Первый полет «Звена» состоялся 3 декабря 1931 г. Носитель пилотировали А.И. Залевский и В.С. Вахмистров, в кабине левого И-4 сидел В.П. Чкалов, правого – А.Ф. Анисимов. На высоте 1000 м истребители отцепились от бомбардировщика, при этом правый ударился колесом в крыло ТБ-1, пробил обшивку и смял опору. Но приземлились все три самолета нормально.
После некоторой доработки конструкции провели повторные испытания. Они шли с 1 по 8 апреля 1932 г. По их завершении НИИ ВВС дал заключение о том, что полеты на «авианосце» и его истребителях доступны для летчиков со среднем уровнем подготовки. Управление ВВС приняло решение о постройке небольшой серии «Звеньев». В июле 1932 г. ЦАГИ получил от военных заказ на разработку чертежей серийного варианта подвески.
Во время войсковых испытаний «Звена» оно совершило учебный налет на Киев. На подходе к городу бомбардировщик выпустил истребители сопровождения и под их прикрытием долетел до пригородного полигона, где произвел бомбометание.
В ноябре 1932 г. планировалось сформировать в Забайкальском военном округе эскадрилью, вооруженную системой «Звено-1». В ее штат должны были войти шесть носителей и 12 истребителей И-4.
Но техника развивалась быстро. И-4 скоро устарели. Следующий вариант «авиаматки», «Звено-1А», нес вместо И-4 пару истребителей И-5. Его испытывали в сентябре 1933 г. ТБ-1 пилотировал Стефановский, истребители- Коккинаки и Лагутин.
Во всех последующих «Звеньях» в качестве носителя уже использовался четырехмоторный ТБ-3. Работы в этом направлении развернулись с 1932 г. Проект назвали «Звено2А». Четырехмоторный бомбардировщик должен был нести три истребителя И-5 – два на крыльях и третий на фюзеляже. Первые полеты совершили только с двумя истребителями на крыльях, позднее добавили еще один. Затаскивали И-5 опять по специальным мосткам, причем самой большой головной болью являлось водружение третьего самолета на фюзеляж. ТБ-3 был существенно выше, чем ТБ-1, поэтому и хлопот стало больше. На ТБ-3 сделали специальные захваты для колес истребителей с замками. Носитель взлетал при помощи только своих собственных моторов, истребители же обычно запускали двигатели только перед отцепкой. Только раз, чтобы замерить максимальную скорость, в воздухе работали моторы одновременно всех четырех машин. Кончилось это тем, что кок И-5, стоявшего на фюзеляже, оторвался и пролетел у борта пилотской кабины ТБ-3, проделав в плоскости большую дыру.
Система считалась очень перспективной. Подразделения «Звеньев» хотели разместить в первую очередь на Дальнем Востоке для прикрытия возможных налетов советских бомбардировщиков на территорию Кореи и Японии. Планировалось держать на аэродромах в Воздвиженке и Хабаровске, по меньшей мере, четыре таких эскадрильи.
Трудности с погрузкой истребителей на ТБ-3 привели к идее подвешивать их под носитель на специальных фермах. Впервые этот вариант опробовали на «Звене-3». Биплан было труднее подвесить, чем моноплан, поэтому под крыльями бомбардировщика разместили два истребителя И-Зет, вооруженных динамо-реактивными пушками. Первый полет «Звена-3» закончился катастрофой. Ошибка пилота одного из И-Зет Короткова привела к тому, что его самолет после взлета не зафиксировался должным образом и начал болтаться, раскачивая и ТБ-3. Кончилось тем, что оборвалосьсначала одно крепление, затем другое, и на посадке истребитель оторвался; Коротков погиб.
Несмотря на эту неудачу, Вахмистров продолжал совершенствовать свою конструкцию. Теперь он предложил не только выпускать, но и принимать самолеты в воздухе. Для этого между стойками шасси закрепили ферму-трапецию. Истребитель И-Зет оснащался сверху крюком на раме. На аэродроме его подкатывали между тележками ТБ-З, специальный механизм опускал трапецию и затем поднимал ее вверх вместе с истребителем. В воздухе трапеция опускалась опять и И-Зет отцеплялся от носителя. Перед приемом истребителя ее выпускали вновь, и задачей пилота маленького самолета было точно попасть крюком на трубу трапеции. После долгих тренировок в апреле 1934 г. удалось успешно выпустить и опять подхватить истребитель. Этот вариант получил название «Звено-5».
