В 1932 – 1933 гг. советские представители провели переговоры с американской фирмой Curtis-Wright. Результатом стало приобретение моторостроительного завода со всем оборудованием и лицензии на производство двигателей Wright SGR-1820 F-3 Cyclone мощностью 625 л.с. Под эти двигатели и был заказан Поликарпову новый истребитель.
Мощность «Райт-Циклона» составляла 625 л.с., что было почти на пятьдесят процентов больше, чем у двигателя М-22 (480 л.с.). М-22 был копией британского двигателя «Bristol Jupiter». Диаметр Wright SGR- 1820 F-3 Cyclone был меньшим, чем у М- 22, но весил он на 72 кг больше.
При помощи высококвалифицированных специалистов из Центрального Аэрогидродинамического института (ЦАГИ), советские авиаконструкторы были способны разрабатывать самолеты с прекрасной аэродинамикой, фактически их проекты были одними из наиболее передовых в мире на то время. Flo слабым местом советской авиационной промышленности 30-х годов являлось то, что в ней использовались иностранные двигатели. Все советские авиадвигатели, производящиеся в тот период, являлись лицензионными версиями французских, британских или американских оригиналов.
Вместо традиционного прямого верхнего крыла, как у биплана И-5, у нового проекта истребителя, Поликарпов применил крыло типа «чайка». Этот проект крыла был разработан впервые, во-первых чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление верхнего крыла и создать аэродинамическую интерференцию с фюзеляжем а, во- вторых, предоставить пилоту лучший обзор вперёд и вверх.
Крыло изготавливалось из сосны, как и на И-5, часть конструкции в месте сочленения крыла «чайки» и фюзеляжа была сделана из хромомолибденовой стали и алюминиевого сплава. Фюзеляж собирался из труб (хромомолибденовая сталь) сваренных между собой, передняя часть имела обшивку из листов дюралюминия, которая имела меньший вес, по сравнению с обшивкой на И-5. Хотя новый двигатель был тяжелее, чем М-22, первый прототип ЦКБ-3 имел пустой вес стандартного серийного И-5. Крыло типа «чайка» снижало нагрузку на крыло, тем самым существенно улучшая его характеристики.
Первый прототип нового истребителя получил обозначение ЦКБ-3. На нём стоял винт «Hamilton-Standard». В Советском Союзе, двигатель Wright SGR-1820 F-3 Cyclone именовался как, РСФ-3.
Вооружение ЦКБ-3 состояло из четырех синхронизированных пулемётов ПВ-1, калибра 7,62 мм, с прицелом ОП-1. На самолёте имелась возможность установки четырех бомбодержателей под крылом. Первый полёт был совершён в 23 октября 1933 года под управлением летчика-испытателя Валерия Павловича Чкалова.
18 ноября колеса на опытном истребителе заменили лыжами от самолета И-Z, а спустя пять дней произошла авария. 23 ноября 1933 года перед участниками Пленума Реввоенсовета проводили показательные полеты. В тот день на ярко-красном истребителе ЦКБ-3 в воздух поднялся Валерий Чкалов. Во время длительного пикирования со скоростью около 400 км/ч сорвалось ушко крепления растяжки левой лыжи, из-за чего лыжу развернуло поперек набегающего потока. Случай в те времена не редкий. Шансов на благополучное приземление не было. Самолет на посадке перевернулся, Чкалов не пострадал, но машина оказалась разбита.
В декабре 1933 г. подготовили второй опытный экземпляр ЦКБ-3, на котором летные испытания продолжились. Установленный на лыжи самолет развивал максимальную скорость у земли 324 км/ч, а на высоте 3000 м – 350 км/ч. Скороподъемность на высоту 5000 м составила 6,2 мин., время випажа всего 8 сек.
Члены наземной команды обслуживания помогают пилоту иного предсерийного И-15 (красный «3») подготовиться к полету. Тактический номер имел топкую белую обводку, национальные знаки имелись только на бортах фюзеляжа. Красные звезды знаков раннего стиля – с небольшим черным кругом, вписанным вовнутрь красной звезды.
Тем временем работы над опытной машиной продолжались. С целью повышения путевой устойчивости на ней увеличили площадь вертикального оперения. Несколько изменили форму кольца Тауненда, прикрывающего двигатель. В таком виде ЦКБ- 3 весной 1934 года направили для продолжения испытаний на аэродром Качинской летной школы под Севастополем.
