В 1923 году С. Ильюшин создал первый летательный аппарат собственной конструкции. Им стал планер «Мастяжарт», получивший название от Мастерских тяжелой артиллерии, где будущий конструктор занимался его постройкой.

После окончания академии С. Ильюшин с июня 1926 по ноябрь 1931 года занимал должность председателя самолетной секции Научно-технического комитета ВВС, одновременно в 1930–1931 годах работая помощником начальника НИИ ВВС по научно-технической части, а с ноября 1931 года возглавив конструкторское бюро ЦАГИ. В январе 1933 года конструкторский отдел сектора опытного строительства (КОСОС) ЦАГИ был преобразован в Центральное конструкторское бюро (ЦКБ) московского авиазавода № 39 имени В.Р. Менжинского, начальником которого стал Ильюшин. А в 1935 году, после отделения от ЦКБ бригад Н.Н. Поликарпова, В.А. Чижевского и Г.М. Бериева, С. Ильюшин становится главным конструктором Опытного конструкторского бюро авиазавода № 39.

В стенах этого КБ и был создан самолет, ставший в годы войны одним из основных советских бомбардировщиков. Впрочем, история его началась с разработки еще в составе ЦКБ двухмоторного ближнего бомбардировщика, причем по ряду утверждений, значительный вклад в участие в работе над проектом внес Н. Поликарпов. Однако в конце 1934 года поступило распоряжение работы по ближнему бомбардировщику прекратить – выбор был сделан в пользу самолета, созданного под руководством Туполева в ЦАГИ, – будущего бомбардировщика СБ. И тогда Ильюшин принял решение изменить целевое назначение самолета, превратив его в дальний бомбардировщик и воспользовавшись возможностями закупленных во Франции 850-сильных двигателей Gnome-Rhone «Mistral Major» 14Kdrs[17], позволявших улучшить характеристики самолета и в первую очередь – увеличить дальность полета.

1 июля 1935 года опытный ЦКБ-26 совершил первый полет. Создатели самолета преследовали цель максимально уменьшить аэродинамическое сопротивление. В отличие от машин первой половины 30-х годов, самолет имел гладкую обшивку, зализы на стыках крыла с фюзеляжем, убирающееся шасси. Площадь сечения фюзеляжа максимально уменьшили, бомбовый груз размещался во внутреннем отсеке. Аппарат имел смешанную конструкцию – фюзеляж и киль изготовлялись деревянными, а крыло и стабилизаторы – металлическими.

31 марта 1936 года подарком ко дню рождения главного конструктора стал первый вылет усовершенствованного варианта самолета – ЦКБ-30. Главным его отличием от предшественника стал цельнометаллический фюзеляж. Кроме того, ЦКБ-30 был выведен на испытания уже не как опытный образец, а как полноценный боевой самолет: на машине было установлено стрелковое вооружение и бомбардировочное оборудование.

Оба образца показали достаточно высокие летные и пилотажные данные: ЦКБ-26 стал первым тяжелым самолетом, способным выполнить петлю Нестерова.

На ЦКБ-26 летчиком-испытателем В. Коккинаки был установлен ряд мировых рекордов: 7 июля 1936 года с грузом 500 кг самолет поднялся на высоту 11 294 м, почти на тысячу метров превзойдя существовавший рекорд. Это достижение стало первым официальным советским авиационным рекордом, достигнутым после вступления СССР в международную федерацию ФАИ. За короткий период ЦКБ-26 установил еще ряд рекордов – 26 июля (поднявшись на 11 400 м уже с грузом в одну тонну), 3 августа и 7 сентября.

Самолет, имеющий дальность полета до 4000 км с бомбовой нагрузкой в 1000 кг, которая могла включать боеприпасы от ФАБ-50 до ФАБ-1000, бортовое вооружение в составе трех пулеметов ШКАС и скорость свыше 400 км/ч, представлялся руководству ВВС настолько многообещающим, что решение о принятии на вооружение ЦКБ-30 под обозначением ДБ-3 было вынесено уже 5 августа – еще до завершения государственных испытаний.

Вместе с тем имелся и ряд недостатков – отмечалась недостаточная продольная устойчивость, сложный механизм уборки шасси, длительность процесса заправки.

Первая предсерийная партия ДБ-3 была выпущена в конце 1936 года, однако говорить о готовности самолета было еще преждевременно.

В этот же период коллективом был разработан еще один проект, достаточно нетипичный для Ильюшина, – скоростной истребитель И-21.

В пояснительной записке к проекту, представленному в конце 1935 года, Ильюшин писал: «2 мая 1935 года на параде военно-воздушных сил на аэродроме имени Фрунзе товарищем Сталиным была поставлена задача авиационным конструкторам: дать в 1935 году самолет со скоростью 600 км/ч. Приступив немедленно к исполнению поставленной задачи и проведя ряд обстоятельных исследований, нами было обнаружено, что осуществление самолета с такой скоростью возможно не только в виде рекордного, но и в виде боевого одноместного истребителя с четырьмя пулеметами ШКАС или с двумя пушками ШВАК».

Особое внимание при создании самолета, оснащенного двигателем М-34ФРН мощностью 1275 л.с. и, строго говоря, по причине большого веса и габаритов для установки на истребители не предназначавшегося, было уделено улучшению аэродинамики. С этой целью Ильюшин предложил два нестандартных варианта системы охлаждения.

Один из них подразумевал использование в системе охлаждения вместо воды этиленгликоля, имеющего температуру кипения более 190° С, что позволяло поднять температуру жидкости в радиаторе до 120–130 градусов и уменьшить его габариты, что соответственно снижало его аэродинамическое сопротивление. К минусам такой схемы относились сложность эксплуатации собственно этиленгликоля вследствие его химической активности и потеря мощности двигателя, работавшего при постоянной повышенной температуре.

Еще более нетрадиционным был второй предложенный вариант, подразумевавший отказ от радиатора и использование пароконденсаторной системы[18] – в этом случае доведенная до кипения вода в системе охлаждения в виде пара поступала в расположенный в крыле конденсатор, где охлаждалась и снова поступала к двигателю. Такая схема позволяла не только избавиться от выступающего в поток воздуха радиатора, но и существенно снижала массу системы охлаждения и количество воды в ней.

Однако проведенные испытания показали, что использование пароконденсаторной системы не оправдало ожиданий в сочетании с попыткой установить тяжелый двигатель на легкий скоростной истребитель, и работа над проектом Ильюшиным в 1937 году была прекращена.

Основная деятельность КБ сосредоточилась на доводке бомбардировщика ДБ-3. Самолет, в частности, получил новый двигатель – сперва имеющие взлетную мощность до 950 л.с. М-86, а затем, после долгой доводки, уже в 1939 году – М-87.

Новые замечания к самолету появились в ходе боевой эксплуатации бомбардировщиков в период войны против Финляндии. Одной из основных проблем стала недостаточная защита. Представители ВВС потребовали сгруппировать вместе и прикрыть броней топливные баки, обеспечить их системой заполнения инертным газом, улучшить бронезащиту экипажа.