задавались следующие параметры нового бомбардировщика: максимальная скорость 200 км/ч, практический потолок 5000 – 6000 м, радиус действия 1000 км, бомбовая нагрузка 7000 кг, вооружение из шести – восьми пулеметов и одной пушки (калибром 20 или 37 мм). Срок готовности опытного образца огромного бомбардировщика определялся к 1 декабря 1931 г. Приоритетность предъявленных требований четко определялась:на первое место ставилась грузоподъемность, на второе – дальность полета, на третье – «огневая независимость) (способность самостоятельно обороняться от истребителей противника), а высота и скорость шли в последнюю очередь.
Первоначально предполагалось, что самолет получит четыре мотора М-35 мощностью по 1500 – 1800 л.с. каждый. Многие путают этот двигатель с появившимся гораздо позже АМ-35 (который тоже первоначально именовался М-35). Этот первый М-35 разрабатывался с 1930 г. в Институте авиационного моторостроения (ИАМ) под руководством А.А. Микулина как дальнейшее развитие удачного М-34. Последовательно спроектировали три варианта мотора: %-образный из трех блоков от М-34, спаренный из двух М-34, работающих на общий редуктор, и 12-цилиндровый Ч-образный – как бы увеличенный М-34 с большим диаметром цилиндров. Но все три не дошли даже до стадии изготовления опытных образцов. В 1933 г. работы по М-35 окончател ьно превратил и.
Практика проектирования самолета под еще не существующие моторы, безусловно, являлась порочной. Но для грандиозных советских планов она была нормой – поэтому их постоянно приходилось перелицовывать, подгоняя под фактическую ситуацию. Хотелось получить все побыстрее и с самой лучшей, самой новой комплектацией. Поэтому в задания вписывали двигатели, которые лишь прочерчены на бумаге, приборы, которых еще нет, пушки и пулеметы, которые проходят мучительный процесс доводки.
В ЦАГИ сначала выполнили эскизный проект АНТ-16 под четыре мотора М-35 в полном соответствии с заданием. Его завершили в октябре 1930 г. Потом сообразили, что самолет по плану надо уже строить, а требуемых двигателей нет, и в ближайшем будущем явно не ожидается. Начали искать альтернативы. Просчитали варианты с итальянскими моторами Изота-Фраскини ASSO, немецкими BMW IX, английскими Роллс-Ройс НХ 11 и отечественными М-34, М-34Р, ФЭД и М-27Р (существовавшими тогда в лучшем случае в опытных образцах). Все они уступали по мощности М-35. Чтобы обеспечить нужную суммарную тягу, количество двигателей вынужденно решили увеличить до шести.
К апрелю 1931 г. пришли к выводу, что основным вариантом для проектирования должна стать установка шести двигателей М-34, которые во втором квартале 1932 г. намеревались заменить четырьмя М-35. Но М-34 в наличии тоже не имелось – их производство на заводе № 24 в Москве начали налаживать только с сентября 1931 г. Поэтому для первого опытного АНТ-16 решили купить моторы по 800 л.с. в Англии. Фирме Роллс-Ройс» даже успели выдать заказ на них.
Но уже 1 июня заказ отменили. Это было связано с решением правительства прекратить закупку импортных моторов для опытных самолетов. Поскольку М-34Р и ФЭД пока не существовали даже в опытных образцах, а от серийного выпуска М-27Р отказались, то оставалось надеяться только на М-34.
Опытный самолет к этому времени уже начали строить. По своей компоновке бомбардировщик во многом повторял ТБ-З, но со значительным увеличением размеров всех узлов. Параллельно проектировались два варианта ТБ-4, предусмотренные планом опытных работ. Один должен был строиться целиком из дюраля (кольчугалюминия) и иметь большее по площади крыло (410 м'). Уточненное задание требовало от этого варианта бомбовую нагрузку 6000 кг и вооружение из десяти пулеметов и двух пушек. Второй тип должен был иметь стальной (для экономии дефицитного дюраля) каркас и меньшее по размерам крыло (площадью 340 м'). Он должен был нести меньше бомб (4500 кг) и более слабое стрелково-артиллерийское вооружение шесть – восемь пулеметов и одну пушку.
3 февраля 1931 г. Реввоенсовет СССР утвердил данные предварительных расчетов и принял решение строить опытную дюралевую машину с крылом площадью 410 м',
Конструкция ТБ-4 была и похожа, и не похожа на ТБ-З. Принципиально это был такой же свободнонесущий моноплан с неубирающимся шасси, тихоходный гофрированный гигант с крылом толстого профиля. Аэродинамическая компоновка и облик большинства узлов повторяли ГБ-З.
