Le I-16 présentait quelques ressemblances avec le Gee Bee, un avion de course américain apparu en 1932. Le Polikarpov I-16, qui fit son premier vol en décembre 1933, était un appareil révolutionnaire avec des techniques de construction nouvelles à sont époque. Bien que dessiné en prison par Polikarpov, le I-16 était probablement le meilleur chasseur de son temps quand il entra en service en 1935.
Sa structure plutôt traditionnelle comprenait un fuselage semi-monocoque en bois et une voilure métallique recouverte d’entoilage en avant du longeron avant. L ‘I-16 était un monoplan à ailes en cantilever d’une grande pureté aérodynamique. Il fut également le premier avion militaire à être pourvu d’un train d’atterrissage complètement escamotable. Il avait également un cockpit entièrement fermé. Il fut en outre très économique à construire et extrêmement solide.
Ce petit monoplan s’avéra être très efficace et robuste lors de la guerre civile espagnole en 1936. Le I-16 fut présent à 475 exemplaires qui y combattirent et gagnèrent le surnom de « Rata » (rat) par ses ennemis. Ils surprirent désagréablement leurs adversaires par leurs performances et leur puissance de feu. D’autres livrés à la Chine peu après seront aussi craints par les Japonais.
Les intercepteurs I-16 firent l’objet d’un programme de construction à grande échelle en URSS et formaient les deux tiers des effectifs de la chasse soviétique en 1941. Bien que totalement dépassé en juin 1941, l’I-16 demeura en production jusqu’au début de l’année 1942. Bon nombre des appareils produits étaient toujours en service lors de l’invasion de l’URSS par les armées du Reich. Environ 4.000 appareils prirent part aux combat contre les Allemands en 1941 mais seront écrasés par des appareils beaucoup plus modernes et puissants. Certains seront tout de même maintenus en première ligne jusqu’en 1943.
Le I-16 portait le surnom russe de « Ishak » qui signifie « petit âne ». En tout 7.005 I-16 monoplaces et 1.639 biplaces furent construits de 1934 à 1942.
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