Между опытным ЦКБ-12 и серийным Id- 16 тип 4 имелось множество различий. Так капот двигателя был удлинен и сужался к хвосту (особенность, перешедшая от опытного ЦКБ-12бис), правда, предсерийные И-16 тип 4 поставлялись еще с коротким капотом (как у опытного ЦКБ-12). На И-16 тип 4 была увеличена и высота гаргорота за кабиной пилота. Шасси получило увеличенные щитки на основных стойках, кроме того, были установлены щитки на колесах, так что в полете убранные колеса, и стойки полностью закрывались щитками. Имевшиеся на опытной машине небольшие выступы на верхней поверхности крыльев над пулеметами ИВ-1 на И-16 тип 4 были удалены.
ЦКБ-12 имел раздвоенную трубку Пито, тогда как И-16 тип 4 и все последующие серийные модификации истребителя получили трубку Пито стандартного типа. И-16 тип 4 должен был стать первым советским истребителем, имевшим броневую защиту пилота, за его сиденьем устанавливалась 8 мм броневая секция.
И-16 тип 4 имел смешанную конструкцию, фюзеляж изготавливался в основном из дерева, конструкция крыльев была металлическая. Фюзеляж собирался из двух половин, разделенных вертикально, каждая половина включала четыре лонжерона и одиннадцать сосновых шпангоутов. Монококовая обшивка изготавливалась из нескольких слоев березовой фанеры, наложенных крест на крест и склеенных между собой. Толщина стенок изменялась от 4 мм в носовой части до 2,5 мм в хвосте.
Лонжероны крыла изготавливались из стали ХМА (хромо-молибденовая сталь). Нервюры изготавливались из алюминиевого сплава, центроплан и передние кромки имели обшивку из листов дюраля (Д1), остальная часть крыльев обтягивалась тканью. Длинные элероны, которые действовали также как закрылки (отклоняемые при посадке на 150), имели раму из дюраля (Д6) и тканевую обшивку, также, как и управляющие поверхности хвостового оперения.
Для выпуска и уборки стоек шасси использовалась ручная лебедка и тросовая проводка (системы гидравлического привода в то время применялись очень редко). Для выпуска шасси требовалось совершить восемнадцать оборотов рукояткой, которая была расположена ниже дросселя и выше рычага перезарядки пулеметов. Не было никакого индикатора, по которому пилот мог бы определить, что стойки шасси полностью выпущены или убраны и встали на замки.
Кабина имела прозрачный фонарь, состоящий из сдвижной рамы с остеклением, в его передней части имелось отверстие для прицела ОП-1. Фонарь двигался вперед и назад на полозьях и имел резиновые уплотнители. Вследствие того, что большинство советских нилотов чувствовало себя очень неудобно в закрытой кабине, многие из них летали с фонарем, сдвинутым полностью вперед, это также облегчало быстрое покидание самолета в аварийных ситуациях.
Вооружение серийного И-16 тип 4 включало два синхронизированных пулемета ПВ-1 (калибра 7,62 мм) с боезапасом по 900 патронов на ствол. ПВ-1 имел скорострельность 780 выстрелов в минуту, начальная скорость пули – 800 м/с. Пулемет ПВ-1 являлся стандартным вооружением советских самолетов, начиная с 1926 года.
Первые истребители И-16 тип 4 были поставлены заводом №21 в октябре 1934 года. 1 мая 1935 года, эти И-16 были впервые представлены широкой публике, когда две группы по пять И-16 пролетели над Красной площадью во время празднования Международного дня труда. В августе того же года, другая группа истребителей была показана в Тушино, в День Воздушного Флота. Всего было построено около 400 штук И-16 тин 4, пока его на сборочной линии не сменил более совершенный истребитель И-16 тип 5, с двигателем М-25.
И-16 тип 4 имел взлетный вес 1354 кг, т.е. был легче, чем любой современный ему западный истребитель. Он развивал максимальную скорость 362 км/час, его скороподъемность составляла 806 метров в минуту, к тому же он обладал феноменальной маневренностью – ему требовалось всего лишь 14-15 секунд, для выполнения полного разворота на 360 градусов.
Довольно высокая нагрузка на крыло обусловила высокую посадочную скорость – 107 км/час. Поэтому И-16 требовались более длинные взлетно-посадочные полосы, чем те, которые были необходимы для старых истребителей-бипланов. Так как поставки новых И-16 тип 4, в строевые части не могли начаться ранее лета 1935 года, Советское правительство приняло решение об удлинении взлетно-посадочных полос аэродромов, чтобы при эксплуатации новых И- 16 не возникало проблем.
Планировалось, что И-16 тип 4, будет временным вариантом истребителя, до того момента пока не будет развернуто производство лицензионной версии двигателя Wright Cyclone SGR-1820-F-3. Однако И-16 тип 4, оказался очень полезен для освоения эксплуатации новых самолетов, а также для ознакомления нилотов с характеристиками моноплана с низко расположенным крылом и убирающимся шасси.
