như đã được mô tả bên trên, vấn đề mất ổn định đã từng ảnh hưởng trên các phiên bản B và C sớm hơn, cũng như trên các phiên bản D và K tiếp nối; một phần là do việc áp dụng thùng nhiên liệu 322 L (85 gallon) bên trong thân bắt đầu từ loạt P-51B-5-NA khiến trọng tâm máy bay bị dịch chuyển quá xa về phía sau khi thùng nhiên liệu được đổ đầy. Các yếu tố khác bao gồm sự thay đổi từ kiểu cánh quạt ba cánh đi kèm theo động cơ Allison sang kiểu bốn cánh làm gia tăng sự mất quân bình do ảnh hưởng vùng bên lớn hơn của loại cánh quạt bốn cánh; và trên các phiên bản D và K kiểu buồng lái giọt nước cũng tạo một số nhiễu loạn khí động học phía trước cánh đuôi.
Cùng với các cải tiến khác, vũ khí trang bị được bổ sung thêm hai súng máy M2 nâng lên tổng cộng thành sáu khẩu. Cặp súng máy trong cùng có thể mang 400 viên đạn mỗi khẩu, và các khẩu còn lại có 270 viên, nên tổng số đạn mang được là 1.880 viên. Trên những chiếc P-51 trước đây, những khẩu súng máy M2 được gắn chéo góc dẫn đến những lời than phiền thường xuyên bị kẹt đạn trong khi cơ động chiến đấu. Cách bố trí mới cho phép gắn những khẩu súng máy M2 theo kiểu thông thường chữa được hầu hết vấn đề kẹt đạn. Khẩu súng máy Browning 0,50 inch, cho dù không bắn ra đầu đạn nổ, có tính năng đường đạn xuất sắc và cho thấy đủ để chống lại những chiếc máy bay tiêm kích Focke-Wulf Fw 190 và Messerschmitt Bf 109 vốn là đối thủ chính của Không lực Mỹ vào lúc ấy. Những phiên bản sau còn được trang bị đế rocket dưới cánh cho phép mang đến mười rocket mỗi máy bay.
Bộ ngắm vũ khí được thay đổi từ kiểu N-3B sang kiểu N-9 trước khi áp dụng kiểu ngắm súng hiệu chỉnh bằng con quay K-14B vào tháng 9 năm 1944.
Chiếc P-51D trở thành phiên bản Mustang được sản xuất rộng rãi nhất. Một phiên bản của P-51D sản xuất tại Dallas được đặt tên là P-51K, được trang bị kiểu cánh quạt do Aeroproducts sản xuất thay thế cho kiểu cánh quạt Hamilton Standard, cũng như có nóc buồng lái kiểu khác lớn hơn và nhiều thay đổi nhỏ. Cánh quạt rỗng kiểu Aeroproducts tỏ ra không được tin cậy khi nó rung rất nguy hiểm ở công suất động cơ tối đa do những vấn đề trong sản xuất và sau đó được thay thế bằng loại cánh quạt Hamilton Standard. Cho đến giai đoạn chiến tranh Triều Tiên, đa số những chiếc F-51 được trang bị bộ cánh quạt Hamilton Standard không có vòng đệm với những cánh quạt có đầu tù và rộng hơn. Các phiên bản trinh sát hình ảnh của P-51D và P-51K được đặt tên tương ứng là F-6D và F-6K. Không quân Hoàng gia Anh đặt tên Mustang IV cho phiên bản D và Mustang IVA cho phiên bản K.
Những chiếc P-51D/K bắt đầu đến châu Âu vào giữa năm 1944 và nhanh chóng trở thành máy bay tiêm kích chủ lực của Không lực Mỹ tại chiến trường này. Nó được sản xuất với số lượng nhiều nhất trong tất cả các phiên bản Mustang. Tuy nhiên, cho đến cuối chiếc tranh, vẫn còn có khoảng phân nửa những máy bay Mustang hoạt động là phiên bản B hay C.
Mối lo ngại về việc Không lực Mỹ không có khả năng hộ tống những chiếc máy bay ném bom hạng nặng B-29 suốt quãng đường đi đến chính quốc Nhật Bản đã đưa đến việc thực hiện kế hoạch "Seahorse" tối mật, một nỗ lực nhằm "hải quân hóa" chiếc máy bay. Vào cuối năm 1944, Đại úy phi công hải quân (sau này là phi công thử nghiệm) Bob Elder đã thực hiện những chuyến bay thử nghiệm tương thích với tàu sân bay với một chiếc P-51D được cải tiến. Kế hoạch này bị hủy bỏ sau khi Thủy quân Lục chiến kiểm soát được hòn đảo Iwo Jima của Nhật Bản cùng các sân bay trên đảo, sử dụng chúng làm căn cứ cho những chiếc P-51D tiêu chuẩn có thể tháp tùng theo B-29 suốt chặng đường đi đến các đảo chính quốc Nhật Bản và quay về.
Trong giai đoạn 1945 - 1948, những chiếc P-51D còn được chế tạo theo giấy phép nhượng quyền tại Australia bởi Commonwealth Aircraft Corporation.