На бомбардировщиках выпуска 1933 г. добились достаточно высокой надежности как планера, так и мотоустановки. При этом от серии к серии вес пустого самолета неуклонно снижался. Если для первых машин он был около 12.000 кг, то к машине N=22301 дошли до уровня 11.350 кг. В годовом отчете НИИ ВВС удовлетворенно записано: «Самолет ТБЗ- 4М17 был доведен по своим данным полностью удовлетворяющим поставленной задаче». Немного коряво, но вполне справедливо. В результате совместных усилий коллектива конструкторов, серийных заводов и ВВС страна получила грозное современное оружие, с наличием которого не могли не считаться потенциальные противники.
На 1933 г. ВВС первоначально заказали 350 ТБ-3, затем под давлением представителей промышленности военные ограничили свои аппетиты 300 машинами. По планам за год предстояло сформировать 22 эскадрильи, для чего требовалось 264 бомбардировщика. На практике в 1933 г. заводы выпустили 307 ТБ-3. Это позволило насытить бомбардировщиками ВВС, фактически впервые в мире создав крупные соединения стратегической авиации — бомбардировочные авиакорпуса (БАК). Всего сформировали пять таких корпусов (по две бригады в каждом). Поначалу они имели на вооружении ТБ-3 и ТБ-1, но постепенно четырехмоторные машины вытесняли ТБ-1 на роль учебных и транспортных.
Части и соединения тяжелых бомбардировщиков часто носили цветистые наименования, характерные для того времени. Например, «9-я бригада имени 10-го Всесоюзного съезда Ленинского комсомола». Пять входивших в нее эскадрилий носили имена Ворошилова, Кагановича, Кирова, Постышева и Косарева.
В октябре 1933 г. на Дальнем Востоке уже сосредоточили ударный «кулак» из трех бригад — 26-й, 28-й и 29-й, имевших в общей сложности 134 ТБ-3. Этому способствовала переброска из европейской части страны целиком 11 — й ТБАБ из Воронежа (на новом месте, в Нерчинске, она стала 29-й). В Воронеже вместо нее в 1934 г. сформировали новую бригаду с прежним номером.
Эти силы являлись серьезным сдерживающим фактором для агрессивных устремлений Японии, чьи военные очень уважительно относились к «длинной руке» РККА. Так, оценивая потенциальные потери от удара советских тяжелых бомбардировщиков по району Токио, майор Катаока пришел к выводу, что ущерб превзойдет тот, что нанесло знаменитое землетрясение 1923 г. Противопоставить ТБ-3 японцам тогда было нечего. В августе 1933 г. известный японский военный специалист Хирота даже предложил план нанесения упреждающего удара по аэродромам Приморья силами палубной авиации, не считаясь ни с потерями самолетов, ни с возможной гибелью авианосцев.
И действительно, в штабах авиабригад ВВС ОКДВА лежали запечатанные пакеты с указанием целей в Японии, Маньчжурии и Корее. Экипажи ТБ-3 учились летать ночью и в облаках, ориентироваться над тайгой и над морем. В частности, штурманам пришлось осваивать морские карты, строившиеся в другой проекции — Меркатора. В марте 1934 г. 16 ТБ-3 совершили тренировочный полет Воздвиженка-мыс Поворотный-Совгавань-Хабаровск-Воздвиженка. Другая группа бомбардировщиков прошла по маршруту Нерчинск-Душкачан-Баргузин-Нерчинск протяженностью 1300 км, из них 300 км она летела в облаках. За довольно короткий срок ТБ-3 на Дальнем Востоке налетали 50.000 км.
Всего за год смогли сформировать 17 тяжелобомбардировочных эскадрилий. При этом доля бомбардировочной авиации в ВВС РККА поднялась с 26 % до 35 %. Хотели же получить гораздо больше — из-за недовыполнения планов в 1933 г. отказались от создания шести тяжелобомбардировочных бригад. По первоначальным наметкам уже к концу того года хотели иметь 864 тяжелых бомбардировщика в сухопутной авиации и 576 в морской! Правда, это относилось к тяжелым бомбардировщикам вообще, так как ТБ-1 в этом раскладе уже не учитывались. Предполагалось, что «линкоры 2-го класса» ТБ-3 в 1934–1935 гг. будут дополнены «линкорами 1 — го класса» — ТБ-4 и ТБ-6 (соответственно восьмимоторными и двенадцатимоторными!). Четырехмоторные машины при этом должны были составлять половину парка тяжелобомбардировочной авиации, ТБ-4 — 40 %, а ТБ-6 — оставшиеся 10 %. Но восьмимоторный гигант остался только опытным образцом, а ТБ-6 вообще не построили и ТБ-3 надолго остался «становым хребтом» отечественной тяжелобомбардировочной авиации, причем именно самолеты с моторами М-17 стали самой массовой модификацией ТБ-3 (более половины общего выпуска).
