Параллельно с разработкой рекордных самолетов бригада П.О.Сухого продолжала работы над истребителями. В 1932 году бригаде выдали задание на проектирование одноместного пушечного истребителя с увеличенным арсеналом вооружения, который мог бы соперничать с лучшими зарубежными образцами такого типа. Он получил название И-14 или АНТ-31 по инициалам А.Н.Туполева, который осуществлял общее руководство всеми авиационными проектами ЦАГИ.
В мае того же года на основании аэродинамического расчета и эскизного проекта ЦАГИ сообщил Главпрому расчетные данные на самолет. В июле начали рабочее проектирование машины и постройку ее макета. Ведущим инженером по И-14 назначили Л.Осипова.
В ноябре 1932 года по поступающим чертежам завод опытных конструкций начал изготовлять отдельные агрегаты, а в декабре, наконец, Управление ВВС утвердило тактико-технические требования на самолет. По ним истребитель должен был иметь максимальную скорость 375-400 км/ч, посадочную скорость 90-105 км/ч, время подъема на высоту 5000 м - 7-8 минут, практический потолок 9000-10000 м и радиус действия 250 км.
Первый опытный экземпляр И-14 с импортным мотором Bristol "Merkur I VS2" мощностью 520/580 л.с. был построен к середине 1933 года, а 27 мая летчик-испытатель К.К.Попов совершил на ней первый полет. Машина имела ряд особенностей, отличавших ее от ранее построенных в Советском Союзе истребителей. Кабина пилота обогревалась и закрывалась прозрачным фонарем, который не сдвигался, а имел откидную назад крышку, через которую входил летчик. Еще одной особенностью были крупнокалиберные пушки АПК конструкции Л.В.Курчевского, подвешиваемые под крылом. И-14 имел конструкцию переходного характера: фюзеляж и киль - с гладкой обшивкой (это уменьшало омываемую поверхность, а, следовательно, и аэродинамическое сопротивление), крыло и оперение - с гофрированной. Опытный самолет стал первым в СССР цельнометаллическим монопланом, на котором применили гладкую обшивку с подштамповкой и потайной клепкой. Это стало большим событием на заводе опытных конструкций ЦАГИ, где его строили. В работе с большим энтузиазмом участвовали как мастера-ветераны, так и молодые сборщики, набранные по комсомольскому призыву в авиацию. Стремясь к улучшению летных характеристик самолета, П.О.Сухой применил убираемое в полете шасси с тормозными колесами.
8 июня опытный истребитель передали в Отдел экспериментальных летных исследований и доводок ЦАГИ (ОЭЛИД) для начала испытаний, но 17 июля самолет был возвращен обратно в ЦАГИ для доработок, продолжавшихся до 30 сентября. Затем опытный И-14 продолжил испытания, а с 25 октября до 14 ноября вновь дорабатывался.
Заводские испытания первого экземпляра истребителя проводились с 6 октября по 13 декабря 1933 года. На самолет установили винт с изменяемым на земле шагом диаметром 2,85 м. При взлетном весе 1455 кг максимальная скорость у земли достигала 316 км/ч, а на высоте 5000 м - 384 км/ч. Практический потолок составлял 9400 м, а время подъема на 5000 м - 8,03 минуты. Машине была дана положительная оценка, и ее решено было передать на государственные испытания.
Еще в процессе проектирования конструкторы столкнулись с определенным противодействием Управления ВВС (УВВС). Военные считали, что выполнить заданные тактико-технические требования лучше путем модернизирования существующих типов истребителей. И поэтому в немалой степени благодаря авторитету и упорству А.Н.Туполева бригаде Сухого удалось построить новый самолет. По этому поводу Сухой писал: "Настоящая схема самолета И-14 является первой, потому что до сего времени бомбардировочных типов самолетов-истребителей у нас не было. И когда в 1932 году встал вопрос относительно схемы, то Андрею Николаевичу пришлось выдержать определенный напор со стороны руководства УВВС, которое предлагало изменение и улучшение самолета И-4 (АНТ-5). Только определенное давление Андрея Николаевича заставило НИИ ВВС изменить точку зрения, и теперь, когда мы подводим результаты, можно сказать, что приняв данную схему, мы сделали самолет, отвечающий мировому уровню".

