Как отмечалось выше, по своей аэродинамической схеме, компоновочным решениям и конструкции новый тяжелый бомбардировщик являлся дальнейшим развитием ТБ-3, имел с ним много общего и отличался от него значительно большими геометрическими размерами и увеличенной мощностью силовой установки. При этом основные удельные параметры, характеризующие самолет, остались практически на том же уровне, что и у ТБ-3. Удельные нагрузки на площадь крыла для ТБ-4 составляла 63.3 кг/мг, а на мощность силовой установки - 8,6 кгс/л.с. (для ТБ-3 - 78,3 кг/м2 и 7,4 кг/ л.с. соответственно).

Крыло ТБ-4 состояло из центроплана и двух отъемных частей. В отличие от АНТ-6 число лонжеронов в силовом наборе крыла сократилось до трех. Раскосы лонжеронов - клепаные из листового материала. Фюзеляж технологически делился на носовую с отъемным носком, хвостовую и среднюю части. По сравнению с АНТ-6, увеличился шаг волны гофра обшивки до 50 мм.

Особенность конструкции фюзеляжа - наличие двух больших бомбоотсеков длиною по 5 м и шириною около 2 м, расположенных за центропланом крыла. Такие крупные грузоотсеки в фюзеляже применили впервые в мировой практике самолетостроения.

Хвостовое оперение - аналогично АНТ-6. Киль и стабилизатор связывались между собой расчалками. Стабилизатор с регулируемым в полете с помощью электромотора углом установки. Рули высоты и поворота имели роговую компенсацию. Управление самолетом - жесткое, за исключением элеронов.

Колеса шасси диаметром 2 м устанавливались попарно на общей оси, а не тандемом, как на АНТ-6. и снабжались масляной амортизацией и тормозами. В хвостовой части фюзеляжа имелось пневматическое самоориентирующееся колесо. Предусматривалась установка на колеса обтекателей - штанов.

Силовая установка - шесть двигателей М-34 максимальной мощностью по 830 л.с. (номинальная - 750 л.с). Четыре двигателя - в носке крыла, а два - в тандемной установке на сварной раме над фюзеляжем.

Бензин размещался в шести баках в отъемных частях крыла и в двух центропланных. Стенки крайних баков одновременно являлись обшивкой крыла. Общая емкость топливной системы - 8500 л. Общая емкость масляной системы - 2000 л.

Тянущие винты крыльевых двигателей имели диаметр 3,18 м, тянущий винт тандемной установки - 3,3 м и толкающий - 3 м.

Для автономного питания бортовых систем самолета на нем впервые применили электростанцию с приводом от двигателя мощностью 16 л.с.

В систему оборонительного вооружения ввели пушки. Предлагавшаяся схема оборонительного огня была достаточно эффективна и практически не оставляла "мертвых" зон, в этом АНТ-16 был как бы предтечей будущих "летающих крепостей". Пушки размещались в носовой и задней за крылом фюзеляжных установках самолета. Пулеметы - в кормовой части фюзеляжа за хвостовым оперением, а также в специальных крыльевых башнях в передней и задней частях крыла (две установки для стрельбы вперед, две -для стрельбы назад).

АНТ-16 имел необходимое приборное оборудование, прицел ОПБ-2для ночного бомбометания, радиоприемник, внутреннюю телефонную связь и другое.

Столь сложный и большой самолет с развитой системой оборонительного вооружения потребовал увеличения экипажа до 12 человек: два пилота, штурман, радист-пеленгатор, бортмеханик и семь стрелков.

Согласно эскизному проекту опытный ТБ-4 с шестью двигателями М-34 должен был иметь нормальную полетную массу - 31000 кг (перегрузочная -37000 кг), массу пустого - 10700 кг, максимальную скорость у земли - 208 км/ч, крейсерскую скорость - 160 км/ ч, потолок - 3400 м, дальность - 1600 км. Нормальная бомбовая нагрузка -4000 кг, максимальная -10000 кг. Оборонительное вооружение: две пушки "Эрликон" калибра 20 мм, десять пулеметов ДА.