Следующей ступенью стало «Звено-6», в определенной степени повторявшее «Звено-3», но под крыльями теперь находилась пара монопланов И-16. Это сочетание успешно испытали летом 1935 г. В январе следующего года Я.И. Алкснис предложил вооружить такими машинами целую бригаду.
В том же году Вахмистров подготовил «суперавианосец», названный «Звено-7». ТБ-3 нес сразу пять истребителейдва И-5 на крыльях, два И-16 под крыльями и И-Зет на трапеции под фюзеляжем. «Звено-7» совершило первый полет 20 ноября 1935 г.
Такая нагрузка требовала значительного повышения тяги самолета-носителя. Решением этой задачи должен был стать проект «Тягач», осуществленный в феврале 1935 г. На фюзеляже бомбардировщика закрепили старый истребитель И-5 без крыльев, оперения и колес, но с пилотом. Фактически получили дополнительную мотоустановку. По сравнению с «чистым» ТБ-3 «Тягач» увеличил максимальную скорость на 10 км/ч и немного улучшил скороподъемность до высоты 3000 м (поскольку мотор М-22 на И-5 был невысотным). Зато на виражах «Тягач» начало трясти, а выхлопные газы от двигателя И-5 заносило в кабину задних стрелков бомбардировщика. В дальнейшем Вахмистров планировал создать «Мощный тягач» – съемную тандемную мотоустановку, монтируемую на самолет-носитель в случае необходимости. Она могла пригодиться не только «авиаматке», но и транспортному самолету при перевозке тяжелого и громоздкого груза, особенно на наружной подвеске. Но эта идея не была осуществлена.
В следующем году прошли испытания «Звена-6», на которых выпущенные носителем истребители бомбили с пикирования. Это навело конструктора на мысль создать «составной пикирующий бомбардировщик». Носитель доставлял в заданный район пару истребителей, нагруженных тяжелыми бомбами, с которыми они не смогли бы взлететь самостоятельно. При этом сам «авианосец» в зону ПВО не входит, а быстроходные и маневренные истребители поражают цель бомбами с пикирования и далее возвращаются домой самостоятельно. Так появилось «Звено-СПБ».
Оно состояло из носителя ТБ-3РН и двух И-16, вооруженных двумя бомбами по 250 кг каждый. «Звено-СПБ» успешно прошло государственные испытания в 1938 г. В отчете Н И И ВВС было записано: «Испытания доказали тактическую целесообразность применения самолетов ТБ3РН в качестве авиаматок, а самолетов И-16 в качестве пикирующих бомбардировщиков». Систему приняли на вооружение морской авиации. В сентябре 1938 г. состоялась демонстрация «Звена-СПБ». На ней присутствовали наркомы обороны, военно-морского флота, оборонной промышленности и начальник В ВС. Истребители отцепились от носителя и сбросили бомбы в нарисованный на летном поле силуэткорабля.
Годом позже провели контрольные испытания с целью проверки устранения дефектов, выявленных ранее на госиспытаниях. Согласно решению Военного совета ВВС в том же 1939 г. завод № 207 получил заказ на 10 комплектов для переоборудования самолетов. Пять комплектов успели сдать в декабре, а остальные в начале 1940 г. с доработками по результатам контрольных испытаний.
От своих собратьев ТБ-ЗPH, входившие в состав «ЗвенаСПБ», отличались трубчатыми фермами подвески под консолями и сигнальными панелями с разноцветными лампочками, укрепленными на нижней поверхности крыла перед кабинами истребителей. Для облегчения верхние турели Тур-8 на этих машинах снимались. Эти машины совершали боевые вылеты в начале Великой Отечественной войны. В частности, они разрушили стратегически важный Черноводский мост в Румынии вместе с шедшим по нему нефтепроводом.
Проектировалось еще несколько вариантов «Звена». В КБ-29 разрабатывали подвеску двух И-16 с подвесными бензобаками под крыльями и бронебойной бомбой БРАБ- 500 под фюзеляжем. Чтобы сбросить ее на пикировании, не попав в диск ометания винта, истребитель оснащался параллелограммным устройством. Развитием этого же типа должен был стать новый проект, в котором использовался как носитель ТБ-3 с моторами М-34ФРН, а в качестве пикирующих бомбардировщиков – пара И-16 типа 24 с моторами М-63 (тоже с дополнительными баками и БРАБ-500).
