Вариант с двумя 20-мм пушками ШВАК получил обозначение И-16ПС (Пушечный Синхронизированный). испытания этого самолета проводились параллельно с испытаниями И-16СО. Пушки монтировались на самолете с заводским номером 521570; они были настолько длинными, что казенные части пушек выступали в кабину летчика. Боекомплект – по 175 снарядов на ствол. Внешне И-16СО и И-16ПС были практически идентичны исходным самолетам. Оба истребителя успешно прошли испытания, в ходе которых даже производился отстрел оружия с отключенным стабилизатором. Самолеты доказали способность летать с простреленными лопастями воздушных винтов. С другой стороны, испытания выявили недостатки, главным из которых стало попадание пороховых газов в кабину и в карбюратор двигателя. На самолете в пушечном исполнении этот дефект проявлялся более ярко, поэтому к серийному производству рекомендовали вариант с пулеметами Березина.

Неизвестно, была ли построена серия истребителей с пулеметами Березина (в технической документации самолеты обозначались ЦКБ-150), но весной 1939 г. эти машины вызывали значительный интерес. В конечном итоге на самом высоком уровне данная модификация рекомендовалась в массовое производство, причем освоению этого вариант придавался наивысший приоритет на всех заводах, выпускавших истребители И-16. Задержка с выпуском самолетов была связана с нехваткой пулеметов – оружейные заводы не успевали выпускать их в достаточном количестве. Массовый выпуск И-16 с пулеметами БС (Березин Синхронный) начался с середины 1940 г., истребитель получил обозначение И-16 тип 29.

На фоне истребителя И-16 сфотографирован летчик «Красной пятерки» Михаил Якушин.

Группа летчиков у истребителя И-16 тип 5, конец 30-х годов.

Другим направлением модернизации И-16. которое курировал лично Поликарпов. стало создание высотного варианта. Создание высотного истребителя являлся вообще приоритетной задачей. поставленной перед советскими авиационными КБ в конце 30-х годов. В рамках работ по создание высотных самолетов в ЦИАМе разрабатывался турбокомпрессор ТК-1 с приводом от выхлопных газов двигателя. Самолет с турбокомпрессором сохранял летные характеристики на примерно одном уровне до высоты 10 000 м.

Для изучения проблем высотных полетов несколько самолетов И-16 были оборудованы турбокомпрессорами TK- 1 (по два на каждый самолет). Турбокомпрессоры имели диаметр 285 мм. разместить их под капотом двигателя сразу за цилиндрами оказалось непростой задачей. Первый И-16В с двигателем М-225А и двумя турбокомпрессорами ГК-1 вышел на испытания во второй половине 1938 г. Он стал первым советским высотным истребителем. Чуть позже начались испытания высотных И-16 с двигателями М-25 В и М-62. Установка турбокомпрессоров ТК-1 резко увеличило вероятность возникновения пожара в полете, поскольку горячие отработанные газы турбокомпрессора выводились по бортам деревянного фюзеляжа. Чтобы снизить пожароопасность, центрополан крыла и борта фюзеляжа обшили стальными листами.

В течение 1939 г. испытания опытных высотных истребителей продолжились. Оснащенный двумя турбокомпрессорами ТК-1 самолет И-16 заводской номер 1021582 с двигателем М- 25 В достиг скорости 494 км/ч на высоте 8600 м. а после установки мотора М- 62 максимальная скорость превысила значение 500 км/ч. Изучалась возможность установки на И-16 гермокабины ГК. но это оказалось невозможным. Дело было вовсе не в дополнительной массе, которую давала гермокабина (всего 29 кг), а в том что местоположение этой дополнительной массы окончательно переводила самолетов в разряд неустойчивых, смещая назад центр тяжести. Вероятно именно по причине невозможности установки на И-16 гермокабины дальнейшие работы по высотным вариантам истребителя прекратили.

Помимо значительных доработок, в конструкцию И-16 вносились и более мелкие изменения:

– эксперименты с переносом воздухозаборника карбюратора из нижней в верхнюю часть капота двигателя.

– замена хвостового костыля хвостовым колесом (1940 г.).

– установка фонаря с плоскими поверхностями остекления, снижающими бликообразование.

– монтаж нового закрытого фонаря кабины. Доработанный таким образом в марте 1938 г. И-16 заводской номер 5210601 испытывали Табаровский, Супрун и Никашин, новый фонарь не понравился никому.

– в 1937 г. И-16 заводской номер 5210671 подготовили к установлению женского рекорда скорости. Лететь на рекорд предстояло Валентине Гризодубовой. но осенью того же года машину разбил Валерий Чкалов.

– летом 1940 г. в военно-морских авиаремонтных мастерских два истребителя И-16 тип 24 оснастили бомбодержателями. рассчитанные на подвеску 10 15-кг авиабомб или одной 100-кг бомбы. Самолеты проходили испытания в авиационной бригаде № 62 Черноморского флота.

– летом 1941 г. на двух истребителях И-16 тип 29 смонтировали по четырем направляющих (по две под каждой плоскостью крыла) для реактивных снарядов РС-132. Испытания самолеты проходили с 18 по 26 июня.

– в первой половине 1941 г. значительное количество истребителей И-16 оборудовали бомбодержателями для подвески или двух 100-кг бомб, или двух подвесных дополнительных топливных баков ПСБ-1.

Торжественное построение самолетов и летчиков одной т истребительных частей авиации Краснознаменного Балтийского флота, август 1937г. Истребители И-16 тип 5 оснащены смонтированными на г ар гротах кинофотопулеметами СЛ-17.

Личный состав 13-й эскадрильи ВВС КБФ запечатлены на фоне истребителя И-16 тип К) в 1940 г.

Перечисление экспериментов с участием И-16 было бы не полным без упоминания опытов по дозаправке самолетов в воздухе. Разработка системы дозаправки в воздухе началась в 30-е г. специализированным конструкторским бюро № 1 ВВС. руководил проектированием инженер Запанованный. Летные эксперименты проводились сначала с участием бомбардировщиков ТБ-1 и разведчиков Р-5. К 1935 г. удалось полностью отработать чертежи системы, достаточно простой на бумаге. По идее процесс выглядел следующим образом: с ТБ-1 сбрасывался шланг, со шлангом специальной штангой. установленной по левом у борту, стыковался истребитель И-16. После окончания приема топлива происходило автоматическое рассоединение штанги и шланга. Уже первые полеты выявили невозможность летчика истребителя уравнивать скорость самолета со скоростью заправщика регулируя обороты двигателя штатным сектором газа. Испытания продолжили в июне 19361.. после того как сектор газа был перенесен на ручку управления. Летали летчики-испытатели Соколов, Супрун и Евсеев.