Опытные конструкции
Экспериментальный ЦКБ-18 был развитием И-16 тип 4 с бронированной кабиной и усиленным вооружение. Это был первый советский истребитель, оснащенный бронезащитой впереди и позади кабины пилота. Вооружение было увеличено до четырех пулеметов ПВ-1, также имелась возможность подвески 100 килограммовых бомб.
Система «Звено» представляла собой сочетание нескольких самолетов, куда входил самолет-носитель и несколько подвешенных под ним истребителей. Благодаря использованию такой концепции достигалось увеличение дальность истребителей, которые получали возможность сопровождать дальние тяжелые бомбардировщики на всем протяжении их полета.
«Звено-6» состояло из бомбардировщика ТБ-3-4М-17Ф в качестве самолета- носителя и двух И-16 тип 4. На ранней стадии испытательной программы «Звена- 6». к ней привлекался, по крайней мере, один опытный ЦКБ-12. Как на И-16 тип 4, так и на ЦКБ-12, демонтировались крыльевые пулеметы. На нижней поверхности каждого крыла ТБ-3 монтировалась специальная рама из стальных труб (снаружи внешних двигателей). На эти рамы подвешивалось два И-16 Тип 4. Истребители сначала устанавливались под крылом 'ГБ-3-4М-17Ф затем поднимались, и подвешивались к узам крепления расположенным на раме. После этого, шасси истребителей убиралось. Первый полет «Звена- 6» состоялся в августе 1935 года.
Опытный ЦКБ-12бис
В ходе Государственных испытаний в НИИ ВВС опытный ЦКБ-12бис, оснащенный американским двигателем Wright Cyclone SGR-1820-F-2, потерпел аварию при посадке. Ее причиной стало разрушение стойки шасси.
В результате, опытную машину пришлось возвратить на завод для ремонта. Кроме собственно ремонта, самолет подвергся модификации, для того чтобы установить на него давно ожидаемый двигатель Wright Cyclone SGR-1820-F-3 (в СССР этот двигатель часто называли РСФ-3).
После установления в ноябре 1933 года между Советским Союзом и Соединенными Штатами дипломатических отношений, между обеими странами вскоре возникли и разнообразные коммерческие связи. Советский Союз получил возможность закупить самые современные американские авиационные двигатели, а также другое авиационное оборудование.
Двигатели Wright Cyclone были поставлены в Советский Союз непосредственно фирмой Wright Aeronautical Corporation, расположенной в Паттерсон (Paterson), штат Нью-Джерси. Двигатель Wright Cyclone, развивающий мощность 630 л.с., был в полтора раза мощнее, чем стандартный радиальный советский двигатель воздушного охлаждения того времени – М-22 (480 л.с.). Несмотря на то, что двигатель SGR- 1820-F-3 был гораздо мощнее, чем М-22, он был только на 72 кг тяжелее и имел меньший диаметр.
В рамках подготовки производства лицензионного SGR-1820-F-3 первые образцы, двигателей Wright были доставлены на новый моторостроительный завод №19 в Перми. Однако, новый двигатель, обозначенный как М-25, удалось запустить в производство только в октябре 1936 года.
В ходе ремонта у ЦКБ-12бис была перепроектирована носовая секция фюзеляжа. Тогда как ЦКБ-12, первоначальный вариант ЦКБ-12бис и ранние серийные И-16 тип 4 все имели цилиндрический капот типа NACA, то модифицированный ЦКБ-12бис получил новый капот (так называемый Watter-cowling), который был несколько меньше в диаметре, сужался назад и имел в передней части девять окон жалюзи для управления потоком охлаждающего воздуха.
Внутренний кольцеобразный выхлопной коллектор был заменен восемью индивидуальными выхлопными патрубками, выходящими в специальные отверстия сделанные в стенках капота. Два маленьких воздухозаборника в передней верхней части капота были ликвидированы.
В ходе программы модификации, было произведено и множество других усовершенствований, основанных на опыте предыдущих испытаний. Тканевая обшивка, центроплана крыла и их законцовок была заменена металлической. В результате существенно повысилась жесткость крыла, что благоприятно сказалось на характеристиках самолета при полетах на высоких скоростях и при маневрах с высокими перегрузками.
На модифицированном ЦКБ-12бис устанавливался американский двухлопастной воздушный винт Hamilton-Standard с небольшим коком, им был заменен трехлопастной винт, использовавшийся на оригинальном ЦКБ-12бис. Также был увеличен фюзеляжный гаргрот за кабиной пилота. Вооружение осталось тем же самым, что и на И-16 Тип 4.
В сентябре 1934 года, модифицированный самолет был передан на Государственные испытания. В их ходе выявили проблемы с шасси и их створками, поэтому данные узлы подверглись дальнейшим изменениям.
