Конструкторская группа Поликарпова получила задание на проектирование штурмовика ЛШ и почти одновременно – на создание тяжелого бомбардировщика ТБ-ФЭД-3.
О глубине проработки заданий свидетельствует довольно солидный список литературы, изученной Николаем Николаевичем на русском, английском, французском языках. Он составлял конспекты наиболее заинтересовавших его книг: «The Air annual of the British Empire» (1930г.), Оливер Стьюарт «Военная авиация», «The Bristol «Buldog»», «Методика расчета многолонжеронного свободнонесущего крыла» (Труды ЦАГИ) и другие.
К работе над штурмовиком Поликарпов приступил, уже имея за плечами опыт проектирования самолета ОЛ-1 «Боевик» и модификаций аналогичного назначения разведчиков Р-1, Р-5. Схема была принята по типу Р-5. Первоначально проектировался легкий штурмовик ЛШ (ЦКБ №5) с двигателем БМВ-VI и шестью пулеметами для обстрела наземных целей. Два пулемета предполагалось установить в задней кабине на турели. Броня закрывала двигатель и экипаж только снизу. По ходу проектирования самолет переделали в тяжелый штурмовик TШ-1, в котором двигатель и экипаж размещались в бронекоробке (поскольку произошла задержка с разработкой ЦАГИ с 1929 г. полностью бронированного двухмоторного штурмовика ТШ). Сваривать броню тогда не умели, поэтому бронекоробку собирали из отдельных броневых плит на болтах. Вооружение по сравнению с ЛШ было усилено – добавлено два пулемета.
С лета 1930г. все работы над штурмовиками проводились под руководством С.А.Кочеригина, хотя Николай Николаевич принимал в них активное участие. Первые два ТШ-1 были выведены на аэродром в январе 1931 г. Самолеты вели себя в воздухе нормально, хотя имелись трудности с системой охлаждения двигателя.
Многие замечания к конструкции ТШ- 1 были учтены в его модификации ТШ- 2, рекомендованной к серийной постройке. Максимальная скорость ТШ-2 достигала 213 км/ч. Всего выпущено около десяти экземпляров ТШ-2.
Тяжелый бомбардировщик ТБ-ФЭД- 3 разрабатывался по схеме моноплана со свободнонесущим крылом. По схеме он был близок к создаваемому в ЦАГИ под руководством А.Н.Туполева бомбардировщику ТБ-3. Самолет предполагалось оснастить четырьмя двигателями ФЭД конструкции Особого технического бюро. При проектировании Поликарпов использовал задел по четырехмоторной версии бомбардировщика-моноплана 4БЛ-4, а также 2БР-2, ТБ-2. Гладкая обшивка крыла обеспечивала летные характеристики машины выше, чем у ТБ-3. Однако перспектива с двигателями не была ясна (доводка моторов – гораздо более длительный процесс, чем самолетов). К тому же Туполев, считая, что конкуренция распыляет силы и финансы государства и потому вредна, предпринимал активные шаги по закрытию темы. В результате, после отхода Поликарпова от активного участия в проектировании, разработку ТБ-ФЭД-3 прекратили. Создание тяжелого бомбардировщика в ЦКБ под руководством Григоровича возобновилось лишь после выдачи задания на ТБ-5.
По указанию Управления ВВС с учетом опыта постройки истребителя Д-2 Поликарпов разработал проект двухместного истребителя ДИ-2 с разнесенным двухкилевым управлением. Этот проект был передан в группу Кочеригина и послужил основой для создания истребителя ДИ-3.
Поликарпов занимался новыми машинами чуть более четырех месяцев, но завершить начатое ему не удалось.
Весной 1930 г. на завод № 39 прибыла комиссия по чистке личного состава, которая работала почти до осени. Какие только письма не писались в ее адрес!
На заводе создалась исключительно нервная, напряженная обстановка. Приведу выдержку из письма в комиссию начальника конструкторской бригады по морской авиации И.В.Четверикова, впоследствии главного конструктора:
«Отношения инженеров в ЦКБ до сего времени пронизаны интриганством и какой-то скрытой борьбой. Обстановка до последнего времени продолжает оставаться неудовлетворительной. Мне кажется, что в ЦКБ нет такого инженера, который был бы доволен своей работой…».
Персонально разбирая дела каждого сотрудника завода, комиссия по чистке устанавливала следующую градацию освобождения работников с занимаемой должности:
1 категория – расстрел; 2 категория – арест на срок от месяца до 10 лет; 3 категория – увольнение с завода; вне категорий – понижение в должности, административный выговор и другое. За каждым протоколом – человеческая трагедия.
Во время чистки пострадал и Николай Николаевич. 4 августа 1930 г. на опытном истребителе Д2 (ДИ-2) при проведении испытаний разбился летчик НИИ ВВС Чекеров. И хотя в катастрофе осталось много невыясненного, комиссия занялась анализом деятельности Поликарпова. В это же время в ее адрес поступило несколько писем, раскрывающих его «преступную деятельность». А дело было вот в чем. Успешно руководя конструкторской бригадой, Николай Николаевич не мог спокойно наблюдать, как инженер К.А.Петров, перешедший с завода №25 в ЦКБ на должность заведующего секцией фюзеляжа, неумелыми действиями губит ее работу. По взаимной договоренности с работающим там персоналом, Поликарпов перед началом рабочего дня приходил в секцию фюзеляжа, заслушивал сообщения по текущим вопросам, давал руководящие указания. Во время официальных оперативных совещаний, проводимых Петровым, коллектив секции молча пропускал его задания «мимо ушей», выполнял лишь то, что было согласовано с Поликарповым. Однажды все раскрылось. После разгоревшегося скандала в самом конце сентября 1930 г. Николая Николаевича отстранили от занимаемой должности и назначили старшим инженером по расчетам.