Николай Николаевич продолжал настаивать перед ВВС и руководством авиапромышленности на необходимости установки на И-15 моторов Райт «Циклон», считая их более перспективными. При габаритах несколько меньших, чем у М-22, мощность у земли Райт «Циклона» была на 145 л.с. выше. Благодаря наличию приводного центробежного нагнетателя, на расчетной высоте 2000 м Райт «Циклон» SGR-1820 F-3 развивал мощность 712 л.с. Существенное повышение мощности с лихвой перекрывало увеличение веса мотора на 72 к г. Поэтому по удельной мощности (отношению мощности мотора к весу) Райт «Циклон» считался одним из лучших в то время.

Чтобы сдвинуть дело с мертвой точки, директор завода № 39 предложил использовать на И-15 производимые в СССР двигатели М-22. Бригада № 2 сделала необходимые расчеты. Они показали, что максимальная скорость И-15 с этим мотором составит 300 км/ч у земли и 265 км/ч на высоте 5000 м, что ненамного превышает характеристики серийного истребителя И-5 (285,5 км/ч и 241,8 км/ч соответственно).

В итоге Поликарпову удалось добиться разрешения на разработку проекта с мотором Райт «Циклон» SGR-1820 F-3. Она была завершена к середине мая. Самолет-полутораплан с изогнутым верхним крылом типа «чайка» имел длину 6,1 м, размах верхнего крыла составлял 9,75 м, взлетный вес — 1340 к г. Так как главными пунктами технических требований к И-15 считались высокая маневренность и скороподъемность, Николай Николаевич для всемерного облегчения машины отказался от закрытой кабины, установив сдвижной козырек, не перекрывающий ее полностью. Отметим, что в процессе постройки сдвижной козырек был заменен обычным. Кабина стала открытой. Второй опытный экземпляр предполагалось строить с закрытым фонарем, но и в нем закрытая кабина тоже по разным причинам не была реализована. Для уменьшения веса самолета в его конструкции нашли широкое применение новые в те годы конструкционные материалы: хромомолибденовые трубы, листовой электрон. Профиль крыла Геттинген 436 (с относительной толщиной 10 % на верхнем крыле и 12 % на нижнем).

Дмитрий Людвигович Томашевич, назначенный начальником бригады крыла, вспоминал:

«Если не было хороших образцов [т. е. отработанных и освоенных элементов конструкций. — Прим. авт.], то искали сами, делали образцы, испытывали. Так было и с нервюрами, которые удалось сделать простыми и надежными. И всегда получали немногословное и ненапыщенное одобрение. Свои предложения Н.Н. [Поликарпов] излагал в виде желания посоветоваться. У меня нет сомнений, что он советовался искренне, а не «подделывался под аудиторию». Работу выполнили весело и напористо. И когда самолет оказался лучшим в мире по маневренности и от Правительства потребовали предоставить альбом о характеристиках И-15, то мы сутками (день и ночь) работали над ними, выполняя схемы и рисунки вручную. И когда устроили банкет, то там были все участники работы. Чувство коллектива уже было главным у нас. На И-15 было реализовано несколько моих изобретений и рацпредложений. Они были приняты Н.Н. [Поликарповым] как-то естественно, без грохота и без препон, как теперь часто бывает».

Много труда пришлось вложить в разработку рациональной конструкции центроплана крыла типа «чайка». Первоначально ее предполагалось выполнить в виде кривого сварного пустотелого бруса. По предложению А. Г. Тростянекого был использован более легкий ферменный сварной пилон из труб, хорошо сопрягающийся с рамами (шпангоутами) фюзеляжа.

Продувки моделей в аэродинамической трубе еще не были завершены. Для расчета максимальной скорости Николай Николаевич воспользовался их приближенными оценками, полученными год назад при разработке проекта истребителя И-14а; значения скорости — 340 км/ч на высоте 3000 м — получились заниженными.

22 мая 1933 г. была направлена на утверждение помощнику начальника НИИ ВВС докладная записка к эскизному проекту самолета ЦКБ-3, подписанная начальником бригады № 2 Н. Н. Поликарповым и начальником ЦКБ С. В. Ильюшиным.

