Часть нареканий была учтена в Р-3ЛД выпуска 1929 г.: с самолета № 4024 ввели усиление наиболее опасных шпангоутов распорками, с № 4067 – двойное усиление (т.н. «схема ЦАГИ»), Внесли изменения в бензосистему. Для юга АГОС начал разрабатывать дополнительный «тропический» радиатор. Подобную же конструкцию самостоятельно создали в Среднеазиатском округе. В ходе серийного производства внесли еще несколько изменений, из которых внешне было заметно только одно: с машины № 4050 на ПВ-1 перестали одевать обтекатель, что практически не ухудшило аэродинамики довольно тихоходного самолета, но упростило обслуживание вооружения. По мере отработки технологии, несмотря на постоянный рост веса (за счет усилений конструкции) характеристики Р-3ЛД столь же неуклонно повышались. В первую очередь росли скороподъемность и потолок, а также улучшались показатели маневренности. Если самолет № 4048 поднимался на 3000 м за 16,28 мин. и имел практический потолок 4970 м, то машина № 4101 (выпущенная примерно на полгода позже) соответственно показывает 14,73 мин. и 5100 м
На октябрь 1929 г. приходится пик численности Р-3 в ВВС РККА: 93 3 -ЗЛД и 19 Р-3М5 Это соответствовало плановым показателям – на эту дату предполагалось иметь в общей сложности 112 Р-3. Но удельный вес разведчиков Туполева в ВВС был не велик – на ту же дату в строю числилось более 1300 Р-1. Хотя имелись планы модернизации Р-3, в частности, замена «Льюисов» пулеметами ЦА-2, в конце 1929 г. машину, как и предполагалось по планам УВВС, сняли с производства.
В документации ОКБ Туполева, указывается, что всего выпустили 103 Р-3, в т.ч. 79 Р-3ЛД, однако приведенные выше данные ВВС и анализ серийных номеров машин показывают, что их выпустили несколько больше – 113- 115 самолетов всех модификаций.
Целый ряд проектов, связанных с расширением боевых возможностей Р-3, остался только на бумаге или в опытных образцах. Первым из них стал проект легкого бомбардировщика с бомбовой нагрузкой 256 кг (8 бомб по 32 кг) на базе Р-3М5. Он был закончен в конце октября 1927 г., но не был воплощен в металл. Еще в марте 1927 г. в НИИ ВВС родилась мысль о применении Р-3М5 в качестве штурмовика или «боевика», как тогда говорили. Для него предполагалось вооружение из четырех неподвижных пулеметов «Виккерс» и одного «Льюиса» на турели сзади. В октябре того же года самолет № 4001 испытали на пикирование с нагрузкой, имитировавшей оборудование штурмовика. В декабре 1928 г. НТК УВВС обратился в ЦАГИ с предложением проработать вопрос с бронированием Р-3ЛД. На это отводился срок до 1 мая 1930 г. По этому заданию А.Н.Туполев сконструировал модификацию ШР-3. Броня на ней была стальной, толщиной 4 мм. Она прикрывала спереди, сбоку и снизу двигатель и баки, а экипаж – снизу, сбоку и спереди. Броня не входила в силовую схему и являлась фактически дополнительной нагрузкой весом более 400 кг. Вместе с 200 кг бомб это было слишком много для Р-3; летные характеристики по расчетам сильно ухудшились. Вследствие этого заказчик от дальнейшей работы по ШР-3 отказался.
Несколько особняком стоит проект модификации Р-3 под немецкий мотор BMW VI. Его создание мотивировалось необходимостью иметь вариант самолета под современный двигатель, который можно было бы строить на отечественных заводах. Дело в том. что «Лоррэн-Дитрих» купили примерно в 100 экземплярах, что было достаточно по потребностям мирного времени. но совершенно не удовлетворяло в случае перехода промышленности на мобилизационные планы с их резким приростом выпуска боевых самолетов.
