Это были те счастливые для авиаконструктора годы, когда он мог строить самолет по собственной инициативе, вкладывая в него любые, самые смелые и рискованные идеи. Когда в 1933 году Николай Николаевич Поликарпов приступил к проектированию сразу двух истребителей: экспериментального моноплана И-16 (ЦКБ-12) и биплана И-15, первый строился в инициативном порядке, и именно в него Поликарпов заложил весь свой накопленный к этому времени опыт, все свое конструкторское чутье. Ну а И-15 разрабатывался по заданию ВВС, тяготевших в то время к бипланам.

В полной мере понимая и оправдывая заказчика, Поликарпов тем не менее знал, что окончательный переход от биплана к моноплану уже предрешен. Возросшая примерно в полтора раза по сравнению с машинами двадцатых годов мощность авиадвигателей позволяла, попросту говоря, "снять второе крыло с биплана". При этом за счет уменьшения аэродинамического сопротивления самолета должна была резко возрасти его скорость. Самолет оснастили убираемым шасси и закрытой кабиной пилота (фонарь целиком сдвигался вперед).

Не менее важной характеристикой истребителя является хорошая управляемость. Как известно из аэродинамики, повысить ее легче всего за счет снижения устойчивости. Чем ближе центр тяжести самолета к его аэродинамическому фокусу, тем меньше запас устойчивости, тем энергичное реагирует истребитель на движение ручки управления. Укоротив хвостовую часть фюзеляжа, конструктор уменьшил плечо горизонтального оперения и сдвинул вперед аэродинамический фокус самолета. Сместился назад и центр тяжести истребителя (за счет "обрезанного" носа), теперь он располагался практически в аэродинамическом фокусе.

В результате этих нововведений самолет стал неустойчивым на некоторых режимах, что опытным пилотам нравилось, а новичков пугало и это тормозило внедрение машины. Однако чрезмерная чувствительность ручки управления самолетом оставалась одним из главных недостатков машины на протяжении всей службы. К тому времени возникли сомнения и в штопорных характеристиках И-16. Но здесь в судьбу И-16 вмешался Валерий Чкалов, который был буквально покорен его скоростными и маневренными качествами. Со свойственной ему бескомпромиссностью и убежденностью Чкалов отстаивал И-16 во всех комиссиях, заражал присутствующих верой в перспективность детища Поликарпова.

Как оказалось, штопорные характеристики самолета были вполне нормальными. При потере скорости и нейтральном управлении И-16 в штопор не входил: свалившись на крыло и сделав полвитка, самолет снова выходил в прямолинейный полет. В случае принудительного ввода И-16 входил в штопор с устойчивым характером вращения. Вывод без проблем осуществлялся при нейтральной установке рулей. Тенденций к плоскому штопору отмечено не было. Чкалов успешно выводил его даже из плоского штопора.

Вооружение состояло из двух новых скорострельных пулеметов ШКАС калибром 7,62мм, установленных в крыле. Для улучшения посадочных характеристик элероны сделали зависающими. Для посадки в кабину были предусмотрены боковые откидные дверцы.

И-16 был первым в мире скоростным истребителем-монопланом, а поэтому он, как это всегда бывает с первыми, стал своего рода эталоном для многих конструкторов, прямым и непосредственным предшественником целой плеяды советских истребителей.

• тип 4 (1934 года)

  И-16 стал на заводе N21 четвертым типом выпускаемой продукции после И-5, ХАИ-1, И-14. Первые самолеты И-16, оснащенные двигателями М-22 мощностью 480л.с., получили, таким образом, обозначение тип 4. Вооружение состояло из двух пулеметов ШКАС. Эти машины выпускались заводом в течении всего 1935 года, всего было построено 400 самолетов. "Тип 4" не применялся в "командировках" (Испании и Китае) однако оставался в небольших количествах в строевых частях и летных школах к моменту нападения Германии на Советский Союз.

• тип 5 (1934 года)

  В 1935 году появилась возможность устанавливать на И-16 двигатели М-25 мощностью 730л.с. (копия американского радиального мотора Wright Cyclone). Капот двигателей несколько изменился, появились лобовые жалюзи. Новая модификация самолета развивала скорость на трехкилометровой высоте 456км/час. Первоначально эти двигатели воздушного охлаждения эксплуатировались без маслорадиаторов, но высокая температура воздуха и предельные режимы работы двигателей в боевой обстановке привели к необходимости их установки.

  Во время гражданской войны в Испании в 1936-1939 года И-16 впервые был использован в боевой обстановке. Появление И-16 коренным образом изменило характер воздушных схваток. Новый боец был первым в мире самолетом способным вести бои на вертикали. Основные противники - немецкий истребитель He-51 и итальянский CR.32 значительно уступали ему по своим летным данным - настолько, что пилотам этих машин было настоятельно рекомендовано не ввязываться в бой, не имея численного преимущества. Боязнь встречи с внезапно появившимися И-16, у националистов первоначально был столь велик, что они дали ему прозвище "Рата" (крыса). Республиканцы стали ласково называть своего защитника "Моска" (муха).

• тип 6 (1937 года)

  Эксплуатация И-16 в Испании выявила целый ряд недостатков самолета. Колеса оказались слишком узкими для испанских аэродромов - взлетать часто приходилось с обычных каменистых виноградников. При этом мелкие камни пробивали полотно низко расположенного горизонтального оперения. Хуже оказалось с подвижным фонарем летчика, механизм которого работал недостаточно надежно, а сам фонарь забрызгивало маслом. Часто фонарь самопроизвольно на большой скорости задвигался, поэтому скоро пилоты стали закреплять его постоянно в открытом положении, что хотя и ухудшало аэродинамику, однако добавляло уверенности в бою. В результате и на серийных машинах отказались от сдвижного фонаря, заменив его неподвижным козырьком.

