Несмотря на разные оценки жизни страны конца 20-х — начала 30-х гг. ХХ века, надо признать, что в годы первой пятилетки в СССР интенсивными темпами развивались металлургия, тракторная, автомобильная, химическая промышленность и все отрасли оборонной, включая авиационную. В 1929–1934 гг. вошли в строй авиационные заводы № 21 в Горьком (1931 г.), № 18 в Воронеже (1934 г.), № 81 в Тушине (1934 г.), авиамоторные заводы № 26 в Рыбинске (1930 г.), № 19 в Перми (1933 г.), № 16 в Воронеже (1934 г.).
В начале 1933 г. руководство ВВС утвердило план развития опытного самолетостроения на 1933–1934 гг., реализация которого должна была привести к качественному скачку в отечественной авиационной технике. В эти годы предполагалось создать новые бомбардировщики Д-1 с 10 двигателями М-34 и К-1 с двумя М-34 в ЦАГИ, в системе ГУ ГВФ — бомбардировщик Х-1 с двумя-тремя М-34, в КБ Калинина — ВС-2 с двумя М-52. Задание на новые истребители И-13, И-14 было выдано ЦАГИ, а на И-15, ДИ-6 — ЦКБ. Планом предусматривалось создание разведчиков и штурмовиков ЛР, ТШ-3, учебных и переходных самолетов У-3, П-3, автожиров, вертолета, самолета с реактивным двигателем и др.
В этом плане бригада № 2 отвечала за выполнение только одного пункта — за проектирование истребителя И-15 (ЦКБ-3), но, несмотря на наличие предварительного эскизного проекта, до окончания разработки, до постройки машины еще было очень далеко.
Основные проблемы возникли с двигателем.
Руководство ВВС рассматривало мотор Бристоль «Меркур» IV VS2 для истребителей И-14 и И-15 как промежуточный, который впоследствии предполагалось заменить отечественными двигателями М-38 и М-58 с близкими характеристиками. Однако уже в начале 1933 г. стало ясно, что из-за наличия большого количества дефектов довести М-38 не удастся. В планах был сделан упор на применение мотора М-58 конструкции А. С. Назарова, но он еще не достиг надлежащей степени готовности (это удалось сделать лишь к концу 1935 г.). Вплоть до мая 1933 г. бригада № 2 занималась проработкой вариантов эскизного проекта истребителя И-15 сначала под двигатель М-38, затем под М-58. Потом вновь вернулись к мотору Бристоль «Меркур» IVVS2. Но их было закуплено очень мало, и предназначались они в основном для истребителя И -14, задание на который считалось приоритетным.
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.
