В 1930–40 годах под руководством военного инженера В.С.Вахмистрова проводились комплексные экспериментальные работы по «составному самолету» под условным обозначением «Звено». В течение десяти лет были созданы и испытаны следующие комбинации установки истребителей И-4, И-5, И-16 и И-Z на бомбардировщики ТБ-1 и ТБ-3, которые использовались в качестве носителей:

«Звено-1» — ТБ-1 + два И-4 на крыле, декабрь 1931 года;

«З-1а» — ТБ-1 + два И-5, сентябрь 1933 года;

«З-2» — ТБ-3 + три И-5, август 1934 года;

«З-3» — ТБ-3 + два И-Z под крылом;

«З-5» — ТБ-3 + И-Z под фюзеляжем с подцеплением в воздухе, март 1935 года;

«З-6» — ТБ-3 + два И-16 под крылом, август 1935 года;

«З-7» — ТБ-3 + три И-16, все с подцеплением в воздухе, ноябрь 1939 года;

«З-Авиаматка» — ТБ-3 + два И-16 под крылом + два И-5 на крыле + И-Z под фюзеляжем с подцеплением в полете;

«З-СПБ» (составной пикирующий бомбардировщик) — ТБ-З + два И-16 под крылом, с двумя бомбами по 250 кг каждый, июль 1937 года.

Были опробованы различные конструктивные решения крепления истребителей. Взлет и полет происходили с работающими двигателями всех самолетов. Техника стыковки и отделения была отработана достаточно четко и осложнений не вызывала. Однако бывали случаи, когда истребитель повреждал винтом или колесами гофр обшивки крыла носителя. Постепенно от «верхних» вариантов (на крыле) отказались.

Наиболее удачен оказался вариант «З-СПБ», который несколько снизил остроту проблемы отсутствия пикирующих бомбардировщиков в ВВС РККА. Он принимал участие в боевых действиях во время Великой Отечественной войны.

В начале августа 1941 года были предприняты попытки уничтожения Черноводского моста через реку Дунай и нефтепровода на территории Румынии, союзницы гитлеровской Германии. Из-за сильной противовоздушной обороны бомбовые удары, нанесенные бомбардировщиками Ил-4 62-й авиабригады, желаемых результатов не дали. Задача по разрушению стратегических объектов противника была поставлена перед 2-й эскадрильей специального назначения 92-го истребительного авиаполка ВВС Черноморского флота, на вооружение которой состояло несколько составных самолетов «Звено-СПБ». Для доставки истребителей И-16 к цели использовали самолет ТБ-3ВН. Он брал два И-16 тип 5 с двумя фугасными бомбами ФАБ-250, подвешенными под крыльями. Для достижения большей дальности полета И-16 группой технического состава авиаполка был изготовлен и установлен под фюзеляжем истребителя дополнительный 95-литровый топливный бак. Это позволило увеличить продолжительность полета И-16 на 35–40 мин.

Первый удар по Черноводскому мосту был произведен 10 августа 1941 года группой из двух звеньев. Самолеты взлетели с аэродрома в Евпатории. На 310 км маршрута, в 15 км от берега, была произведена отцепка И-16. Истребители на большой скорости подошли к цели на высоте 1800 м и удачно сбросили бомбы с пикирования до 300 м. Была выведена из строя ферма моста, а так же серьезно повреждена трехпроводная магистраль горючих материалов. Над целью истребители встретили сильный огонь ПВО. Выходя из атаки на бреющем полете и повышенной скорости, И-16 произвели штурмовку огневых точек противника. Первую посадку И-16 произвели на аэродроме Одесса. После дозаправки истребители перелетели на основной аэродром в Евпаторию.

13 августа 1941 года был осуществлен второй налет на Черноводский мост. Вылет состоялся из Евпатории, после набора высоты 4000 м группа легла на боевой курс. Далее произошла отцепка И-16. Истребители подошли к цели на большой скорости и произвели последовательное бомбометание с пикирования, как и при первом ударе. Было отмечено пять прямых попаданий в мост и одно — в 30–40 м от моста. При этом самолеты подверглись сильному противодействию артиллерии ПВО. Произведя штурмовку огневых точек, истребители продолжили полет в Одессу после дозаправки — в Евпаторию.

Задание Главнокомандования по разрушению стратегического объекта противника было выполнено успешно и без потерь. По фотографиям и уточненным данным установлено, что была полностью разрушена одна ферма моста и разбит нефтепровод. Операции с использованием «З-СПБ» продолжались до осени 1942 года и были прекращены из-за большой уязвимости носителей.