  Задняя центровка машины неожиданно сделала И-16 прямо-таки вездеходом - он не переворачивался даже при посадке на пашне. Одним из основных недостатков И-16 была признана его недостаточная огневая мощь. Поэтому на И-16 "тип 6" в нижней части фюзеляжа установили третий синхронный ШКАС.

• тип 10 (1937 года)

  Вслед за И-16 "тип 6" появилась модификация с двумя синхронными пулеметами ШКАС, установленными в верхней части фюзеляжа. Этот четырехпулеметный И-16 в Испании стал называться "Супер Моска" или просто "Супер".

  Этот самолет явился крупной модификацией И-16: поставлен форсированный двигатель М-25В мощностью 750л.с.; вооружение дополнилось двумя верхними синхронными пулеметами; сдвижной фонарь заменен неподвижным козырьком; оптический прицел заменен на коллиматорный; усилен планер; убран механизм зависания элеронов, но установлены посадочные щитки

• тип 12 (1936 года)

  В апреле 1936 года Поликарпов предложил проект И-16, вооруженного пушками в дополнение к двум имеющимся пулеметам. ЦКБ-12П или И-16П был оснащен двумя пушками ШВАК и двумя пулеметами ШКАС. Размещались они в крыле таким образом, чтобы стрельба велась за пределами диска вращающегося винта. Пушки ставились в центроплане, на месте ранее устанавливаемых ШКАСов. А сами ШКАСы перекочевали в отъемную часть крыла.

• тип 17 (1938 года)

  Когда появился "тип 10" с форсированным двигателем М-25В и синхронными пулеметами ШКАС в фюзеляже, переставлено было оружие и в пушечной машине. Пулеметы перенесли в фюзеляж, пушки остались в крыльях. Начиная с "типа 17", на самолет стали устанавливаться убираемые в полете лыжи. В связи с этим в нижней части капота, в месте сопряжения с крылом, появились выколотки для носков лыж. Пушечные варианты истребителя испытания проходили в боевых условиях в Испании.

• тип 18 (1939 года)

  В начале 1939 года был решен вопрос с заменой двигателя М-25 на более мощный М-62 (830л.с.). Для обеспечения возможности установки убираемых в полете лыж капот в нижней части был обрезан. Испытания машины с новым мотором показали, что летные данные значительно возросли.

  Однако, прежде чем "тип 18" стал выпускаться серийно, замена двигателя произошла в боевых условиях. Идея такой установки возникла в действующих частях, когда в июле на фронт прибыли новейшие бипланы - истребители И-153 "Чайка", оснащенные моторами М-62. Поступившие запасные комплекты двигателей "чаек" и послужили толчком для установки их на И-16. Мотор М-62, обладая большой мощностью и высотностью, мог устанавливаться вместо двигателя М-25 практически без переделок.

• тип 20 (1939 года)

  В "зимней" войне для увеличения дальности полета истребителя на И-16 уже массово начали применяться сбрасываемые подвесные бензобаки из фибры - прессованного, пропитанного клеем картона. Серьезность решения данной проблемы была столь велика, что И-16 с подвесными подкрыльвыми баками, называемый самолетом-сопроводителем даже получил на этапе испытаний обозначение "тип 20".

• тип 24 (1939 года)

  В 1939 году уже мало кто сомневался в окончании эпохи И-16. Даже установка на опытный вариант "тип 24" более мощных двигателей М-63 (900л.с.) не позволила серийному истребителю превзойти рубеж скорости в 500км/час. Полотняную обшивку верхней части крыла заменили фанерной, но на серийных самолетах обшивка осталась прежней.

  В 1939 году были проведены летные исследования И-16, доказывающие, что дальнейшее совершенствование истребителя как типа нецелесообразно. О неустойчивости И-16 в полете, наконец, было сказано как о недостатке. Из-за неудовлетворительной компоновки самолета, летчики приучались к неправильному пилотированию, о полете с "брошенной" ручкой не могло идти речи, а ведение прицельной стрельбы из неустойчивой машины являлось весьма непростым делом.

• тип 27 (1940 года)

  Дальнейшей модификацией "типа 17" стала версия "тип 27" с заменой двигателя М-25В на М-62 и конструктивными изменениями винтомоторной установки подобно "типу 18".

• тип 28 (1940 года)

  Продолжением работ по пушечному варианту истребителя стала модификация "тип 28" с мотором М-63. В конструкцию самолета были внесены общие изменения, в соответствии с "типом 24".

• тип 29 (1940 года)

  Последней модификацией самолета стал "тип 29". На И-16 установили крупнокалиберный пулемет БС калибра 12,7мм в нижней части фюзеляжа в пространстве между нишами шасси, и оставили два пулемета ШКАС над двигателем. Крыло полностью освободили от стрелкового вооружения, но под крылом установили замки для подвесных баков и шести ракетных орудий для реактивных снарядов РС-82. Высота шасси уменьшена на 32мм, ниши шасси раздвинули, уменьшили диаметр пропеллера, но поставили более широкие лопасти. Радиофицированные самолеты имели мачтовую антенну, установленную на правой части капота.