Летом 1936 года опытный ЦКБ-30, оснащенный полным комплектом бомбардировочного и стрелкового (три пулемета ШКАС) вооружения, поступил на госиспытания в НИИ ВВС, проходившие в два этапа.
На завершающем этапе (с ноября по май 1937 г.) самолет испытывался как на колесном, так и на лыжном шасси. Ведущими по машине были летчик А.М. Бряндинский, штурманы Черкасов и Н.И. Шауров, инженеры И.В. Марков и П.А. Лосюков. Облетали машину П.М. Стефановский, М.А. Нюхтиков и А.К. Долгов.
Дальний бомбардировщик ДБ-3
Испытатели отметили, что при максимальной скорости 415 км/ч, меньшей, чем у СБ, на 8,5 км/ч, и потолке 9060 метров, меньшем, чем у СБ, на 500 метров, ДБ-3 имел проверенную дальность 4000 км, что в два раза больше, чем у СБ. К тому же ДБ-3 брал 2900 кг бомб, превосходя СБ почти в пять раз.
В заключении отчета по первому этапу испытаний рекомендовалось скорее принять машину на вооружение, устранив выявленные недостатки. Отмечалось, что «эффективность <…> стрелковых установок выше благодаря значительным углам обстрела, превосходящим углы <…> на самолете СБ».
Это положительные стороны машины, но были и недостатки. В частности, низкая живучесть в бою, поскольку большую часть крыла занимали бензобаки без протектора, из которых через пулевую пробоину в одном баке могло вытечь все горючее. Отмечалось отсутствие двойного управления, триммеров на элеронах и переговорного устройства, а также сложность уборки и выпуска шасси. Много времени тратилось на заправку горючим. Выяснилось, что продольная устойчивость, несмотря на увеличение площади стабилизатора в ходе заводских испытаний, осталась недостаточной.
Большинство замечаний конструкторы учли, выполнив доработки, но недостаточный запас продольной устойчивости все же сохранился и требовал от летчиков соответствующей физической подготовки. Ведь полет на высотах, близких к стратосфере, при очень низкой температуре в негерметичной кабине без обогрева и автопилота с обжигающим горло холодным кислородом требовал от экипажа, и особенно от летчиков, огромной выдержки.
С мая по октябрь 1937 года в НИИ ВВС прошел госиспытания головной серийный ДБ-3 № 3039002. Его летные данные были несколько хуже, чем у опытной машины. В частности, при весе 6600 кг ДБ-3 развивал скорость 325 км/ч у земли и 390 км/ч – на высоте 4500 метров. Для набора 5000 метров требовалось 15,1 минуты, а практического потолка – 46 минут.
К тому времени в НИИ ВВС находилось три бомбардировщика, включая опытный ЦКБ-30. На них экипажи военных испытателей совершили несколько беспосадочных перелетов, в том числе по маршрутам Щелково – Поти – Быково и из Щелково в Ейск и обратно. В сентябре 1937 года Владимир Коккинаки совершил перелет из Москвы в Баку и обратно с бомбометанием над акваторией Каспийского моря, что позволило подтвердить боевой радиус действия ДБ-3.
К февралю 1938 года полностью завершились войсковые испытания ДБ-3, выявившие дополнительные дефекты, не обнаруженные в НИИ ВВС. Отмечалась высокая трудоемкость обслуживания бомбардировщика. Достаточно сказать, что четыре моториста меняли двигатель в течение недели. Очень медленной была заправка топливом. Причиной тому было отсутствие централизованной заправки, а узкие трубопроводы не позволяли использовать все возможности бензозаправщиков.
Когда начали летать ночью, то выяснилось, что из выхлопных труб моторов истекают огненные факелы, ослепляющие летчиков. Взлет и посадка ночью затруднялись и из-за отсутствия у бомбардировщика фар, а посадочные факелы оказались ненадежными и не оправдывали свое назначение. Уборка и выпуск шасси, особенно зимой, занимали очень много времени (в пять раз дольше, чем на СБ).
Проводили и воздушные бои с иностранцами: «Юнкерсом-52» и английским истребителем «Фантом» компании «Фейри», хотя в 1938 году эти самолеты считались устаревшими и серьезной опасности для ДБ-3 в случае его глубоких рейдов по тылам противника не представляли.
Одним из недостатков ДБ-3 считалась его высокая посадочная скорость. 21 августа 1941 был подписан приказ НКАП № 887, где, в частности, говорилось:«Для решительного снижения посадочной скорости, улучшения взлета и сокращения пробега самолетов провести <…> работы <…> по использованию части мощности мотора при посадке… Начальнику ЦАГИ Шишкину в 10-дневный срок закончить и передать в ЛИИ на летные испытания самолет ДБ-3 с отсосом и сдувом пограничного слоя».
Бомбардировщик ДБ-3 в экспозиции Монинского музея ВВС
На самолете, получившем обозначение ДБ-3УПС, отъемные части крыла заменили новыми с зависающими элеронами, дополнявшими посадочные щитки. Пограничный слой отсасывался через щели с верхней поверхности крыла, что повышало коэффициент подъемной силы несущей поверхности. Осуществлялось это с помощью насоса с приводом от дополнительного мотора, размещенного в грузовом отсеке. Однако сложность системы отсоса и, главное, отсутствие необходимых для этого условий в военное время не позволили завершить начатые исследования. Следует отметить, что данное средство повышения коэффициента подъемной силы крыла используется очень редко. В частности, похожее устройство применялось на истребителях семейства МиГ-21. Правда, там осуществлялся не отсос, а сдув пограничного слоя с закрылка.