Вскоре, после того как И-16 тип 18 был запущен в производство на заводах №№ 21 и 153, ОКБ Поликарпова разработала новую, более мощную версию истребителя. Это стало возможно благодаря усилиям по совершенствованию двигателей, предпринятых на моторостроительном заводе № 19 в Перми. Продолжая работу над М-62 здесь была разработана его очередная модификация, получившая обозначение М-63.

М-63 имел мощность 1100 л.с. (у М-62 – 1000 л.с.) при весе всего на 5 кг больше. Этот двигатель был выбран для установки на модифицированный И-16, получивший в серии обозначение – И-16 тип 24.

На И-16 тип 24 было сделано множество конструктивных усовершенствований фюзеляжа и крыльев. Была увеличена толщина обшивки крыла, а также добавлены дополнительные нервюры. На левом борту, в задней части фюзеляжа, был добавлен инспекционный люк. Внешне, кроме этого люка, И-16 тип 18 и И-16 тип 24 были почти идентичны.

Командир, дает последние инструкции нилоту истребителя И-16 тип 24. Дверца кабины на правом борту фюзеляжа была одной us характерных особенностей типа 24.

Наземный обслуживающий персонал выполняет проверку И-16 тип 24 на полевом аэродроме, лето 1940 года. Этот самолет несет под крылом дополнительные топливные баки емкостью 200 литров.

Государственные испытания И-16 тип 24 начавшиеся в первой половине 1940 года, показали, что не было получено никакого существенного улучшения летных характеристик но сравнению с И-16 тип 18, а фактически маневренность даже несколько снизилась. Возросший вес усиленной конструкции крыла и фюзеляжа «съел» дополнительную мощность, полученную в результате установки двигателя М-63. Полный вес И-16 тип 24 увеличился до 1882 кг. Максимальная скорость оказалась незначительно выше, чем у И-16 тип 18 – 470 км/час на высоте 4800 метров. Скороподъемность 984 м/мин была несколько ниже, чем у И-16 тип 18 – 1097 м/мин. Единственное реальное преимущество, которое обеспечивал двигатель М-63, был больший потолок, который увеличился до 11300 метров (10812 м для И-16 тип 24). Увеличенный расход топлива М-63, привел, однако к снижению дальности полета до 440 км.

Несмотря на свои недостатки, И-16 тип 24 был запущен в серийное производство, и вскоре заменил И-16 тип 18 на сборочных линиях заводов №№ 21 и 153.

На 1 октября 1938 года, советские ВВС имели на вооружении 1763 истребителей И- 16, а к 10 февраля 1939 года, их количество увеличилось до 2004 шт. Большинство из этих истребителей базировалось в Ленинградском, Киевском, Московском, Белорусском, Забайкальском военных округах и на Дальнем Востоке.

И-16 тип 27 готовят к боевому вылету. С самолета сняты щитки стоек шасси, это была обычная практика при действиях с полевых аэродромов. Тип 27 стал последней пушечной модификацией И-16, строящейся серийно.

И-16 тип 24

И-16 тип 29

И-16 тип 27 заменил вооруженный пушками, И-16 тип 17 на поточных линиях заводах №№21 и 153. Конструкция И-16 тип 27 была основана на планере истребителя И-16 тип 18, с двигателем М-62, но с использованием вооружения от И-16 тип 17.

Из-за того, что М-62 имел больший расход топлива, на И-16 тип 27 была предусмотрена подвеска дополнительных 200 литровых топливных баков.

Как и более ранний И-16 тип 17, новый истребитель И-16 тип 27 был вооружен двумя 20 мм пушками ШВАК (с боезапасом по 150 снарядов на каждую крыльевую пушку) и парой синхронизированных пулеметов ШKAC (с боезапасом по 650 патронов на ствол), установленных в передней верхней части фюзеляжа.

Первые И-16 тип 27 были выпушены в первой половине 1939 года и участвовали в боевых действиях в Монголии против японцев. Из-за нехватки пушек ШBAK для оснащения И-16, было построено только ограниченное количество И-16 тип 27.

В ходе Великой Отечественной войны, И-16 тип 27 использовался в качестве самолета для поддержки наземных войск.

Предсерийный истребитель И-16 тип 29 во время Государственных испытаний. Самолет песет дополнительные топливные баки, направляющие для реактивных снарядов и мачту радиоантенны.

Истребитель И-16 тип 29 (тактический номер «75», белый) из 71-го истребительного полки несет двухцветную камуфляжную окраску на верхних поверхностях планера. Самолет вооружен двумя реактивными снарядами РС-82 под каждым крылом.

Появлению И-16 тип 29 способствовал тот факт, что советскими оружейниками был разработан новый, более эффективный пулемет УБ конструкции Березина, калибра 12,7 мм. КБ Поликарпова получило задание установить новый пулемет УБ на истребитель И- 16. Новая машина была обозначена как И-16 тип 29, Она прошла Государственные испытания в 1940 году, и была запущена в серийное производство на заводах №№ 21 и 153.

И-16 тип 29 разрабатывался на базе планера И-16 тип 24, и главное его отличие состояло в новом вооружении. Пулемет УБ имел скорострельность 700- 800 выстрелов в минуту, скорость пули 840 метров в секунду. Имелось два основных варианта пулемета УБ: пулемет Березина УБС (синхронизированный) и пулемет Березина УБК (крыльевой). Пулемет мог вести огонь боеприпасами трех типов: с обычной пулей (головка черно-желтого цвета), трассирующей пулей (фиолетово-красная головка) и зажигательной пулей (черно-красная головка).

Установка нового пулемета УБС в нижней части фюзеляжа, под капотом двигателя привела к необходимости переместить нижний воздухозаборник на правую сторону. Поэтому если воздухозаборник на И-16 тип 24 был «Т» – образной формы, то И-16 тип 29, имел увеличенный совок заборника с правой стороны капота.

Многие И-16 тип 29 прямо на сборочной линии оборудовались радиостанцией РСИ-3. Самолет с радиостанцией мог быть идентифицирован по мачте антенны на правой стороне фюзеляжа, перед козырьком кабины пилота.

Большинство И-16 тип 29 использовалось в роли самолетов поддержки наземных войск, поэтому под крыльями имелись крепления для шести направляющих РО-82 (по три под каждым крылом). Эти направляющие использовались для установки реактивных снарядов РС-82. Хотя стандартной считалась установка трех направляющих, многие И-16 тип 29 были оборудованы четырьмя такими направляющими.

Значительное количество И-16 тип 29 имело также бомбодержатели, размещенные на крыле с внутренней стороны от РО-82. На них могли подвешиваться бомбы до 100 кг. Типы бомб включили фугасную ФАБ-50 или бомбы ФАБ-100, АО-10, АО-20М или ФАБ-50М, или зажигательные бомбы ЗАБ-50ТГ. Эти бомбы обычно окрашивались в серый цвет, а тип бомбы указывался цветной маркировкой на ее носу. Бронебойные бомбы имели желто-красные полосы, фугасные – зеленые и синие полосы. Эти И-16 могли также нести химические бомбы, типа ЧАБ-25, АОЧ-15. Химические бомбы, маркировались желто-синей полосой. Полностью загруженный в И-16 тип 29, с подкрыльевыми топливными баками и вооружением имел максимальную скорость 382 км/час на уровне моря и 429 км/час на высоте. По сравнению с современным ему немецким Messerschmiit Bf-109F, истребитель И-16 тип 29 имел существенно более низкие летные данные, за исключением маневренности в ближнем бою.