Но имелись и отличия. Отказавшись от членения машины на узлы, укладывающиеся в железнодорожный габарит, крыло разбили всего на три части – центроплан и две консоли. Да и внутри крыло стало несколько иным. Число лонжеронов сократилосьдо трех. Их раскосы делали не из труб, а клепали из листа.
Фюзеляж принципиально не отличался от ТБ-3, но включал не один, а два бомбоотсека. Интересно, что вопреки плану опытных работ и заданию, самолет проектировали под бомбовую нагрузку 10 000 кг в соответствии с первоначальными прикидками. При этом полностью проигнорировали то, что машина с нагрузкой 10 000 кг, являвшаяся следующим шагом после ТБ- 4, к этому времени уже была исключена из всех планов. Но, очевидно, уже сделанные чертежи Туполев не желал выбрасывать в корзину.
Бомбоотсеки позволяли подвеску в восьми кассетах КД-3 (Дер-18) бомб калибром до 500 кг. Общая нагрузка складывалась из 20 бомб по 500 кг или 40 бомб по 250 кг. Каждая пара кассет имела свой люк для сбрасывания бомб. Внутренняя подвеска боеприпасов более крупных калибров не предусматривалась. Проходы вдоль бомбоотсеков, шедшие посередине, не давали возможности использовать всю ширину емкого фюзеляжа. Самой крупной бомбой, которую мог нести АНТ-16, являлась АФ-1000 весом в тонну. Такие бомбы вешались на наружных бомбодержателях под центропланом.
В носовой части самолета размещались передний артиллерист, бомбардир и штурман. Для бомбардира предусматривалась установка оптического прицела ОПБ-2 (копия немецкого «Герц-Бойков»). Два пилота сидели в полузакрытой кабине перед крылом. Места летчиков разделялись широким проходом с металлической крышей над ним. Нечто подобное встречалось на самолетах фирмы с Юнкерс». Компоновку носовой части и ее кабин отработали на макете, утвержденном в апреле 1931 г. Места двух бортмехаников находились в центроплане. Согласно заданию, они могли в полете перемешаться внутри крыла и через специальные смотровые окна наблюдать за работой агрегатов двигателей. Предусматривался также выход через люки на крыло и горизонтальное оперение. За бомбоотсеками находилась кабина радиста с радиостанцией 11-СК, так называемая общая кабина и отдельная кабина для установки радиопеленгатора (примитивного радиокомпаса).
Оперение было очень сходно с тем, которое позже ввели на ТБ-3 с моторами М-34Р, но отличалось значительно большими габаритами. Несмотря на размеры рулей и, соответственно, нагрузки на органы управления, рули приводились в действие без сервомеханизмов, по жесткой схеме. Пилотам помогал только электропривод изменения угла установкистабилизатора.
Шасси на ТБ-3 было совершенно не похоже. Иначе выполнили саму стойку, ввели масляно-пневматическую амортизацию (на ранних модификациях ТБ-3 для этой цели применяли резиновые буфера), а спаренные колеса разместили не в тележке-тандем, а рядом друг с другом. Спицованные колеса снабдили импортными барабанными тормозами «Фаст». Проектом предусматривалось закрытие стоек вместе с колесами обтекателями-штанами». Но на других эскизах видны большие каплевидные обтекатели, закрывающие только колеса. Хвостовой опорой являлся не традиционный для того времени костыль, а ориентирующееся колесо.
Долгая утряска ситуации с двигателями явно наложила свой отпечаток на компоновку мотоустановки. Четыре мотора стояли в ряд на крыле, а еще два – в специальной гондоле на фермах над фюзеляжем. В этой гондоле М-34 располагались тандемом – один с тянущим, а другойс толкающим винтом. Туполев явно использовал установку, ранее спроектированную для гидросамолета, – там надо приподнимать моторы и винты повыше, чтобы уберечь их от водяных брызг на взлете и посадке. Похоже, что такое решение считалось временным. Если бы удалось заполучить двигатели большей мощности, то их бы установили вместо М-34 на крыле, а верхнюю установку – ликвидировали. Предусматривался и седьмой мотор – вспомогательный, приводивший так называемую «центральную электростанцию» фирмы «Сименс». Двухтактный мотор от мотоцикла мощностью 7 л.с, крутил вал генератора. По современным меркам «центральная электростанция» давала совсем мало- 2,5 КВт. На серийных ТБ-4 собирались использовать отечественный двигатель от мотоцикла Л-300 (скопированный с английского) и копию же генератора «Сименс», которую делал завод им. Лепсе.