Р-3ЛД №4106/5.40 оао. 5 апреля 1931 г. пилот Маруженко врезался в гору между Тамерлановыми Воротами и Китабом. Полет для установления связи с отрядом кзыл-аскеров
Лицензионное соглашение с фирмой BMW подписали еще в октябре 1927 г., потихоньку осваивая производство этих моторов, названных в СССР М-17 Таким образом. Р-3 с BMW VI являлся своеобразным мобилизационным резервом, машиной, которую при необходимости можно было быстро поставить на поток в случае обострения международной обстановки
В марте 1928 г. заместитель начальника УВВС Я И.Алкснис отдал приказ о проработке варианта с мотором BMW VIZ 7.3. а в мае ЦАГИ уже подготовил необходимые расчеты и чертежи Габариты почти не изменились. лишь нос самолета удлинился на 150 мм Очертания капота остались почти теми же. что и на Р-3ЛД. с лобовым радиатором, но на втулке винта теперь поставили кок Опытный экземпляр с мотором BMW закончили к 22 июня 1928 г. Его собрали на центральном аэродроме и сразу же приступили к заводским испытаниям. которые длились до I августа После этого самолет передали в руки испытателей НИИ ВВС. Государственные испытания шли с 10 сентября 1928 г. по II апреля 1929 г. Летные характеристики с BMW VI оказались значительно выше, чем у Р-3М5 и Р-3ЛД (скорость – до 229 км/ч. потолок 6200 м). Здесь в первую очередь сказалась значительно большая мощность двигателя – 500/730 л.с.
Фактически продолжением этих экспериментов стал новый разведчик Туполева Р-7 (АНТ-10). который представлял собой увеличенный Р-3 под мотор BMW VI Этот самолет был построен и успешно прошел испытания в 1930 г.. но не выдержал конкуренции с более простым и дешевым Р-5 Н Н Поликарпова.
С апреля 1930 г разведчики Поликарпова начинают поступать в части ВВС. Р-5 должен был стать основной машиной ВВС. массовым многоцелевым самолетом В первую очередь ими перевооружали легкобомбардировочные и разведывательные эскадрильи в западных округах. Уже летом 1930 г 30-я аэ под Москвой сдала свои Р-3 Все машины этого типа начинают сосредотачивать в Средней Азии и Закавказье На 1 октября там уже находились 58 из 89 сохранившихся в строю Р-3ЛД.
Для эксплуатации в жарком климате с июня 1930 г. на Р-3ЛД стали ставить дополнительные радиаторы Впервые подобный радиатор сделали в ЦАГИ Две секции ромбической формы (общей площадью 0,.11 м2 ) устанавливались под нижней частью капота. Разрабатывали два варианта подвески такого радиатора: первый (радиатор ЦАГИ) подвешивался на N-образных фермах к мотораме, а второй (радиатор завода «Промвоздух») крепился также к нижней секции капота. Работал радиатор хорошо (это показали испытания в НИИ ВВС в июле 1929 г.), но в эксплуатации оказался очень неудобен. Нижнюю часть капота нельзя было снять, не сняв радиатор. При откидывании боковых створок, они упирались в тот же самый радиатор, мешая подходу к двигателю. Гораздо удачнее оказался радиатор, изготовленный в мастерских 16-й авиабригады в Ташкенте. Он состоял из двух поворотных выдвижных секторов, размещенных в задней части капота. Когда в них не было необходимости, они укладывались внутрь фюзеляжа и не создавали дополнительного сопротивления. Когда требовалось усилить охлаждение, достаточно было повернуть радиаторы на оси и они выдвигались в набегающий поток, своеобразными «ушами» торча перед стойками шасси.
Р-3 ЛД
Р-3 ЛД с радиаторами, изготовленными в мастерских 16-й авиабригады
Р-3 М5
Р-3 с двигателями «Нэпир-Лайон»
Р-3 ЛД с пулеметом без кожуха
В войсках осуществляли и другую доработку Р-3ЛД. Например, в 44-м ао на одном из самолетов кроме обычного бомбового прицела АП-2 снаружи ставили прицел «Герц» для ночного бомбометания, а на другом установили устройство для буксировки конусных мишеней для воздушной стрельбы. В 35-м ао оборудовали часть машин сигнальными огнями и аккумуляторами (которых исходно на Р-3 не было). Существовали планы поставить на Р-3ЛД радиостанцию 14-СК, но они не осуществились.
В 1931 г. ВВС начинают постепенно избавляться от Р-3М5 – их передают в гражданскую авиацию. Как АНТ-3, они летали от Москвы до Новосибирска в составе эскадрильи им. «Правды», развозившей матрицы центральных газет.