На основании проведенного анализа необходимо было проектировать самолет с аэродинамическими и прочностными характеристиками, удовлетворявшими требованиям скоростного пикирования со скоростями 800-900 км/ч.
Необходимость получения минимального лобового сопротивления потребовало размещение бомбовой нагрузки внутри фюзеляжа и мероприятий по обеспечению ее сброса при скоростном пикировании. Академик А.И.Некрасов выполнил расчеты (в дальнейшем подтвержденные испытаниями по сбросу бомб на пикировании в ходе испытаний одного из прототипов Ту-2), описывавшие взаимные траектории бомбы и самолета при пикировании. Было определено, что при пикировании самолета под углом 75° к горизонту, самолет из-за наличия подъемной силы как бы "снимается" со сброшенной бомбы, а сама бомба при этом, в движении ее центра масс относительно строительной оси самолета, отходит от него под углом 55-65°. На практике это означало, что если бомбовому отсеку дать по передней стенке скос 65°, а на бомбовых замках обеспечить выход бугелем бомб вперед-вниз, то бомбы на пикировании можно сбрасывать из отсека без помощи дополнительных приспособлений. До этого (да и после) на всех пикировщиках бомбы или подвешивались снаружи, или применялись системы принудительного вывода бомб из бомбоотсека.
Размещение экипажа и компоновка кабины летчика осуществлялись таким образом, чтобы на всем этапе поиска цели в горизонтальном полете, при переходе в пикирование и в процессе самого пикирования летчик все время мог видеть цель. Для этого был необходим оптический прицел, головка которого должна была находиться снизу самолета, а окуляр у летчика. Подобный перископический прицел начали разрабатывать под руководством А.В.Надашке-вича.
В ходе проектирования выяснилось, что отечественные фугасные и даже бронебойные бомбы не приспособлены для скоростного бомбометания с пикирования. При ударе бомб о бронепалу-бу их корпуса раскалывались, резко ослабляя эффект поражения корабля. А.Н.Туполев поручил А.В.Надашкевичу проработать предложения по новой системе авиабомб, с использованием рекомендаций профессора Е.А.Беркалова, крупнейшего специалиста в области систем артиллерийских боеприпасов, который также находился в этом же лагере, но только в другом бараке и занимался проектированием новых артси-стем для РККА. Вскоре предложения по новой системе бомбового вооружения, включавшей бомбы калибра 100, 250, 500, 1500, 3000 кг, были подготовлены и представлены руководству НКВД и ВВС. В дальнейшем наработки по ней стали основой при работах по системам авиационных бомб типа М-43 и М-46, которые были запущены в серийное производство и долгие годы состояли на вооружении ВВС.
Работы по проекту продвигались достаточно быстро. К началу лета 1939 года проблемы по выбору основных параметров самолета "ПБ" были в основном решены. Был построен деревянный макет самолета, началась более детальная проработка проекта.
В июле 1939 года были подготовлены материалы к эскизному проекту самолета "ПБ". Согласно им, "ПБ" представлял собой цельнометаллический вы-сокоплан с крылом большого удлинения и с фюзеляжем сравнительно небольшой длины (соотношения напоминали рекордный АНТ-25) с герметическими кабинами экипажа и двухкилевым хвостовым оперением. Экипаж машины состоял из трех человек. Оборонительное вооружение, состоявшее из трех спаренных установок с дистанционным механизированным управлением под пушки ШВАК (одна установка - в носовой части фюзеляжа, для обстрела передней полусферы, две - в задней части фюзеляжа, прикрывали верхнюю и нижнюю полусферы), обеспечивало эффективную защиту самолета от истребителей. Силовая установка должна была состоять из четырех высотных двигателей М-105ТК-2, представлявших серийные М-105 с максимальной мощностью 1100 л.с, оборудованные турбокомпрессорами (аналогичные двигатели использовались в проекте высотного истребителя "100" В.М.Петлякова). Согласно подготовленным проектным материалам самолет "ПБ" с четырьмя двигателями М-105ТК должен был иметь следующие данные:
- длина самолета - 15,05 м;
- размах крыла - 26 м;