Летные испытания, проводившиеся в сентябре-октябре 1934 года, подтвердили выдающиеся характеристики нового истребителя, которых удалось достичь благодаря установке более мощного двигателя. Модифицированный ЦКБ-12бис развивал максимальную скорость 437 км/час и имел скороподъемность 806 метров в минуту.
Командованию ВВС РККА стало ясно, что истребитель Поликарпова на тот момент является лучшим в мире. В результате вышло Правительственное постановление о немедленной организации его выпуска под обозначением И-16 тип 5, а его производству был дан высший приоритет. Тем не менее, постоянные проблемы с производством двигателей, задержали крупномасштабный выпуск истребителя почти на год.
И-16 тип 5
В ходе подготовки к производству лицензионного двигателя РСФ-3, стало ясно, что его не удастся запустить в серию так быстро, как это первоначально планировалось. В результате, только в октябре 1936 года новый двигатель, получивший обозначение М-25, был, наконец, освоен и стал выпускаться серийно. Поэтому, первые предсерийные и серийные истребители И- 16 тип 5 оснащались импортными двигателями Wright Cyclone SGR-1820-F-3.
Как только первые двигатели М-25 стали доступны в необходимых количествах, на заводе №39 в Москве была выпущена предсерийная партия И-16 тип 5 с этими двигателями. М-25 развивал мощность 700 л.с. и оснащался карбюратором Stromberg NA-F- 7С, а также советской копией системы зажигания – «Искра».
Эти предсерийные самолеты отличались от опытного ЦКБ-12бис слегка измененной формой отверстий для выхлопных патрубков двигателя. Вместо скругленной задней части, отверстию придали каплевидную форму. Кроме того, маленький кок винта, использовавшийся на ЦКБ-12бис и на всех серийных И- 16 тип 5, был заменен большим коком.
Если опытный ЦКБ-12бис не имел щитков, прикрывавших стойки и колеса шасси, то на И-16 тип 5 установили такие же щитки, как и на серийных И-16 тип 4. На некоторых предсерийных И-16 тип 5 вместо заднего костыля, имевшегося на ЦКБ-12бис стояло хвостовое колесо.
Несколько предсерийных самолетов прошли испытания в НИИ ВВС. Их взлетный вес увеличился до 1535 кг, но благодаря усовершенствованной конструкции, самолет развивал максимальную скорость 457 км/час, не теряя своей высокой маневренности. Эта скорость была примерно на 80 км/час выше, чем у самого современного американского истребителя – Boeing Р-26А, состоявшего на вооружении армии США.
Советское правительство не предпринимало никаких усилий, для того чтобы скрыть разработку И-16 и представило предсерийный самолет И-16 тип 5 на Международном авиационном салоне в Милане, Италия, проводившемся 12-28 октября 1935 года. На Миланском салоне И-16 привлек большое внимание специалистов, благодаря наличию убирающегося шасси и закрывающейся кабины.
Производство нового истребителя И-16 тип 5 развернулось в начале 1936 года на авиазаводах № 21 и 153. Самолеты И-16 тип 5 и Тип 6 строились до конца 1937 года, за этот период со сборочных линий сошло около 2200 этих машин.
Серийные И-16 тип 5 отличались от предсерийных костылем, которым было заменено хвостовое колесо. Огневая мощь была усилена – вместо двух стандартных пулеметов ПВ-1 устанавливались новые пулеметы ШКАС (калибра 7,62 мм). Новый пулемет имел скорострельность 1800 выстрелов в минуту, боезапас составлял 900 патронов на ствол. Два ШКАСа располагались в крыльях, вне площади ометаемой воздушным винтом. Имелась также возможность подвески бомбовой нагрузки – до 200 кг. Все И-16 тип 5 были оборудованы телескопическим прицелом ОП-1, который использовался ранее также и на истребителях-бипланах И-15 и И-152.
Кабина истребителя получилась довольно тесной, в ней комфортно себя чувствовали только пилоты небольшого роста. Сиденье пилота имело регулировку только по высоте, а набор оборудования был минимальным. Контрольно-измерительные приборы включали: высотомер, указатель вертикальной скорости, указатель крепа и поворота и индикатор температуры масла. Эти приборы, изготавливались главным образом, по лицензии американской фирмы Pioneer-Bendix gauges. Пилотская кабина внутри окрашивалась на заводе в ссро-зеленый цвет, приборная панель – в темно-зеленый цвет. Задняя часть сиденья и заголовник обтягивались кожей черного цвета.
И-16 тип 5 меньше подходил для ближнего, маневренного воздушног о боя с высокими перегрузками, чем его ровесники бипланы. хотя и обладал преимуществом в скорости и скороподъемности. Управление элеронами было чрезвычайно легким, и это обеспечивало истребителю исключительную маневренность.