Принципиальную схему и предварительную компоновку главного редуктора Р-5 выполнили инженеры А.К. Котиков и В.Т. Корецкий. Это был первый отечественный авиаредуктор, рассчитанный на крутящий момент более 6000 кг∙м. В эксплуатации он проявил себя как исключительно надежный агрегат и практически не подвергался доработкам. С незначительными изменениями использовался на вертолете Як-24.

При проектировании втулки несущего винта и автомата перекоса учли опыт создания и эксплуатации Ми-1. Компоновку втулки выполнили А.Э. Малаховский и М.А. Лейканд. Горизонтальные шарниры расположили так, чтобы нагрузка на их подшипники на наиболее тяжелых и продолжительных режимах полета оказалась примерно одинаковой. Все шарниры снабдили резиновыми уплотнениями. Карданный механизм управления углами установки лопасти не предусматривался. Осевой шарнир скомпоновали так, чтобы лопасть крепилась к его наружному корпусу глухим днищем. При вращении несущего винта центробежная сила прижимала смазку к глухому днищу, не продавливая ее через уплотнения с противоположной стороны. Это резко снизило потери смазки и позволило применять жидкие масла, что увеличило ресурс упорных подшипников. Для уменьшения свеса лопастей применили центробежные ограничители. Демпферы вертикальных шарниров, как и на Ми-1, остались фрикционными. Конструкция автомата перекоса по сравнению с Ми-1 значительно упростилась. Ми-4 стал первым в мире вертолетом, в систему управления которого включили гидроусилители (бустеры), и первым в СССР летательным аппаратом с необратимым бустерным управлением*. Проектированием этой системы занимался И.С. Дмитриев.

Ведущим конструктором машины назначили М.Н. Пивоварова. К 12.03.1952 г. выпуск рабочих чертежей был завершен. Два опытных вертолета строились в Люберцах и еще два - в Саратове, причем один из них - для ресурсных испытаний.

Первые полеты

30 апреля 1952 г. в Подмосковье началась серия испытаний В-12 на привязи. При первой же раскрутке несущего винта до 100-110 об/мин лопасти начали произвольно взмахивать с возраставшей амплитудой и, изгибаясь, грозили задеть фюзеляж. Несомненно, это был флаттер, хотя по расчетам он мог наступить только при частоте вращения 500 об/мин, что поставило в тупик многих специалистов, которые даже отказывались признать это грозное явление. Однако М.Л. Миль, поручив теоретикам разобраться в причинах, без колебаний назвал увиденное флаттером и спроектировал балансиры, которые на следующий день установили на лопастях. Взмахи прекратились.

Первый свободный полет выполнил летчик В.В. Винницкий. С июля по август прошли заводские испытания, в ходе которых В-12 выполнил 57 полетов. Одновременно в Саратове прошли трехсотчасовые ресурсные испытания статмашины. В июне оттуда прибыл второй летный экземпляр вертолета, оснащенный экспериментальными шумопламегасителями на выхлопных трубах.

С 12 сентября по 16 ноября В-12 выполнил 117 полетов по программе госиспытаний. В целом по своим ЛТХ вертолет соответствовал заданию. Выявились и дефекты: недостаточная прочность лопастей, самопроизвольное разъединение валов трансмиссии, повышенный износ текстолитовых втулок горизонтальных шарниров рулевого винта, неэффективное продольное управление (из-за ограниченного диапазона отклонений лопастей автоматом перекоса), а также малый зазор между концами лопастей несущего винта и хвостовой балкой. На ликвидацию обнаруженных дефектов потребовалось около полутора месяцев. Одновременно по требованию госкомиссии провели испытания на полную выработку ресурса (150 ч) основных агрегатов вертолета.

Испытания на привязи первого прототипа В-12	Второй летный экземпляр В-12

В декабре 1952 г., не дожидаясь подписания акта по госиспытаниям (состоялось лишь 28.05.1953 г.), в Саратове начали серийное производство вертолета, получившего обозначение Ми-4. С 1953 г. к его выпуску подключили Казанский авиазавод, который вскоре стал головным. Производство Ми-4 в СССР продолжалось до 1966 г.

Доводка вертолета

Серьезной проблемой при доводке Ми-4 стало создание высокоресурсных лопастей несущего винта. Вначале они имели смешанную конструкцию со стальным трубчатым лонжероном, обшивкой из фанеры и полотна, а их ресурс не превышал 150 ч. В 1955-56 гг. этот показатель удалось поднять сначала до 300, а затем до 500 ч. Большую роль в этом сыграли опыт и наработки прочностной лаборатории ЦАГИ во главе с И.В. Ананьевым.

В 1957 г. появились лопасти с упрочненным лонжероном, что позволило установить новый предел - 600 ч. С ними вертолет, получивший наименование Ми-4А, стал эталоном для серии 1958 г. На нем также устанавливался стабилизатор увеличенной площади и автопилот АП-31, который, к сожалению, оказался ненадежным. К 1959 г., благодаря совершенствованию технологии(индукционной закалке лонжерона, полировке его внутренней поверхности и наклепу внешней, креплению к нему нервюр на клее), ресурс лопастей достиг 800 ч.

В 1959-60 гг. изготовили, испытали и запустили в серию цельнометаллические лопасти с прессованным дюралевым лонжероном и задней частью трехслойной конструкции с сотовым заполнителем. Ресурс удалось поднять до 2000-2500 ч. Кстати, подобные лопасти имели и вертолеты S-58, один из которых был закуплен СССР и проходил сравнительные испытания в 1960 г.

Еще в 1954 г. инженер одной из авиачастей А.П.  Борщевский предложил создавать внутри лонжерона избыточное давление воздуха или газа. При появлении усталостных трещин специальный прибор (сильфон) сигнализировал бы о падении давления. Однако по технологическим причинам обеспечить надежную герметизацию полости не удавалось. Идею забыли и реализовали на Ми-4 лишь после того, как ее воплотили американцы на S-58.

Установка балансиров, предложенных Милем после первых испытаний, все-таки не исключила возможности появления флаттера. В январе 1953 г. на одном из Ми-4 произошло летное происшествие, объяснение причины которого потребовало нескольких лет. При расследовании обнаружились следы ударов лопастей о кабину экипажа, что при их нормальном маховом движении невозможно.

В течение 1954 г. многие летчики наблюдали в полете необычное явление, получившее название «эффекта Калиберного» (по фамилии летчика, первым заметившего его): на режиме моторного снижения лопасти иногда начинали вымахивать из описываемого конуса. После смещения их поперечной центровки вперед явление прекратилось. Но спустя два года при испытаниях на отсутствие «эффекта Калиберного» оно вновь проявилось, да с такой силой, что экипаж с трудом произвел посадку. Исследование показало, что во время оттепели фанерная обшивка лопастей набухла от влаги и утяжелилась, вызвав смещение центра тяжести к задней кромке. Характер маховых движений и нагрузки на ручку управления на режиме «эффекта Калиберного» оказались аналогичными полученным на земле при искусственном провоцировании флаттера. Таким образом, «эффект Калиберного» - ни что иное, как начало флаттера в полете, а необъяснимое ранее явление, приведшее к удару по кабине, - флаттер. Как позднее выяснилось, основной причиной его была недостаточная жесткость автомата перекоса.

* На первых экземплярах Ми-4 управление было частично обратимым.