С 1934 г. парк тяжелобомбардировочной авиации начал пополняться усовершенствованными самолетами с отечественными моторами М-34. Новую силовую установку предлагалось внедрить на серийных машинах еще в 1933 г. В ноябре 1931 г. этот двигатель прошел государственные испытания с импортными карбюраторами и магнето, а в следующем году — с отечественными агрегатами. С начала 1933 г. серийные М-34 (мощностью 750–800 л.с.) начали выходить из цехов московского завода № 24 (ныне «Салют»), До конца года выпустили 790 экземпляров.
Однако реальный прирост скорости, определенный на испытаниях, оказался невелик — около 10 км/ч. Расход горючего при этом изрядно возрос, а значит, уменьшилась дальность. В итоге пришли к выводу, что для тихоходного ТБ-3 будут более выгодны готовящиеся редукторные М- 34R позволявшие поднять КПД винта при малых скоростях. Но М-34 все- таки внедрили на серийных бомбардировщиках завода № 22, поскольку это давало некоторое улучшение взлетных характеристик и позволяло освоить новую мотоустановку. Двигатели получили новые, более обтекаемые капоты и новые радиаторы, перемещенные назад, под крыло. Из новшеств появилось также калориферное отопление кабин. Тепло забирали от выхлопных коллекторов двигателей. Винты оставались деревянными двухлопастными, диаметром 3,18 м.
Количество огневых точек на ТБ-3 в середине 30-х внушало уважение любому противнику.
Самолеты с М-34 были почти на тонну тяжелее — больший вес имели сами моторы, почти вдвое увеличили емкость маслобаков, в полтора раза стало больше воды в системе охлаждения. Бомбовое и стрелковое вооружение оставалось идентичным самолетам с моторами М-17. Только последние серии с бомбардировщика № 22386 лишились подкрыльевых опускаемых башен. Их заменили «кинжальной» установкой в люке фюзеляжа для стрельбы вниз-назад. В люке имелись два гнезда для шкворней, но только один пулемет ДА с запасом из шести дисков.
Массовый выпуск новой модификации хотели начать с осени 1933 г., но моторы поступали с перебоями и в январе следующего года завод продолжал сдавать некоторые самолеты с моторамами под М-34, но стояли на них М-17. Фактически серийный выпуск развернулся с бомбардировщика № 22281. К 1 января 1934п ВВС приняли 38 новых машин. Моторы М- 34 оценивались как временные, а сама модификация — как переходная, но таких ТБ-3 выпустили около сотни.
От серии к серии по мере совершенствования производства планер бомбардировщика становился легче. Если первые машины с М-34 имели пустой вес в среднем около 12.500 кг, то далее он снизился до 12.200 кг, а у самолетов без башен Б-2 он дошел до 12.100 кг.
Первой самолеты с моторами М-34 начала осваивать 23-я ТБАБ в Монино. На 7 марта в ней уже находились 22 машины, но освоили этот тип только девять экипажей. К началу июля на ТБ-3 с М-34 уже летала вся бригада. Затем самолеты поступили во 2-ю ТБАБ ВВС Балтийского флота и 11-ю ТБАБ в Монино. Однако ВВС продолжали настаивать на внедрении на ТБ-3 редукторных М-34Р. Эта модификация микулинского двигателя была изготовлена опытной серией в июле 1932 г. В мае следующего года она прошла государственные испытания, а с конца года выпускалась серийно, но только в апреле 1934 г. из цехов начали выходить первые, вполне годные моторы.
Еще в сентябре 1933 г. на ТБ-3 № 22202 поставили М-34Р из одной из пробных партий с новыми винтами диаметром 4,4 м. Но заменой двигателей далеко не ограничились. За счет установки редуктора вал винта сместился вверх, что привело к необходимости изменить капоты. На самолете полностью переделали хвостовую часть. В фюзеляже появилась дополнительная секция Ф-4, где разместили кормовую турель Тур-6 с парой пулеметов ДА и боезапасом в 12 дисков. Первоначально она была изолирована от остальной части фюзеляжа, но вскоре ширину секции Ф-3 несколько увеличили и сделали в ней сквозной проход, разнеся по бортам тросы управления. Руль направления подняли, изменив его контуры, в частности сделали вырез над турелью. Его площадь возросла на 0,404 м2. Увеличили и площадь рулей высоты, одновременно подрезав их у фюзеляжа. Усилили килевую колонку. Стрелковое вооружение, за исключением кормовой установки, полностью соответствовало поздним ТБ-3 с моторами М-34 — без подкрыльных башен, но с люковой установкой. Резиновые амортизаторы шасси заменили масляно-воздушными. Задние колеса основных тележек, теперь цельнолитые, получили гидравлические колодочные тормоза, позволившие примерно на четверть сократить дистанцию пробега. Кроме того, улучшилась и маневренность на земле, поскольку правую и левую тележки можно было притормаживать раздельно. Внедрения тормозов на серийных ТБ-3 УВВС требовало еще с марта 1933 г., и Главное управление авиационной промышленности (ГУАП) с этим соглашалось, но, как видим, не торопилось претворять в жизнь.