Результаты испытаний, проходивших двумя этапами — в августе-ноябре 1937 г. и в марте 1938 г., оказались двоякими. С одной стороны, увеличение дальности оказалось довольно существенным. Так, с 1000 кг бомб дальность выросла на 710 км (приблизительно на 20%). Испытатели успешно совершили перелеты Кашин — Щелково — Запорожье — Евпатория и Евпатория — Харьков — Киев — Евпатория. Скорость у земли немного упала по сравнению с машинами с М-34РН, а на высоте поднялась на 15-30 км/ч. Улучшилась скороподъемность — набор высоты 5000 м занимал на 1,5-2,5 минуты меньше. Дистанция разбега уменьшилась более чем на 40%.

Казалось бы, одни преимущества. Но надежность дизелей оставляла желать лучшего. Главной бедой являлась ненадежная работа на малых оборотах. Двигатели глохли на рулении и, что было гораздо опаснее, при заходе на посадку. Выход хотели найти в применении новых дизелей АН-1РТК с турбонаддувом. Планировали установить их на ТБ-3Д и повторить испытания. Следующим этапом планировалось переоборудование в дизельные десяти ТБ-3РН и проведение войсковых испытаний. Но эти решения остались невыполненными. В 1938 г. ТБ-3Д потерпел катастрофу, в которой погиб техник самолета.

Дизель АН-1 на самолете ТБ-3

Работали и над улучшением высотных характеристик мотоустановки. Здесь направлений было два. Группа С.А. Трескина из МАИ в 1935 г. создала агрегат центрального наддува АЦН-1. Пятый двигатель М-34, размещенный в фюзеляже, вращал мощный компрессор, подававший сжатый воздух к четырем основным моторам. АЦН-1 построили и успешно испытали на ТБ-3. Недостатком этой схемы являлась громоздкая система длинных воздуховодов. Впоследствии подобную систему АЦН-2 (с приводом от мотора М-103А) использовали на ранних ТБ-7.

Более перспективным направлением считалось применение турбонаддува. В апреле-июле 1939 г. в НИИ ВВС испытывали ТБ-3РН, на котором в мастерских НИИ поставили турбонагнетатели ТК-1 (по два на каждом моторе). В ходе доработки пришлось заменить капоты двигателей, всасывающие трубы, переделать систему охлаждения. Изменения подняли пустой вес машины на 463 кг. Сначала самолет испытывался со стандартными деревянными четырехлопастными винтами, но на высотах более 6500 м (почти у практического потолка обычного ТБ-3РН) проявилась перераскрутка пропеллеров. Приходилось дросселировать моторы, что отражалось на скорости. Затем на бомбардировщик поставили опытные винты-автоматы ВРШ-34, созданные в КБ ВВС под руководством Бас-Дубова.

Перед испытателями Лисициным, Дацко и Хрипковым ставилась задача определить, целесообразна ли переделка подобным образом самолетов, имеющихся в частях ВВС. Турбонаддув поднял потолок бомбардировщика до 8900 м — более чем на 2000 м. Но других преимуществ самолеты не получили. Максимальная скорость увеличилась на 10-15 км/ч, причем достигалась она на высоте 7000-8000 м. Ниже выигрыша почти не получили, а у земли скорость даже немного упала. Скороподъемность до рубежа 5000 м ухудшилась. Винты-автоматы обеспечили некоторое уменьшение разбега, но больше ничего не дали. Более того, механизм переключения шага постоянно отказывал из-за утечек гидросмеси.

М-34РН с турбонагнетателями ТК-1 и винтами ВРШ-34 на самолете ТБ-3 №22682