Благодаря предпринятым мерам дефекты изживались, число построенных истребителей И-15 росло. В 1934 г. завод № 39 выпустил 34 самолета, а завод № 1 — 60. В 1935 г. завод № 39 построил 15 машин, завод № 1 — 273. В 1936 г. выпущено только два экземпляра, а всего за указанные годы — 384 самолета.
С начала 1935 г. началось перевооружение частей ВВС на И-15. За изогнутый центроплан летчики называли машину «чайкой».
В ВВС истребитель находился сравнительно недолго и уже с 1937 г. начал сниматься с вооружения. О причинах этого будет сказано ниже. В строевых частях ВВС ВМФ И-15 эксплуатировались более продолжительное время. Например, в составе ВВС Тихоокеанского флота в январе 1939 г. числилось 63 истребителя И-15, а годом позже — 49.
Совершенствование И-15 началось практически сразу после завершения внедрения машины в серию.
В мае 1935 г. проходил испытания второй экземпляр И-15 (№ 33902), оснащенный установленным по указанию начальника НИИ ВВС РККА Коробова винтом регулируемого в полете шага типа Гамильтон-Стандарт. Время набора высоты 5000 м уменьшилось на 1,2 мин, скорость по высотам практически не изменилась, но тепловой режим мотора ухудшился.
В том же 1935 г. Н. Н. Поликарпов разработал проект морского поплавкового истребителя И-15М (ЦКБ-3М), реализовать который по разным причинам, однако, не удалось.
Николай Николаевич понимал, что от схемы самолета можно взять больше, повысить летные характеристики, улучшив аэродинамику машины. Первым шагом в этом направлении явилась установка вместо кольца Тауненда так называемого полукольца NACA. Летные характеристики несколько возросли.
Еще один проект с более существенными изменениями аэродинамики Николай Николаевич разработал к лету 1935 г. Машина получила обозначение ЦКБ-3 № 1 дублер. Иногда в документации она называлась и как «И-15 с вынесенной «чайкой». Предполагалось, что в случае успешного завершения испытаний ЦКБ-3 № 1 дублер будет внедряться в серийное производство как эталон первого полугодия 1936 г. От опытного ЦКБ-3 и серийных И-15 новый самолет отличался следующим:
1. Вместо кольца Тауненда на ЦКБ-3 № 1 дублер поставили оправдавший себя на И-16 с Р.Ц. F-3 туннельный капот, снижающий лобовое сопротивление машины и дающий возможность регулировать охлаждение мотора.
2. Вместо мотора Райт «Циклон» SGR-1820 F-3 на самолет установили его высотную модификацию F-54.
3. Для сохранения центровки и улучшения устойчивости вынос верхнего крыла увеличили на 75 мм.
4. Это позволило закрыть кабину пилота сдвижным вперед фонарем по типу И-16, улучшив обтекание за головой пилота.
5. Предусматривалась установка специального винта под мотор Р.Ц. F-54.
Согласно расчетам, ЦКБ-3 № 1 дублер мог достичь максимальной скорости 405–415 км/ч — вполне сопоставимой с характеристиками истребителей-монопланов той эпохи. Так как Р.Ц. F-54 еще не был доставлен в СССР, построенный самолет оснастили менее высотным Р.Ц. F-3. С ним на заводских испытаниях ЦКБ-3 № 1 дублер развил скорость (не предельную) 353 км/ч у земли и 377 км/ч на высоте 2000 м. По причинам, которые будут рассмотрены ниже, полного цикла заводских испытаний самолет не проходил, на государственные испытания не передавался.
21 декабря 1935 г. летчик Владимир Константинович Коккинаки на опытном экземпляре ЦКБ-3, специально облегченном для этого полета, установил мировой рекорд высоты, поднявшись на 14 575 м, на 132 м превысив рекорд высоты, установленный в 1934 г. итальянским летчиком Р. Донатти на самолете «Caproni-114а».