Полеты в Каче начались 26 марта 1934 года и продолжались в течение месяца. В апреле, пользуясь хорошей крымской погодой, провели полные эксплуатационные испытания ЦКБ-3. Летчики-испытатели выполнили около 2100 фигур высшего пилотажа.и совершили 520 посадок.
Признавалось, что ЦКБ-3 полностью превосходит имеющиеся в СССР истребители, по маневренности и скороподъемности и опережает все известные иностранные машины, но по максимальной скорости на высоте 5000 м уступает некоторым иностранным образцам. Последний недостаток предлагалось устранить, и истребитель, как полностью удовлетворяющий требованиям ВВС, рекомендовать к серийному производству под обозначением И- 15. Строить самолет решили на двух московских заводах – № 1 и №39. Подготовка к серийному выпуску началась незамедлительно.
Поликарпов И-15
Производство И-15 началось в 1934 году выпуском установочной и первой серийной партии новых истребителей, оснащенных американскими двигателями Wright SGR- 1820 F-3 Cyclone, закупленных непосредственно в Соединенных Штатах.
Причина использования импортных двигателей состояла в том, что первые лицензионные двигатели, выпущенные в СССР под названием РСФ-3, не были такими надёжными как их американские оригиналы.
Новый авиамоторный завод построили в 1934 году в Перми на Урале. Поначалу пермские «Циклоны» собирались из американских деталей. В течение 1935 года предприятие, получившее название завод № 19, полностью освоило производство лицензионных двигателей, которые в соответствии с советской системой обозначений стали называться М-25. До конца года было выпущено 660 моторов.
В результате, первые И-15 выпускались с двигателем М-22, оснащенным карбюратором Stromberg NA-F7C и цельнометаллическим винтом В-22 диаметром 2,8 метра. Испытания истребителя с двигателем М-22 (480 л.с.) показали максимальную скорость в 450 км/час, что было равно скорости подемонстрированнойсамолетом ЦКБ-3 с двигателем Wright Cyclone, мощностью 630 л.с. Истребители с мотором М-22 внешне отличались только несколько изменённым воздухозаборником.
ЦКБ-3
И-15
И. У. Павлов позирует перед своим серебристым И-15. Самолет несет красный флаг на борту фюзеляжа с надписью «За ВКП(б)». Самолет использовался для демонстрационных полетов.
Между 1934 и 1936 годом было выпущено 404 истребителя И-15 с двигателем М-22 на заводе ГАЗ-21. Только с 1936 года, двигатель М-25 стал устанавливаться на И-15. Двигатель М-25 позволил И-15 достичь скорости 367 км/час, (что было на 20 км больше чем у И-15 с М-22 (347 км/час)), поднять потолок до 9800 метров (с М-22 – 9200 метров) и увеличилась дальность полёта до 510 км (с М-22 -480 км). Последние серийные И-15 (538 машин), получили двигатель М-25А с карбюратором К-25-4Д. На самолёты с М-25 устанавливался винт В-25, копия американского винта фирмы Hamilton-Standard, на И-15 с двигателем М-25А ставился винт ВИШ-6. Всего за 1937 год было построено 270 самолётов с двигателем М-25.
Серийные И-15 отличались от прототипа ЦКБ-3 и от самолётов установочной партии. ЦКБ-3 имел три одинаковых ряда жалюзи за двигателем, тогда как на серийных И-15 было три ряда другого размера.
ЦКБ-3 имел трубку Пито из двух частей устанавливающуюся на крыльевой стойке правого борта, в то время как предсерийные и все серийные И-15 имели цельную трубку Пито по середине внутренней стойки. И прототип ЦКБ-3 и предсерийные И-15 имели два обтекателя законцовке нижнего крыла правого борта, которые были удалены на серийных И-15. Многие серийные И-15 не имели бомбодержателей под крылом.
Наиболее заметным различием между прототипом ЦКБ-3 и серийным И-15 был более высокий, менее заостренный руль направления устанавливающийся на всех предсерийных и серийных И-15. Имелось три различных варианта изготовления выводов для стволов пулеметов ПВ-1.