В ноябре 1930 года Чкалов был восстановлен в воинском звании и направлен на работу в НИИ ВВС РККА. Работа летчиком-испытателем как раз требовала присущей ему смелости и отваги и в гораздо меньшей степени – дисциплины, чем это требовалось на службе в строевых частях. Поэтому на испытаниях опытных машин карьера летчика сразу пошла в гору. За два года работы Валерий Чкалов совершил свыше 800 испытательных полетов на 30 типах самолетов. 3 декабря 1931 года он принял участие в испытаниях настоящего монстра – авиаматки ТБ-3, несшего на своих крыльях и фюзеляже пять истребителей.

В январе 1933 года Чкалов был переведен на работу летчиком-испытателем Московского авиазавода № 39 имени Менжинского, где и познакомился с новым истребителем Поликарпова. После этого в течение пяти лет судьба этого самолета и судьба легендарного летчика были неразрывно связаны друг с другом.

5 мая 1935 года, через четыре дня после триумфа «красной пятерки», конструктор Николай Поликарпов и летчик-испытатель Валерий Чкалов «за создание лучших самолетов-истребителей» были награждены высшей правительственной наградой – орденами Ленина. Кроме того, в качестве премии они вместе с остальными участниками пилотажной группы были награждены новыми легковыми автомобилями ГАЗ М-1.

С этого момента Чкалов становится самым известным летчиком страны, а И-16 любимым самолетом Сталина. В конце мая Сталин продемонстрировал пилотажную группу премьер-министру Франции Пьеру Лавалю, находившемуся с визитом в Москве. Групповой пилотаж над самой землей настолько потряс гостя, что по приезде домой он инициировал создание подобной группы у себя в стране[Маслов М. Истребитель И-16. М.: Экспринт, 2005. С. 9.].

А «красные пятерки» с этого момента стали непременным атрибутом всех авиационных праздников и парадов. Кроме того, пилотажники в течение всего 1935 года гастролировали по авиационным частям с целью демонстрации возможностей истребителя и его быстрейшего освоения летчиками.

На фоне этих показных успехов серийное производство И-16 разворачивалось довольно медленно. Это было связано не только с общей недоведенностью конструкции, особенно в части шасси, но и с нехваткой сырья и деталей. Двигатель М-22 изначально рассматривался Поликарповым и военными как временный и конечно же не мог обеспечить истребителю заложенных в него характеристик. Только в январе 1935 года Пермский авиамоторный завод № 19 смог освоить серийный выпуск М-25. Строительство предприятия началось еще в 1931 году, а торжественный пуск состоялся 1 июня 1934 года, когда был собран и испытан первый М-25. Первые моторы собирались из комплектов деталей, поставлявшихся из США, и их единственным отличием от заокеанских было указание размеров в метрической системе. К двигателям прилагались также двухлопастные винты Hamileitenation, которые у нас скромно переименовали в АВ-1 (авиационный винт-1).

«Райт-Циклон» в начале 30-х годов был одним из самых совершенных моторов в мире, при этом его конструкция являлась технологически простой и надежной. К его особенностям относились: мощное оребрение цилиндров, сниженный расход воздуха на охлаждение и др. Интересной особенностью были выхлопные клапаны с охлажденным натрием. При работе мотора расплавленный натрий переносил тепло от нагретой тарелки клапана к менее нагретому штоку и от него через клапанную втулку к головке цилиндра, что существенно снижало температуру клапана и повышало его надежность.

Эта техническая новинка давала возможность существенного форсирования и модернизации. По своей конструкции моторы «Райт-Циклон» являлись высотными и имели регуляторы давления наддува, которые освобождали летчика от необходимости вручную поддерживать эту функцию в полете. Кроме того, двигатель осуществлял вывод масла под давлением для управления винтом, который при взлете мог быть установлен на малый шаг переключением крана. На большой шаг винт устанавливался автоматически действием центробежных сил на его лопасти при увеличении скорости. Естественно, это улучшало характеристики самолета при взлете и наборе высоты, снижало нагрузки на двигатель и было первым шагом к применению винтов с переменным шагом.

Дело в том, что чем больше шаг винта, тем больший объем воздуха захватывают лопасти, однако, вследствие увеличения противодействия, тем больше нагрузка на двигатель и меньше скорость вращения винта (обороты).

