20-мм патроны комплектовали применявшимся в наземной артиллерии высокочувствительным головным взрывателем мгновенного действия непредохранительного типа МГ-3. Однако последний иногда давал преждевременные разрывы снарядов в стволе пушки. Поэтому в конце 1936 года МГ-3 был заменен взрывателем МГ-201, который имел более высокие чувствительность и мгновенность действия, вылетающий центробежный предохранитель был изъят. Но все же и взрыватель МГ-201 не удовлетворял требованиям по безопасности, так как взводился в канале ствола пушки.

По устройству 20-мм пушка ШВАК была одинакова с 12,7-мм одноименным пулеметом. Различие было лишь в диаметре канала ствола. Ленточное питание пушки было встроено в виде кольца между первой рамой и бензобаком, а перезаряжание пневматическим либо механическим[ГУ ЦАНО. Ф. 2066. Оп. 9. Д. 138. Л. 7.]. Пушка ШВАК выпускалась в трех вариантах: крыльевом, турельном и в виде так называемой мотор-пушки. Последняя отличалась большей длиной, наличием амортизатора и рядом других изменений. Скорострельность ШВАКа достигала 700–800 выстрелов в минуту, а ее снаряд весил 96 г.

На ЦКБ-12П пушки установили в центроплане на месте прежних 7,6-мм пулеметов. Последние же перекочевали в консоли крыльев. При этом патронная лента проходила по всей длине этой отъемной части, а для укладки сверху был сделан специальный люк[Маслов М. Истребитель И-16 // Приложение к журналу «М-Хобби». М.: Армада, 1997. Вып. 2. С. 16.].

В декабре 1936 года Валерий Чкалов испытал самолет. Выяснилось, что конструкция вполне допускала ведение прицельного огня, причем как из обеих пушек и пулеметов одновременно, так и порознь. Разрушения конструкции при этом не наблюдалось. Правда, возникли сложности с шасси. Утяжеление истребителя на 200 кг (общий вес достиг 1750 кг) приводило к слишком большим нагрузкам и быстрому износу. Для взлета и посадки пушечного «ишака» требовался 1 км взлетной полосы. Попадание из ШВАКов в наземные цели составило от 9 до 25 %[ГУ ЦАНО. Ф. 2066. Оп. 9. Д. 138. Л. 7.].

Последнее имело существенное значение, так как в это время было ясно, что на фронте истребителям, помимо их прямых функций, придется время от времени выступать и в роли штурмовиков. Это подтвердила и начавшаяся война в Испании. Кроме того, в Советском Союзе с 20-х годов продолжались неудачные попытки создать специализированный самолет для непосредственной поддержки войск. 6 августа 1924 года было утверждено так называемое Временное наставление по боевому применению воздушных сил СССР. В нем впервые были сформулированы требования к самолету-штурмовику: «Штурмовые самолеты должны обладать большой вертикальной, горизонтальной скоростью и маневренностью. Кроме того, самолет должен иметь сильное вооружение для стрельбы вниз (кроме пулеметов для стрельбы сквозь винт), а мотор и кабина пилота должны быть снизу защищены броней».

Однако создать такую машину оказалось не так-то просто. Главной и долгое время неразрешимой была задача, как компенсировать значительное увеличение массы самолета из-за установленной на нем брони и мощного оружия соответствующей мощностью моторов. Именно из-за этого не удалось создать свой штурмовик ни Николаю Поликарпову, ни Андрею Туполеву, ни другим.

Вторым вариантом было приспособление под штурмовик истребителей, разведчиков и других типов самолетов.

Вскоре после начала серийного производства биплана И-5 Поликарпову поручили испробовать его в качестве штурмовика. Для этого на истребитель попытались установить бомбодержатель для 50-кг бомбы ФАБ-50, четыре пулемета ШКАС и даже ракетодержатели![ГУ ЦАНО. Ф. 2066. Оп. 6. Д. 81. Л. 5.] Однако общий вес самолета при этом достиг почти полутора тонн, ухудшились скоростные характеристики и маневренность. Сам сброс учебных бомб происходил с отказами и неточно, а вероятность попадания в круг диаметром 25 м составляла не более 5 %. В общем, проект не удался…

4 августа 1935 года Совет труда и обороны СССР постановил переделать в штурмовик неудавшийся двухместный истребитель-биплан Ди-6, так же, как И-16, оснащенный двигателем М-25. Предполагалось, что машина будет вооружена шестью пулеметами ШКАС и бомбами, но при этом все равно сможет летать со скоростью 400 км/ч.

Испытания Ди-6Ш показали, что при полетном весе 2115 кг он развивал максимальную скорость 358 км/ч и поднимался на 5000 м за 17,5 мин. В восьми полетах над полигоном испытывалось стрелковое вооружение, в трех – бомбовое и в двух – химическое. При стрельбе из пулеметов с высоты 10–15 м пятая часть пуль попадала в цель размером 20 x 100 м, имитировавшую как бы «роту солдат на марше». Крыльевые пулеметные батареи работали нормально. Однако стрелять из них с высоты выше 17 м уже было невозможно из-за плохого обзора. Был отмечен и ряд других недостатков. Так, управление штурмовиком, особенно у земли на больших скоростях, было сложным и утомительным, он сильно задирал нос, что не позволяло производить прицельное бомбометание.

Несмотря на это, Ди-6Ш, как и многие другие опытные машины, был рекомендован в серийное производство, которое было полностью провалено Московским авиазаводом № 1. До конца 1936 года там удалось выпустить всего 36 штурмовиков, после чего военные признали Ди-6Ш бесперспективным.

И-16 тоже пытались приспособить под штурмовик, устанавливая на него самое разнообразное вооружение. ЦКБ-12П, получивший обозначение И-16 тип 12, был рекомендован к серийному производству. Однако до массового выпуска дело так и не дошло. В 1937 году было собрано только 10 таких пушечных истребителей, а в следующем еще 12.

Попутно шли работы по увеличению количества пулеметов. В январе 1937 года прошли полигонные испытания И-16 с четырьмя ШКАСами. Последние были установлены аналогично предыдущей версии: два в центроплане и два в консолях. Целью испытаний, кроме определения «тактической пригодности» модификации, было «выявить устранение промышленностью дефектов, выявленных ранее по безотказному подводу питания оружия». В ходе учебных стрельб было выявлено, что промышленность, в первую очередь завод № 21, не полностью устранила указанные ранее дефекты вооружения. В частности, подвод питания к внешним пулеметам был недоработан, из-за чего происходили частые заедания ленты. Ручки перезаряжания последних остались без изменений, лента шла плохо, пулеметы часто заклинивало. Несмотря на то что мощь истребителя в целом значительно возросла и появилась возможность использования его в качестве скоростного штурмовика, счетверенная пулеметная установка полигонных испытаний не выдержала[ГУ ЦАНО. Ф. 2066. Оп. 6. Д. 142. Л. 14.].