С февраля до июля 1933-го на Центральном аэродроме производились сборка машины и доводочные работы. Опытная машина не была полностью укомплектована оборудованием и вооружением. В частности, отсутствовали башенные пулеметные крыльевые установки. Недостающую массу восполнили мешки с песком.

3 июля 1933-го экипаж летчика М.Громова совершил на машине первый полет, на основании которого пилот дал следующую краткую оценку самолету: "…Взлет - прост, тенденций к развороту нет. Разбег - короток. При наборе высоты самолет устойчив и набирает высоту хорошо. При полете -устойчив и прост в управлении. При планировании устойчив и перестановки стабилизатора почти не требуется. Посадка - очень простая, заворотов при пробеге не чувствуется…".

Отмечались чрезмерные усилия на штурвале и педалях. В результате испытаний столкнулись с перкомпенсацией руля направления. Усилиях на педалях сначала уменьшались до нуля, а затем возрастали, но с обратным знаком. Были выработаны рекомендации для борьбы с этим.

В сентябре 1933-го машина поступила на госиспытания. В состав экипажа входили П.Стефановский, М.Нюхтиков, Л.Шевердинский и А.Рязанов. Общее впечатление испытателей о новой машине было положительное.

Однако ТБ-4 было трудно управлять при быстром изменении режима полета, не хватало эффективности руля высоты на посадке. Кроме того, полеты выявили, что при одновременном отключении двух двигателей на одной из плоскостей у самолета возникают недопустимые колебания хвостовой части фюзеляжа. С полетной массой 33 т самолет показал максимальную скорость всего 200 км/ч. Сказывалась недостаточная мощность силовой установки из-за чрезмерных оборотов винтов и значительной части тяги, затрачивавшейся на обдув толстого крыла.

Об испытаниях ТБ-4 остались воспоминания Стефановского. по ним можно судить о восприятии летчиками этой машины: "… ТБ-4 заставил забыть и о характере, и о привычках. Он просто потрясал! Человек среднего роста свободно расхаживал не только в фюзеляже, но не пригибался и в центральной части крыла. Оборудование чудовищной машины напоминало небольшой промышленный комбинат. Имелась даже самая настоящая малогабаритная электростанция для автономного энергопитания всех самолетных агрегатов… Различное оборудование, вооружение, системы и аппараты управления заполнили всю внутренность самолета диковинных размеров. М.М.Громов, передавая мне машину, охарактеризовал ее более чем кратко: «Хорошо летает. Сам увидишь».

Программа испытаний состояла из двух основных задач: выявить максимальные летные данные самолета, без пушечно-пулеметного оснащения, а потом с полностью поставленным вооружением.

…Тридцать пять тонн металла и горючего дали себя знать сразу. Машина разбегалась грузно. На взлете не хватило рупя высоты. Конструкторы возможность такого случая предусмотрели. Киваю второму пилоту Мише Нюхтикову, он нажимает кнопку электрического устройства стабилизатора. Самолет послушно отрывается от полосы.

На этом корабле со стабилизатором вручную вообще не совладаешь. По площади он равен крылу одномоторного самолета. Вследствие недостаточной аэродинамической компенсации трудно управлять такой махиной, особенно при быстром изменении режима полета…

К помощи электроуправления стабилизатором прибегали и на посадке, чтобы дожать самолет на три точки. Так оно и полагалось - руля высоты не хватало и здесь.

… На этот раз предстояло проверить поведение самолета при посменном выключении сначала одного, затем двух из шести моторов. Отключение одного на пилотирование машины почти не сказывалось. Когда же выключили сразу два, и притом на одной стороне крыла, на хвостовом оперении появились сильные колебания.

