Вслед за первенцем АВФ-3 под руководством Ильюшина были построены АВФ-4 «Рабфаковец» (1924 г.) и АВФ-5 «Мастяжарт-2». Будучи весьма хрупким, «Мастяжарт-2» был сильно поврежден при перевозке с горы на лошадях к месту испытаний и не восстанавливался.

Следующий планер, построенный под руководством Ильюшина в 1924 году при Академии Воздушного Флота, получил обозначение АВФ-14. Как и предшественники, он имел высоко расположенное прямое крыло с дугообразной, почти эллиптической передней кромкой и отличался «облагороженной» аэродинамикой. Пилот располагался в кабине удобообтекаемого фюзеляжа перед передней кромкой крыла.

На планере в ходе очередных планерных состязаний в Крыму был совершен ряд удачных полетов продолжительностью до 20 секунд. Сегодня это может вызвать улыбку, но следует учесть, что планеры тогда запускали со склона горы с помощью резинового амортизатора на высоту нескольких метров и пилоты просто не имели возможности «поймать» восходящий воздушный поток и совершить настоящий парящий полет. К тому же крыло планера хотя и находилось над фюзеляжем, но недостаточно высоко и при взлете могло задеть земную поверхность, что не позволяло пилоту закладывать глубокие виражи.

Последний, четвертый, планер Сергея Владимировича АВФ-21 «Москва», построенный совместно с инженером Н.Н. Леонтьевым и Л.С. Куриным, в августе 1925 году участвовал (летчик – Константин Арцеулов) в Ренских состязаниях планеристов в Германии.

Планер АВФ-14

Общий вид планера АВФ-14

Первый же опыт проектирования самолетов Ильюшин получил, работая над дипломным проектом – самолетом-истребителем.

В 1926 году, после окончания академии, приказом Реввоенсовета СССР № 750 C.В. Ильюшину присвоили звание военного инженера-механика Воздушного Флота.

Планер АВФ-21 «Москва» на состязаниях в Вассеркупе (Германия)

С июня 1926-го по ноябрь 1931 года Сергей Владимирович работал председателем самолетной секции Научно-технического комитета ВВС (НТК ВВС), где занимался изучением мирового опыта авиастроения, разработкой тактико-технических требований к новым самолетам. Под руководством Ильюшина довелось разрабатывать технические требования к самолетам Н.Н. Поликарпова (в том числе к У-2), А.Н. Туполева и Д.Г. Григоровича. По совместительству в 1930–1931 годах Сергей Владимирович работал помощником начальника Научно-испытательного института ВВС (НИИ ВВС) по научно-технической части.

П.И. Баранов (слева) и С.В. Ильюшин

Все это способствовало формированию его как конструктора, и летом 1931 года Ильюшин подал рапорт о переводе в авиационную промышленность, предварительно заручившись поддержкой начальника Всесоюзного авиационного объединения П.И. Баранова.

Рапорт Ильюшина был рассмотрен, и в ноябре 1931 года он возглавил конструкторское бюро ЦАГИ.

Бригада № 3 ЦКБ-39. Второй справа сидит С.В. Ильюшин с сотрудниками ЦКБ-39. За ним в центре стоит начальник бригады № 3 В.А. Чижевский

В январе 1933 года по предложению Ильюшина конструкторский отдел Сектора опытного строительства (КОСОС) ЦАГИ реорганизовали в Центральное конструкторское бюро (ЦКБ) авиазавода № 39 имени В.Р. Менжинского, начальником которого (и по совместительству заместителем директора завода) назначили Сергея Владимировича, и конструкторский отдел ЦАГИ для разработки тяжелых самолетов.

Спустя полгода, когда из ЦКБ выделились в самостоятельные КБ коллективы Н.Н. Поликарпова, В.А. Чижевского и Г.М. Бериева, Ильюшин возглавил вновь сформированную бригаду № 3, в сентябре 1935 года преобразованную в Опытно-конструкторское бюро авиазавода № 39.