Особенности конструкции АНТ-31

Фюзеляж. Фюзеляж - монококовой конструкции. Каркас выполнялся из кольчуго-алюминиевых профилей толщиной 0,5-0,8 мм. Продольный набор состоял из лонжеронов, представляющих собой гнутые профили, а поперечный набор - из шпангоутов. Центральная часть с центропланом имела жесткую ферму, с помощью которой она соединялась через лонжерон с хвостовой частью фюзеляжа. На первом шпангоуте к верхним лонжеронам приклепывались узлы крепления моторамы. Обшивка фюзеляжа - гладкая. В центральной части располагалась кабина летчика: на опытном самолете - с закрытым фонарем, на "дублере" и серийных машинах - с открытым.
Крыло и оперение. Крыло - свободнонесущее, состояло из центроплана и двух отъемных консолей. Продольный набор составляли два лонжерона ферменной конструкции с поясами, склепанными из труб. Трубы хромомолибденовые, с термической обработкой, за исключением последней, конусной, из кольчуго-алюминия. Поперечный набор состоял из шести основных и пяти промежуточных нервюр.
Посадочные щитки располагались между вторыми и разъемными нервюрами. Элероны - разрезные, с внутренней компенсацией. Обшивка крыла - гофр на первом опытном экземпляре и гладкая из кольгуго-алюминиевых листов толщиной 0,5 мм клепаных впотай - на "дублере" и серийных самолетах.
Вертикальное оперение состояло из киля и руля поворота. На опытном экземпляре киль выполнялся как одно целое с фюзеляжем. В верхней части киля находился разъем. На "дублере" и серийных машинах каркас киля состоял из двух лонжеронов и трех нервюр. Киль крепился к фюзеляжу двумя узлами. Обшивка киля - гладкая.
Каркас руля поворота состоял из одного лонжерона (склепанный кольчуго-алюминиевый профиль) и трех нервюр. Обшивка - гофр.
Каркас стабилизатора состоял из двух лонжеронов, клепанных из профилей и нервюр и штампованных с отбортовкой. Стабилизатор расчаливался сверху двумя расчалками, снизу - четырьмя. Каркас руля высоты состоял из одного лонжерона и нервюр. Обшивка - гофр толщиной 0,5 мм. Все рули - без компенсации.
Шасси. Шасси - убирающееся в центроплан в специальные ниши и закрывающееся створками. Управление подъемом и выпуском шасси - тросовое. Стойки шасси снабжались тормозными колесами. Костыль - с тросовым управлением.
Силовая установка. Перед кабиной летчика, в фюзеляже располагались бензиновый и масляный баки. В носовой части перед баками на мотораме закреплялся двигатель. На первую опытную машину устанавливался английский мотор Bristol Merkur I VS2 с номинальной мощностью 520 л.с. и максимальной - 580 л.с., на "дублере" - американский мотор Wright Cyclone F-2 с номинальной мощностью 640 л.с. и максимальной - 712 л.с. На серийные самолеты сначала ставили двигатели Wright Cyclone F-3 (640/712 л.с.), а затем их советские аналоги М-25 (700 л.с.). Все типы моторов закрывались капотом NACA.
Винт - двухлопастной, деревянный, с изменяемым на земле шагом.
Вооружение. Вооружение первого опытного самолета состояло из одного пулемета ПВ-1 калибра 7,62 мм, стреляющего через винт, и двух пушек АПК-5 калибра 75 мм, подвешиваемых под крылом. На "дублере" установили два пулемета ПВ-1 и две подкрыльевые пушки ПК-37 калибра 37 мм, а также четыре бомбодержателя Д-1. Серийные И-14 вооружались двумя пулеметами ШКАС калибра 7,62 мм, стреляющими через винт, и двумя подкрыльевыми пушками АПК-11 калибра 45 мм или АПК-37.

Второй опытный экземпляр истребителя АНТ-31

Второй опытный экземпляр истребителя АНТ-31, который получил название И-14бис, был готов в августе 1933 года. На эту машину установили двигатель Wright Ciclone F-2 мощностью 712 л.с. с капотом типа NACA. "Дублер" отличался от первого прототипа И-14 открытой кабиной, более привычной для летчиков. Ведущим инженером по И-14бис назначили Н.Фадеева.
