Предсерийный И-16 тип 5 во время эксплуатационных испытаний. Обращают на себя внимание вытянутые отверстия в капоте для вывода индивидуальных выхлопных патрубков, а также хвостовое колесо. Серийные истребители И-16 тип 5 получили вместо хвостового колеса хвостовой костыль.

Лонжероны крыла изготавливались из стали ХМА (хромо-молибденовая сталь). Нервюры изготавливались из алюминиевого сплава, центроплан и передние кромки имели обшивку из листов дюраля (Д1), остальная часть крыльев обтягивалась тканью. Длинные элероны, которые действовали также как закрылки (отклоняемые при посадке на 150), имели раму из дюраля (Д6) и тканевую обшивку, также, как и управляющие поверхности хвостового оперения.

Для выпуска и уборки стоек шасси использовалась ручная лебедка и тросовая проводка (системы гидравлического привода в то время применялись очень редко). Для выпуска шасси требовалось совершить восемнадцать оборотов рукояткой, которая была расположена ниже дросселя и выше рычага перезарядки пулеметов. Не было никакого индикатора, по которому пилот мог бы определить, что стойки шасси полностью выпущены или убраны и встали на замки.

Кабина имела прозрачный фонарь, состоящий из сдвижной рамы с остеклением, в его передней части имелось отверстие для прицела ОП-1. Фонарь двигался вперед и назад на полозьях и имел резиновые уплотнители. Вследствие того, что большинство советских нилотов чувствовало себя очень неудобно в закрытой кабине, многие из них летали с фонарем, сдвинутым полностью вперед, это также облегчало быстрое покидание самолета в аварийных ситуациях.

Вооружение серийного И-16 тип 4 включало два синхронизированных пулемета ПВ-1 (калибра 7,62 мм) с боезапасом по 900 патронов на ствол. ПВ-1 имел скорострельность 780 выстрелов в минуту, начальная скорость пули – 800 м/с. Пулемет ПВ-1 являлся стандартным вооружением советских самолетов, начиная с 1926 года.

Первые истребители И-16 тип 4 были поставлены заводом №21 в октябре 1934 года. 1 мая 1935 года, эти И-16 были впервые представлены широкой публике, когда две группы по пять И-16 пролетели над Красной площадью во время празднования Международного дня труда. В августе того же года, другая группа истребителей была показана в Тушино, в День Воздушного Флота. Всего было построено около 400 штук И-16 тин 4, пока его на сборочной линии не сменил более совершенный истребитель И-16 тип 5, с двигателем М-25.

И-16 тип 4 имел взлетный вес 1354 кг, т.е. был легче, чем любой современный ему западный истребитель. Он развивал максимальную скорость 362 км/час, его скороподъемность составляла 806 метров в минуту, к тому же он обладал феноменальной маневренностью – ему требовалось всего лишь 14-15 секунд, для выполнения полного разворота на 360 градусов.

Довольно высокая нагрузка на крыло обусловила высокую посадочную скорость – 107 км/час. Поэтому И-16 требовались более длинные взлетно-посадочные полосы, чем те, которые были необходимы для старых истребителей-бипланов. Так как поставки новых И-16 тип 4, в строевые части не могли начаться ранее лета 1935 года, Советское правительство приняло решение об удлинении взлетно-посадочных полос аэродромов, чтобы при эксплуатации новых И- 16 не возникало проблем.

Планировалось, что И-16 тип 4, будет временным вариантом истребителя, до того момента пока не будет развернуто производство лицензионной версии двигателя Wright Cyclone SGR-1820-F-3. Однако И-16 тип 4, оказался очень полезен для освоения эксплуатации новых самолетов, а также для ознакомления нилотов с характеристиками моноплана с низко расположенным крылом и убирающимся шасси.

Предсерийные И-16 тип 5 оснащались импортными американскими двигателями Wright Cyclone SGR-1820-F-3. Трубка Пито была более длинной, чем та, которая устанавливалась ни серийных самолетах, а огни на законцовках крыла были меньше чем на серийных И-16 шип 5.

Истребители И-16 тип 5 из состава 8-го истребительного полка. Черноморского флота прогревают двигатели перед стартом. Летное поле в Каче, 1941 год. Самолет на переднем плане не имеет щитков на основных стойках шасси.

ЦКБ-18

Экспериментальный ЦКБ-18 был развитием И-16 тип 4 с бронированной кабиной и усиленным вооружение. Это был первый советский истребитель, оснащенный бронезащитой впереди и позади кабины пилота. Вооружение было увеличено до четырех пулеметов ПВ-1, также имелась возможность подвески 100 килограммовых бомб.

«Звено» И-16 тип 4

Система «Звено» представляла собой сочетание нескольких самолетов, куда входил самолет-носитель и несколько подвешенных под ним истребителей. Благодаря использованию такой концепции достигалось увеличение дальность истребителей, которые получали возможность сопровождать дальние тяжелые бомбардировщики на всем протяжении их полета.

«Звено-6» состояло из бомбардировщика ТБ-3-4М-17Ф в качестве самолета- носителя и двух И-16 тип 4. На ранней стадии испытательной программы «Звена- 6». к ней привлекался, по крайней мере, один опытный ЦКБ-12. Как на И-16 тип 4, так и на ЦКБ-12, демонтировались крыльевые пулеметы. На нижней поверхности каждого крыла ТБ-3 монтировалась специальная рама из стальных труб (снаружи внешних двигателей). На эти рамы подвешивалось два И-16 Тип 4. Истребители сначала устанавливались под крылом 'ГБ-3-4М-17Ф затем поднимались, и подвешивались к узам крепления расположенным на раме. После этого, шасси истребителей убиралось. Первый полет «Звена- 6» состоялся в августе 1935 года.

В ходе Государственных испытаний в НИИ ВВС опытный ЦКБ-12бис, оснащенный американским двигателем Wright Cyclone SGR-1820-F-2, потерпел аварию при посадке. Ее причиной стало разрушение стойки шасси.

В результате, опытную машину пришлось возвратить на завод для ремонта. Кроме собственно ремонта, самолет подвергся модификации, для того чтобы установить на него давно ожидаемый двигатель Wright Cyclone SGR-1820-F-3 (в СССР этот двигатель часто называли РСФ-3).

После установления в ноябре 1933 года между Советским Союзом и Соединенными Штатами дипломатических отношений, между обеими странами вскоре возникли и разнообразные коммерческие связи. Советский Союз получил возможность закупить самые современные американские авиационные двигатели, а также другое авиационное оборудование.

Двигатели Wright Cyclone были поставлены в Советский Союз непосредственно фирмой Wright Aeronautical Corporation, расположенной в Паттерсон (Paterson), штат Нью-Джерси. Двигатель Wright Cyclone, развивающий мощность 630 л.с., был в полтора раза мощнее, чем стандартный радиальный советский двигатель воздушного охлаждения того времени – М-22 (480 л.с.). Несмотря на то, что двигатель SGR- 1820-F-3 был гораздо мощнее, чем М-22, он был только на 72 кг тяжелее и имел меньший диаметр.