Проэкспериментировали второй, третий, пятый раз - то же самое: колебания возникают совершенно недопустимые, явно угрожающие разрушением воздушного корабля…".

После этого полета на испытания пригласили В.М.Петлякова и еще двух специалистов из КБ по прочности и вибрациям. Жаркие дебаты по поводу "может трясти, не может трясти" кончились полетом Петлякова в кормовой кабине стрелка. После уборки газа на двух винтах, Петля ков испытал все "прелести" сильнейшей вибрации на себе. Испытания прекратили, самолет отправили на доработку, Усилили хвостовую часть фюзеляжа, изменили регулировку руля высоты и. наконец, установили пулеметные башни на крыле, полностью укомплектовали вооружение. Вскоре ТБ-4 снова поступил в НИИ ВВС. Хотя дальнейшие испытания проходили более менее успешно, принять машину на вооружение и рекомендовать ее в серию военные отказались.

Причины этого были следующие. При размахе крыла 54 м, длине - 32 м, высоте -11,73 м, площади крыла -422 мг в ходе испытаний ТБ-4 с двигателями М-34 получили максимальную скорость у земли- 200 км/ч, максимальную скорость на высоте 2000 м -187,5 км/ч, время набора высоты 2000 м составило 33,32 мин., практический потолок - 2750 м, для его достижения требовалось 84 мин. длина разбега - 800 м, на разбег требовалось 36 сек., с 4000 кг бомб самолет имел дальность 1000 км. Все это было гораздо ниже требований ВВС.

Проведенные испытания не удовлетворили военных. В результате они отметили, что низкие летные качества самолета объясняются недостаточной мощностью винтомоторной группы, аэродинамическая схема самолета хорошая, вес конструкции слишком большой, емкость бензиновых баков -недостаточна, самолет требует доработки.

При постройке дублера и эталона серийного производства необходимо установить моторы с редукторами, удлинив крыло. И добиться летных данных: скорость на высоте 4000 м - 240 км/ч, потолок - 6000 м, дальность -1500 км.

В ноябре 1933-го у начальника ВВС РККА Алксниса состоялось совещание по результатам испытаний АНТ-16, которое поставило крест на этом проекте. В протоколе совещания, в частности, говорипось:

"… опытный самолет в серию не запускать, в виду неудовлетворения тактико-технических требований, в качестве эталона принять военный вариант самолета "Максим Горький" с восемью моторами М-34; опытный самолет АНТ-16 передать ЦАГИ для совместных с НИИ испытаний, дпя выяснения вопросов, связанных с постройкой "Максима Горького…"

Все доработки и окончательные доводки ТБ-4 (АНТ-16) ОКБ и военные предполагали выполнить на его дубле, который должен был стать головным самолетом для серии. Еще в ноябре 1931-го на основании данных к опытному самолету ЦАГИ составил требования к головному серийному самолету. Согласно им ТБ-4 предназначался для разрушения и уничтожения крупных военно-промышленных объектов в тылу противника.

Предполагалось достигнуть полезной нагрузки - 8250 кг (в перегрузку -12250 кг), дальность - 1000 км, скорость на высоте 3000 м - 215-220 км/ ч, время набора высоты 3000 м -12-15 мин, практический потолок - 5000 м, разбег - 250 м, пробег - 300 м, посадочная скорость -100 км/ч. Оборонительное вооружение: две авиационные пушки и десять пулеметов.

Следующий ТБ-4 планировалось построить к апрелю 1932-го, а сдать на испытания к маю того же года. Вайду того, что головной самолет проектировался как эталон серийного производства, ЦАГИ считал необходимым внести в него ряд конструктивных изменений. Прежде всего, увеличить размеры бомбовых отсеков, установить подвесную остекленную кабину для бомбардира, носовую остекленную вращающуюся башню для переднего стрелка, предусмотреть возможность быстрой переделки бомбардировочного варианта в транспортный или пассажирский самолет.