В ночь на 8 августа 1941 года с аэродрома Кагул, располагавшегося на острове Эзель (Сааремаа) в Балтийском море, взлетели три группы из 15 бомбардировщиков ДБ-3Т Балтийского флота. На борту каждого самолета находилось по восемь стокилограммовых фугасных бомб. До Берлина предстояло пройти 1760 км, из них 1400 – над морем на высоте до 7000 м вне видимости земли и столько же обратно.

В Советском Союзе к тому времени не было другого типа машин и экипажей, подготовленных для удара по сталь удаленной цели. С точки зрения физического ущерба этот налет напоминал булавочный укол, но с политической – демонстрацию возможностей не только авиации Советского Союза, но и полной решимости советского народа выстоять и победить в начавшейся войне. Самое интересное заключалось в том, что прообразом дальнего бомбардировщика ДБ-3 стал ближний бомбардировщик ББ-2, он же широко известный ЦКБ-26 с моторами воздушного охлаждения М-85.

Есть основание полагать, что в основу ЦКБ-26 был положен один из проектов Н.Н. Поликарпова. Николай Николаевич часто конфликтовал с А.Н. Туполевым, не разделяя его взглядов на развитие истребительной авиации. Дело в том, что в 1931 году отдел авиации и гидроавиации непродолжительное время входил в состав ЦКБ, и Туполев успел и там «оставить свой след», сняв Поликарпова с должности начальника истребительной бригады. Ильюшин же не разделял взглядов «патриарха советского самолетостроения» и поручил Поликарпову разработку истребителей И-15 и И-16, ставших, как известно, в 1941 году главной сдерживающей силой против немцев в начальный период Великой Отечественной войны.

В благодарность за это Поликарпов, возглавив свое КБ, и оставил Сергею Владимировичу недовведенный до конца проект будущего ББ-2. Николай Николаевич тогда и не представлял себе, что эта машина станет основой дальнего бомбардировщика, выдержавшего тяжелейшие испытания в четырех войнах.

История самолета началась 29 августа 1934 года, когда начальник УВС РККА Я.И. Алкснис утвердил тактико-технические требования на ближний бомбардировщик, а непосредственное руководство проектированием машины взял на себя С.В. Ильюшин, одновременно возглавлявший третью бригаду ЦКБ.

Задача создания самолета осложнялась отсутствием подходящих двигателей. Высокий удельный вес и недостаточная мощность отечественного мотора М-34 с водяным охлаждением не позволяли реализовать в задуманной машине характеристики, утвержденные заказчиком.

Для создания ББ-2 и других перспективных машин требовались мощные современные двигатели. С этой целью еще в 1933 году, в соответствии с постановлением Совета Труда и Обороны (СТО) «О форсировании морского гидросамолетостроения», во Францию для переговоров о закупке моторов компании «Испано-Сюиза» командировали делегацию, в состав которой входил и С.В. Ильюшин. Видимо, во время этой поездки закупили лицензию не только на будущий М-100 жидкостного охлаждения, но и на производство моторов воздушного охлаждения компании «Гном-Рон».

Проектирование машины шло довольно быстро, и спустя четыре месяца комиссия под председательством В.К. Лаврова утвердила макет ближнего бомбардировщика. Одновременно бригада Ильюшина начала разработку пассажирского самолета по заданию Главного управления ГВФ. Несмотря на требования ГВФ об установке на машину двигателей М-100, Ильюшин, оставаясь верным своим принципам и взглядам, проектировал самолет, как и бомбардировщик, под лицензионные моторы воздушного охлаждения «Мистраль» K-14 компании «Гном-Рон» и «Циклон» R-1820F-3 фирмы «Райт».

Первый самолет С.В. Ильюшина ЦКБ-26

В первом варианте с более мощными двигателями, получившими в Советском Союзе обозначение М-85, самолет должен был перевозить двенадцать пассажиров на расстояние от 850 до 1500 км в зависимости от взлетного веса. При этом его максимальная скорость ожидалась в пределах 385–410 км/ч. Профиль фюзеляжа машины очень напоминал будущий Ил-4. Следует отметить, что Сергей Владимирович выполнял «гражданское» задание без особого энтузиазма, сосредоточив все усилия на бомбардировщике.