Вторая партия, состоявшая также из 31 самолета, прибыла в Испанию 7 мая 1937 г., 21 мая на Пиренеи доставили еще 17 одноместных И-16 и четыре двухместных И-16УТИ. Самолеты сопровождали летчики, большая часть которых служила в 142-й авиационной бригаде, базировавшейся в Бобруйске. Вместе с советскими летчиками прибыла и небольшая группа испанских пилотов, прошедших курс обучения в Кировобадском авиационном училище. К этому времени в небе Испании с самолетами И-16 произошло несколько катастроф, причиной которых послужила недостаточная прочность узлов навески элеронов. При маневрировании с большими перегрузками в ходе воздушного боя, крепления элеронов разрушались, элероны отрывались и самолет терял управляемость. Инциденты отозвались репрессиями в Советском Союзе. В духе того времени начался поиск виновных в саботаже «врагов народа». Впрочем, настоящую причину отрыва элеронов также установили. В результате была усилена конструкция 150 крыльев, кроме того заменили обшивку элеронов. Четырнадцать истребителей до 1 июля прошли доработку на месте, в Испании, 10 августа 1937 г. в Испанию прибыли 62 самолета, модернизированных в заводских условиях.

Вид спереди на мотораму И-16.

Инструктор авиационного училища в Эль-Кармоли Рамон Кастанеда позирует па фоне И-16, снимок сделан незадолго до гибели Кастанеды в авиакатастрофе.

Эксплуатация истребителей И-16 в условиях фронта выявила множество других дефектов. Так, колеса основных шасси с пневматиками размерами 750x100 оказались слишком узкими для работы с испанских аэродромов, которые отличались каменистым грунтом. Отскакивающие от колес при взлете и посадки камни повреждали горизонтальное оперение. Дефект устранили путем установки пневматиков размерами 750x150 и дополнительной обшивкой нижних поверхностей стабилизатора и рулей высоты. Источником постоянных проблем стал фонарь кабины. Козырек забрызгивался маслом, поэтому для улучшения обзора летчики старались фиксировать фонарь в открытом положении, однако при маневрировании фонарь самопроизвольно закрывался. Неожиданным плюсом стала чрезмерная задняя центровка самолета. Случаев капотирования почти не отмечалось даже при грубых посадках на неподготовленные площадки.

Много внимания уделялось изучению живучести самолета в условиях реальных боевых действий. Воздушные бои над Валенсией в период с 9 марта по 8 апреля 1937 г. привлекли особое внимание этой проблеме. Выяснилось, что пули крупнокалиберных пулеметов истребителей CR-32 пробивают бронеспинку И-16, защита топливных баков советского истребителя также оставляет желать лучшего.

На рулежке истребителей по полевым испанским аэродромам двигатели М-25 засасывали пыль, из-за чего быстро выходили из строя. Все первые двигатели воздушного охлаждения не оснащались маслорадиаторами, однако опыт эксплуатации И-16 в Испании выявил настоятельную необходимость установки маслорадиаторов. Перегреву двигателей способствовал не только жаркий климат, но и далекое от бережливости отношение летчиков к своим самолетам. Практически весь полет двигатели работали на максимальных оборотах. Никто не предполагал в мирное время, что на самолетах станут пикировать с высоты 3-4 километров до самой земли, так же не предполагали и длительных бреющих полетов. Сорванные струей воздуха на протяжении нескольких километров полевые цветы стали обычным явлением.

И все-таки в целом И-16 заслужил положительную оценку. Большим достоинством планера истребителя стала простота ремонта. Средний процент ежемесячных потерь составлял 35.4%, из них 18%-потери безвозвратные, а 16.4% подлежали ремонту в полевых мастерских. Средний срок «жизни» в боевых условиях одного истребителя И-16 составил 87 дней. Настоящим сюрпризом для конструкторов стала стойкость к атмосферному воздействию конструкции из дерева и полотна. В жарком и сухом испанском климате такие конструкции сохранялись гораздо лучше, чем в суровых условиях России.

Главным недостатком И-16 стало сравнительно слабое вооружение самолета. Его основной противник, итальянский Фиат CR-32. имел гораздо более сильное вооружение, позволявшее пилотам республиканцев частично компенсировать более низкие летные характеристики своего биплана. Двух 7,62-мм ШКАСов было явно недостаточно. Группа инженеров завода № 21 под руководством Боровкова всего за одну ночь изыскала возможность установки на И-16 третьего, синхронного, пулемета ШКАС в нижней части фюзеляжа. «Трехпулеметных» И-16 изготовили незначительное количество. Даже если некоторые из них и попали в Испанию, на ход воздушных боев они не оказали никакого влияния.

Позже появилась новая модификация И-16, вооруженная помимо крыльевых двумя синхронными пулеметами, установленными над двигателем.

«Четырехточечный» вариант получил обозначение «И-16 тип 10». в Испании он был известен как «Супер моска». Истребители отправлялись в Испанию непосредственно с заводов раньше, чем были официально приняты на вооружение ВВС РККА. Госиспытания в НИИ ВВС истребитель И-16 с более мощным двигателем М-25, посадочными щитками и убираемым лыжным шасси прошел только в феврале 1939 г.

Летчики-инструкторы авиационного училища в Эль-Кармоли на фоне истребителя И-16, 1938 г. Крайний слева – Рамон Кастанеда.

Бритье у И-16 ВВС республиканской Испании.

Первые самолеты И-16 тип 10 отправили в Испанию в марте 1938 г. в составе партии из 31 истребителя, летом к ним прибавилось еще девяносто И-16 тип 10. Самолеты И-16 тип 10 приняли участие в ожесточенных воздушных боях лета 1938 г. В это же время испанцы получили 24 двигателя Райт «Циклон F54» американского производства, эти моторы имели улучшенные высотные характеристики. Несколько И-16 из 4-й эскадрильи переоснастили американскими Райт «Циклонами»; 4-й эскадрильей командовал один из самых ярких асов республиканских ВВС – Антонио Ариас.

Расчеты показывали, что новые двигатели будут сохранять мощность до высоты порядка 7000 м. что даст возможность пилотам И-16 на равных вести воздушный бой с истребителями Bf. 109. Первые схватки между двумя типами истребителей-монопланов, показали. что до высоты 3000 м они имеют примерно равные характеристики, но выше мощность двигателя М-25 падает, в то время как мотор мессершмитта не теряет мощности до высоты 5000 м. За счет большей высотности двигателя летчики Bf. 109 могли диктовать свои условия боя.

Летчики Антонио Ариаса преподнесли сюрприз противнику 17 сентября 1938 г. над Эбро в воздушном бою с эскадрильей мессершмиттов. В первой же атаке, неожиданно свалившись сверху, летчики И-16 с Райт «Циклонами» сбили четыре Bf. 109. Всего же республиканские летчики (в бою принимали участие И-16 с Райт «Циклонами», «нормальные» И-16 и И-15) сбили одиннадцать самолетов противника. Увы, это была уже прощальная песня. До конца 1938 г. все советские летчики покинули Испанию, а поставки авиационной техники из СССР прекратились. В общей сложности из Советского Союза в Испанию было отправлено 455 одноместных истребителей И-16 и 20 двухместных УТИ-4; к месту назначения прибыли 422 И-16 и четыре И-16УТИ.