Несмотря на то что с возможностью установки на И-15 мотора Райт «Циклон» SGR-1820 F-3 согласились, окончательного решения по типу двигателя так и не было принято, по этой причине утверждение эскизного проекта не состоялось. Тем не менее в начале июня 1933 г. был построен макет машины.

Для решения вопроса о постройке самолета 7 июня 1933 г. С. В. Ильюшин направил письмо помощнику начальника ГУАП Алмазову, в котором он отметил, что первоначально планировалось выпустить один экземпляр И-15, так как на заводе имелся только один мотор «Бристоль-Меркур». Ввиду замены этого мотора он просил учесть в планах главка постройку двух экземпляров самолета.

Технический проект был сделан довольно быстро, с июня началось изготовление деталей, узлов, агрегатов машины, а с августа — сборка. Дебаты о типе двигателя среди руководства продолжались.

В начале октября 1933 г. ярко-красный самолет — первенец бригады № 2 — доставили на аэродром. На киле в центре белого круга была изображена звезда, а поверх ее выведены цифры «39» и надпись «ЦКБ-3». Начались наземные испытания и подготовка к первому вылету.

Для получения формального разрешения на проведение испытаний требовался утвержденный эскизный проект. В октябре 1933 г. Николай Николаевич направил в НИИ ВВС третий по счету эскизный проект истребителя. В нем он отразил опыт предшествующих разработок, более детально поясняя концепцию самолета:

«а) Схема коробки крыльев была принята полутораплан как обеспечивающая большую несущую поверхность при минимальных внешних габаритах и удовлетворительное удлинение крыльев, эквивалентно моноплану…

б) Нагрузка на 1 м и на 1 НР была подобрана минимально возможной для получения максимальной маневренности…

В схеме коробки крыльев мы стремились добиться соединения условий наилучшего обзора и высоких аэродинамических качеств путем уменьшения интерференции…»

Оценки летных характеристик машины были оставлены такими же, как и в предыдущем проекте, т. е. заниженными, несмотря на то что продувки уже были завершены.

Отзыв на проект давал Н. А. Жемчужин, выпускник Военно-воздушной академии им. проф. Н. Е. Жуковского. Итоговый документ гласил:

«Общий вывод

— В отношении максимальной скорости на высоте 5000 м самолет И-15 не выполняет предъявленных к нему технических требований и отстает от современных уже построенных заграничных истребителей.

— Предъявленные к нему требования в отношении маневренности и скороподъемности выполняются и перекрывают данные сравниваемых самолетов.

— Эксплуатационные качества (удобство обслуживания и доступность ремонта) заводом № 39 при предъявлении проекта не гарантируются.

Заключение

Проект самолета И-15 может быть допущен к дальнейшей разработке и постройке. ЦКБ завода 39 надлежит добиться выполнения поставленных эксплуатационных требований и приложить усилия к повышению запроектированной максимальной скорости без снижения других летных данных самолета, особенно маневренности и скороподъемности».

Заключение было утверждено 23 октября 1933 г. В тот же день В. П. Чкалов совершил на истребителе И-15 (ЦКБ-3) первый полет.

Несмотря на имеющиеся недостатки, удалось выявить главное: получился хороший самолет. Машина показала высокие по тем временам летные характеристики.

19 ноября 1933 г. ВВС запросили дополнительные материалы по самолету, включая реальные оценки максимальных скоростей с различными вариантами мотора Райт «Циклон». По указанию Поликарпова были оперативно выполнены необходимые расчеты под двигатели Райт «Циклон» SGR-1820 различных модификаций, в том числе с исходным F-3 (348 км/ч на высоте 3000 м и 342 км/ч — на 5000 м), высотным F-5 без редуктора и с редуктором (349 км/ч на высоте 3000 м и 356 км/ч — на 5000 м), и результаты исследований были оперативно высланы в НИИ ВВС. Они убедили руководство ВВС в соответствии характеристик ЦКБ-3 техническим требованиям.