Тем временем руководство страны и ВВС, недовольное результатами работы разрозненных и конкурирующих между собой конструкторских бюро и заводов, в 1931 году приступило к реорганизации опытного самолетостроения. Все проектирование было решено централизовать в едином конструкторском бюро – ЦКБ Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). Поликарпов получил назначение на должность заместителя начальника бригады № 3 П.О. Сухого. Именно здесь в середине 1932 года было получено задание от управления ВВС РККА на разработку и проектирование двух новых истребителей, один из которых планировался как скоростной, а второй как «маневренный».
Данная постановка проблемы была не случайной. Дело в том, что в мировом авиастроении на рубеже 20–30-х годов наметилась маленькая революция. На смену бипланам пришли монопланы – самолеты с одним крылом и улучшенной аэродинамикой. Постоянная борьба за скорость – важнейшая черта авиации, особенно истребительной. Переход к монопланам, да еще и с убирающимися шасси позволил сделать резкий прорыв в этой области. Но при этом самолетостроители и испытатели столкнулись с неожиданной проблемой: с ростом скорости ухудшилась маневренность, так как увеличился радиус, а следовательно, и время выполнения горизонтального виража. Маневренные же истребители бипланной схемы с малым временем разворота имели меньшую скорость вследствие большего лобового сопротивления. А с учетом того, что монопланам во время воздушных боев неизбежно пришлось бы биться и с бипланами, большой прирост скорости, как казалось, создавал некоторые тактические проблемы.
Тогда-то военные и нашли компромиссное решение этой задачи в одновременном развитии как скоростных истребителей-монопланов, так и усовершенствованных маневренных бипланов. По принятой в начале 30-х годов доктрине предполагалось, что монопланы должны догонять противника и навязывать ему бой, а бипланам предстоит продолжать его на горизонтальном маневре. У этой проблемы было, конечно, и другое решение – перевести бой в вертикальную плоскость, то есть построить тактику истребителей монопланов на атаке противника сверху-сзади и снизу-сзади с последующим резким набором высоты либо переходом в пикирование. Однако для советской авиации это было нереально из-за отсутствия достаточно мощных авиационных двигателей.
Итак, бригада № 3 ЦКБ ЦАГИ приступила к выполнению задания. Начальник Павел Сухой занялся собственным проектом, первоначально получившим название АНТ-31, а позднее И-14. А Николаю Поликарпову была поручена работа сразу над двумя проектами. Во-первых, модифицировать уже выпускавшийся истребитель И-5, во-вторых, начать рабочее проектирование истребителя-моноплана, первоначально получившего обозначение ЦКБ-12.
Проект открывал новый период советского самолетостроения. Во-первых, истребитель должен был стать одним из первых серийных самолетов с убирающимися шасси, во-вторых, первым боевым самолетом с планируемой скоростью свыше 400 км/ч, что по меркам начала 30-х годов было большим достижением.
В качестве примера для подражания для новой машины, по всей вероятности, послужили новинки американского авиапрома, в частности истребитель «Боинг» Р-26.
Однако не успел Николай Николаевич всерьез развернуться, как в структуре опытного самолетостроения произошла новая реорганизация. Структура ЦКБ ЦАГИ к концу 1933 года постепенно стала чересчур громоздкой, обросла множеством специализированных подразделений, управлять ее работой оказалось сложно. В связи с этим 13 января 1933 года на Московском авиазаводе № 39 было образовано Центральное конструкторское бюро для проектирования и производства легких самолетов. Начальником ЦКБ и одновременно заместителем директора завода был назначен С.В. Ильюшин.
Бюро состояло из самостоятельных конструкторских бригад, специализировавшихся по типам самолетов, вооружению, технологии и проведению различного рода испытаний. Бригада № 1 во главе с С.А. Кочергиным занималась самолетами-разведчиками и штурмовиками, бригада № 2 во главе с Н.Н. Поликарповым – истребителями, бригада № 3 В.А. Чижевского – экспериментальными работами и проектированием дальнего бомбардировщика, бригада № 4 Я.И. Мальцева – проектированием вооружения, бригада № 5 Г.М. Бериева – морскими самолетами и т. д.[http://www.airforce.ru/history/chronology/1933.htm] Организация ЦКБ завершилась 15 февраля 1933 года.