Строительство "дублера" закончили 5 февраля 1934 года, а 13 февраля машину передали в ОЭЛИД для испытаний. 1 мая новому самолету была оказана честь участвовать в параде ВВС над Красной площадью в составе звена из разнотипных истребителей (И-15, И-14, И-16). Сначала звено прошло на высоте 300 м, после чего каждая из машин пролетела на максимальной скорости на высоте 150 м с последующей горкой.
19 мая 1934 года начальником ВВС Я.И.Ялкснисом был подписан акт Государственных испытаний истребителя И-14бис, проводившихся летчиком А.Филиным. Облеты самолета делали В.К.Коккинаки, А.П.Чернавский, И.Белозеров. В выводах говорилось: "По скоростям на 5000 м самолет И-14 стоит на уровне лучших заграничных истребителей, превосходящих его по скорости на высоте 1000-3000 м, значительно превосходит вооружением и несколько уступает в потолке и скороподъемности".
В этом же месяце "дублер" потерпел аварию и был направлен на завод опытных конструкций ЦАГИ для ремонта. В течении 1935 года на самолете установили новое крыло с предкрылками, винт с изменяемым на земле шагом, электропуск мотора и новое вооружение (пушки АПК заменили пулеметами ШКАС калибра 7,62 мм). Одновременно конструкторы рассчитали и спроектировали крыло большой прочности с увеличенными щитками, а также проработали замену двигателя на мотор Wright Cyclone F-54 и установку нового оборудования. Планировалось, что ЦАГИ к 20 мая 1936 года должен в новом крыле установить пушку ШВАК калибра 20 мм.
Еще в ноябре 1933 года был решен вопрос о запуске И-14 в серийное производство, которое предполагалось развернуть на заводе Nо.21 в Горьком. Между ЦАГИ и заводом Nо.21 был заключен соответствующий договор о передаче чертежей для выпуска серии. Самолет И-14 предполагалось внедрить вместо истребителя И-5 Н.Н.Поликарпова и выпустить первую серию в количестве 50 штук.
Однако 14 ноября ЦАГИ заключил новый договор с заводом Nо.125 (г.Иркутск) о передаче ему серийных чертежей и об организации серийного производства истребителей И-14. После некоторых колебаний, в июле 1934 года производство И-14 был окончательно перенесено на завод Nо.125.
В 1936 году был сдан на испытания головной серийный самолет. На основании испытаний НИИ ВВС было сделано следующее заключение:
"1. Самолет И-14 по своим летным данным и относительной простоте взлета, посадки и высшего пилотажа представляет несомненную ценность, но ввиду опасного характера штопора не может быть рекомендован на снабжение ВВС РККА по устранению этого дефекта, опасного для полетов.
2. Предложить ЦАГИ, совместно с заводом Nо.125 провести необходимые исследования и переделки самолета для устранению опасного характера штопора, после чего вновь предъявить самолет на испытания в НИИ ВВС РККА...".
В этом же 1936 году проводились государственные испытания еще нескольких серийных машин. На них летали летчики Алтынов и Э.Ю.Преман. Серийные истребители выпускались с двигателями Wright Cyclone моделей F-2 и F-3, а также с советским аналогом этих моторов - М-25. Всего в постройке находилось 55 самолетов, из них в авиачасти иркутским заводом Nо.125 было сдано только 18 машин (в 1936 году - 4 самолета, в 1937 году - еще 14). Остальные не были закончены. По другим сведениям кроме этих самолетов новосибирский завод Nо.153 в 1936 году выпустил 4 серийных истребителя.
Из-за отсутствия высококвалифицированных рабочих-сборщиков серийные И-14 имели низкое качество внешней поверхности, заклепочных швов и т.д. С появлением более простого и дешевого в изготовлении истребителя И-16 Н.Н.Поликарпова самолет И-14 потерял свое назначение, поскольку уступал ему в технических характеристиках и имел преимущество лишь в маневренности. Но несмотря на это данный истребитель явился значительной вехой в цельнометаллическом самолетостроении, при проектировании и постройке которого был накоплен опыт в применении гладкой обшивки и потайной клепки.