Для самолета шаг винта функционально является аналогом коробки передач в автомобиле. Увеличение шага приводит к увеличению тяги винта, уменьшение шага винта уменьшает тягу. Однако при маленькой скорости движения и большом шаге винта (близком к 85° относительно плоскости винта) на лопастях формировался срыв потока, и скорость движения увеличивалась очень медленно, так как лопасти просто перемешивали воздух, создавая очень маленькую тягу. Напротив, в случае маленького шага (5–10°) и высокой скорости полета лопасти захватывали малый объем воздуха и скорость воздушного потока, создаваемого винтом, приближалась к скорости движения набегающего воздуха, остатки которого врезались в винт и тормозили полет. В связи с этим пилотам 30–40-х годов приходилось постоянно следить за скоростью, шагом винта и оборотами двигателя. Манипулируя оборотами и шагом винта, в зависимости от скорости полета, можно было добиться меньших оборотов двигателя при высокой скорости, при этом скорость не падала, а даже увеличивалась.

Важным моментом был также ресурс двигателя. Авиационные агрегаты, в отличие от автомобильных, постоянно работали при сильных перегрузках, что быстро приводило к износу поршней и поршневых колец, сжиганию клапанов. Все это сначала приводило к уменьшению степени сжатия, падению мощности, а затем и к выходу из строя.

Первый мотор М-25, выпущенный в Перми, имел по техпаспорту ресурс всего 100 ч. работы, в феврале 1933 года этот показатель был увеличен до 150 ч., а в апреле – уже до 350 ч. На тот момент это был самый большой ресурс работы для отечественного мотора.

Тем временем в Горьком в начале 1935 года было не до М-25. Завод занимался в основном доделкой и доведением до ума четырех десятков машин, выпущенных в прошлом году, поскольку лишь единицы из них были приняты военной приемкой. Параллельно небольшими партиями собирались и новые «тип 4».

А в Москве 25 апреля сборочный цех авиазавода № 39 покинул И-16 № 123954[В данном случае система нумерации означала: модификация самолета (ЦКБ-12) – номер завода (39) и порядковый номер экземпляра.] с двигателем М-25. Внешне он напоминал третий опытный образец с «Райт-Циклоном», но с измененным капотом с подвижными лобовыми створками. Элеронная щель была заделана, а клапаны-обтекатели вдоль всего размаха оперения сменились маленькими крышками на узлах навески рулей. Новый капот двигателя стал иметь четко выраженную конусную форму. Проход воздуха, охлаждающего цилиндры двигателя, осуществлялся через девять отверстий в лобовой части капота. Для выхода же имелось восемь отверстий на боковых крышках капота с приклепанными внутри тоннелями. В эти же отверстия были выведены и выхлопные патрубки. При этом их концы устанавливались вровень с линией капота, в отличие от И-16 тип 4, где капот быстро загрязнялся копотью от выхлопов, очистить которую было практически невозможно. Кок-обтекатель воздушного винта имел в основании диаметр 53 см, в вершине его крепился специальный храповик для запуска двигателя от автомобильного стартера[http://i16fighter.ru].

Конструктивно И-16 выглядел следующим образом. Фюзеляж представлял собой деревянный полумонокок – конструкция, в которой нагрузки несут как внешняя тонкостенная оболочка, так и подкрепляющий ее силовой каркас, состоящий из 11 поперечных шпангоутов и продольных стрингеров. Шпангоуты выклеивались из фанеры, а наружная обшивка изготовлялась из березового шпона.

Двухлонжеронное крыло состояло из дюралевого[Дюраль (или дюралюминий) – это сплав алюминия, меди и магния. В данном сплаве основными легирующими элементами являются медь – 4,4 % массы, магний – 1,5 % и марганец – 0,5 %. Название дюраль происходит от названия немецкого города Дюрен, где было начато его промышленное производство в 1909 году.] центроплана, обшитого снизу дюралюминиевым листом толщиной 0,5 мм, а сверху фанерой, а также двух съемных консолей. Конструкция элеронов на крыльях и рулей высоты состояла из трубчатого каркаса, покрытого полотняной обшивкой. Эти механизмы приводились в движение сложной системой тросов и жестких тяг.