Переезд несколько затянул работы над новыми машинами. В результате первый эскизный проект ЦКБ-12 был подготовлен Поликарповым только в апреле 1933 года. Разрабатываемый самолет имел три принципиальные особенности: малые геометрические размеры и очень небольшие моменты инерции относительно всех трех осей, а также небольшой запас продольной статической устойчивости на планировании вкупе с очень малым полетным весом. В качестве силовой установки Поликарпов предлагал использовать американский звездообразный двигатель Wright Cyclone R-1820-F3, по поводу которого советская сторона вела переговоры о лицензионном производстве на территории СССР. Однако на стадии разработки конструкторам пришлось довольствоваться более старым, но уже хорошо освоенным другим мотором, имевшим обозначение М-22. Это был девятицилиндровый мотор Bristol Jupiter мощностью 480 л. с., ранее устанавливавшийся на истребитель-биплан И-5.
Вообще, найти двигатель для нового самолета было не так-то просто, да и выбора особого не было. К началу 30-х годов в распоряжении конструкторов имелись, по сути, два подходящих агрегата: упоминавшийся выше лицензионный М-22, а также еще более старый немецкий лицензионный BMW VI, выпускавшийся в СССР под индексом М-17. Качество и характеристики моторов также оставляли желать лучшего. Ведь решение проблемы в смысле техническом, то есть копирование импортных образцов с приемлемыми техническими данными, еще не означало решения этой задачи в технологическом отношении. Освоенную модель еще надо было поставить на поточное производство, добиться эффективного использования сотен моторов, собранных не специалистами моторостроительных КБ, а рядовыми работниками серийных заводов, причем эффективно работать эти моторы должны были в руках неквалифицированных мотористов строевых частей. Это была очень непростая задача, удовлетворительно решить которую советским моторостроителям более или менее удалось лишь к середине 30-х годов. До этого момента значительная часть авиадвигателей просто импортировалась. Например, в 1928 году 70 % моторов, стоявших на самолетах ВВС РККА, были изготовлены за рубежом[Мухин М.Ю. Указ. соч. С. 105.].
Что касается вооружения, то и тут особого выбора у создателей самолета не было. В 1930 году конструкторами Борисом Шпитальным и Иринархом Комарицким был сконструирован 7,62-мм авиационный пулемет ШКАС (Шпитального – Комарицкого авиационный скорострельный). Первым это оружие в виде крыльевых пулеметов без прицельных приспособлений, с тросовым механизмом перезаряжания и системой тросов для спуска получил как раз истребитель ЦКБ-12. Автоматика пулемета работала за счет отвода пороховых газов, питание осуществлялось от рассыпной металлической звеньевой ленты. Скорострельность ШКАСа была просто фантастической для того времени. К примеру, 7,62-мм французский авиационный пулемет «Дарн» с ленточным питанием давал 1100–1200 выстрелов в минуту, английский 7,7-мм «Виккерс-Р» с магазинным питанием – 1000, американский 7,62-мм «Кольт-Браунинг» – 900, германский 7,92-мм MG-17–1100[http://stvol357.narod.ru/pulemet/shkas.html].
При установке четырех пулеметов ШКАС, теоретическая скорострельность которых составляла 1800 выстрелов в минуту, истребитель мог выстреливать 120 пуль в секунду[Государственное учреждение Центральный архив Нижегородской области (далее ГУ ЦАНО). Ф. 2066. Оп. 6. Д. 115. Л. 1–18.]. Правда, первые ЦКБ-12 вооружались только двумя пулеметами. Выпуск ШКАСов непрерывно нарастал: если в 1933 году их полукустарным способом собрали 365 штук, то в 1934 году – уже 2476 штук.
В июле 1933 года бригада Поликарпова подготовила второй эскизный проект будущего самолета, на котором и базировались при дальнейшей работе. В августе началась постройка деревянного макета ЦКБ-12, который был готов в ноябре 1933 года. Кстати, вопреки расхожему мнению, будущий И-16 отнюдь не был «детищем короля истребителей». Над машиной работал заместитель Поликарпова по бригаде № 2 Дмитрий Томашевич, а также целая группа специалистов. В Советском Союзе вообще любили приписывать коллективные труды одному человеку – «гению»: автомат АК-47 – Калашникову, танк Т-34 – Кошкину, водородную бомбу – Сахарову и т. д.
В это время в стране полным ходом шла индустриализация, вводились в строй все новые и новые военные предприятия, в том числе авиационные. Поставив цель избавиться, как сейчас говорят, от «импортозависимости», руководство страны требовало в кратчайшие сроки освоить производство самых разных типов самолетов – от скоростных истребителей до четырехмоторных бомбардировщиков. В Казани в составе строившегося в городе авиационного комбината («Казмашстрой») было начато создание завода, позднее получившего название авиазавод № 124 имени Серго Орджоникидзе. В Сибири недавно введенный в строй Иркутский авиационный завод № 125 осваивал выпуск истребителя И-14. На юге страны Таганрогский авиазавод № 31 (бывший аэропланный завод) заканчивал предсерийные испытания летающей лодки МБР-2.