Успех побудил Поликарпова разработать проект специальной рекордной модификации самолета ЦКБ-3 № 1 дуб-л ер, получившей обозначение ЦКБ-3РВ («рекорд высоты») или ЦКБ-42. Размах верхнего крыла был увеличен до 12 м, нижнего — до 9,5 м. Благодаря этому площадь крыла увеличилась до 26,9 кв. м. За счет снятия вооружения, лишнего оборудования, облегчения конструкции (вес пустого самолета — 1030 кг, взлетный вес — 1240 кг) и улучшения аэродинамики ЦКБ-3РВ с двигателем Райт «Циклон» F-54 мог достичь высоты 17 000 м. Однако его постройка не состоялась.
Освоение высотных полетов было невозможно без создания условий обеспечения жизнедеятельности человека в стратосфере. Для решения этой проблемы А. Я. Щербаков разработал для И-15 одну из первых в стране гермокабин мягкого типа CK-IV. Ее основу составлял резиновый мешок-кокон, обмотанный снаружи на клею прочной текстильной лентой. При подъеме на высоту лента воспринимала нагрузки от внутреннего давления. К мешку-кокону крепилось массивное кольцо. Вся эта конструкция вставлялась в кабину истребителя И-15 перед приборной доской. Заголовник самолета переделывался. На кольцо внутренними замками крепился купол-полусфера с 8 круглыми иллюминаторами, установленными в ее передней части. Для улучшения аэродинамики самолета заднюю часть полусферы соединял с хвостовой частью фюзеляжа откидной дюралевый обтекатель. Органы управления самолетом были выведены в кокон через специальные уплотнительные манжеты. Внутри кокона размещалось кислородное оборудование. Общий вес кабины CK-IV составлял 46,5 к г.
Летные испытания, проходившие в 1937 г. (летчик — С. П. Супрун), показали, что кабина удовлетворяет своему назначению. Окна-иллюминаторы не запотевали, а температура позволяла проводить полеты без высотного обмундирования (пилот летал в одной гимнастерке). Кабина испытывалась до высот 9500 м. В выводах по результатам испытаний в качестве главного недостатка отмечено, что кабину практически невозможно покинуть с парашютом в случае аварии: на открытие замков купола-полусферы затрачивалось до 15 секунд.
Многие недостатки были учтены А. Я. Щербаковым при разработке второго варианта кабины, которая к тому же была оснащена и системой управления оружием. Вместо заголовника хвостовую часть фюзеляжа сверху закрывали панели из оргстекла, а иллюминаторы размещались на всей поверхности полусферы. Это позволило осуществить столь важный для ведения воздушного боя обзор из кабины назад.
Другим направлением повышения высоты полета являлась установка на самолете турбокомпрессоров. В 1938 г. на испытания вышел И-15 с двигателем М-25Е и двумя турбокомпрессорами ТК-1, вооруженный двумя синхронными пулеметами ПВ-1. В перегрузку можно было брать до 40 кг бомб. Налетных испытаниях при взлетном весе 1550 кгуда-лось достичь скорости 41О км/ч на высоте 10 000 м.
Оба этих направления соединились в конструкции самолета И-15В (заказ 415В) с высотным мотором Р.Ц. F-7, винтом изменяемого шага ВИШ-26 и двумя турбокомпрессорами ТК-1 (1938 г.). На нем была установлена гермокабина конструкции Н. Н. Поликарпова, без кольца. Герметизация достигалась прижимом крышки фонаря к окантовке с резиновым валиком. Испытания начались с января 1939 г. и имели своей главной целью отработку конструкции основных систем, так как самолет серийно уже давно не строился.
В 1938 г. на И-15 проходили испытания новые образцы вооружения — крупнокалиберные (12,7 мм) синхронные пулеметы и реактивные снаряды (6 шт.) под нижним крылом.
Здесь уместно рассказать еще об одной работе, связанной с использованием истребителя И-15.
