Учитывая опыт боевого применения самолетов Ил-4, С. В. Ильюшин в середине 1942 г. выступил с предложением о создании дальнего бомбардировщика с теми же, что и у Ил-4, дальностью полета и величиной нормального бомбового груза, но со значительно большей (почти на 100 км/ч) крейсерской скоростью при полете на максимальную дальность, усиленным бортовым оборонительным вооружением, лучшей бронезащитой рабочих мест экипажа. Боевую эффективность нового бомбардировщика повысили также введением в состав экипажа второго пилота и оснащением самолета противообледенительной системой, использующей для обогрева передних кромок крыла и оперения тепло выхлопных газов двух звездообразных двигателей воздушного охлаждения М-71 с взлетной мощностью 1470 кВт (2000 л. с.). Использовать этот бомбардировщик предусматривалось и в авиации Военно-Морского Флота СССР в качестве торпедоносца высотного и низкого торпедометания с наружной подвеской двух торпед.
Целесообразность установки на дальнем бомбардировщике Ил-6 дизельных двигателей определялась прежде всего их высокой экономичностью: они расходовали примерно на 40% меньше топлива, чем бензиновые двигатели такой же мощности. Кроме того, не подверженный детонации дизельный двигатель мог использовать в качестве топлива вместо дорогого высокооктанового бензина более дешевый тракторный керосин, который к тому же из-за меньшей летучести обеспечивал более высокую взрыве- и пожаробезопасность дальнего бомбардировщика в боевых условиях. Большая плотность керосина (по сравнению с бензином) позволяла уменьшить объем баков, потребный для размещения необходимого запаса топлива, и снижала тем самым массу конструкции самолета. Из-за высоких значений степени сжатия и температуры сгорания топлива в цилиндрах, характерных для термодинамического цикла дизельного двигателя, он имел большую по сравнению с бензиновым двигателем той же мощности удельную массу. Тем не менее проектировочные расчеты показывали, что высокая экономичность дизеля делает выгодной его установку на самолете, имеющем продолжительность полета более 5 ч. Совершая налеты на Берлин с подмосковных аэродромов, бомбардировщики Ил-6 с дизельными двигателями могли бы нести бомб примерно в два раза больше, чем в варианте с бензиновыми.
Опыт ограниченной эксплуатации самолетов Ер-2 с дизельными двигателями АЧ-30Б выявил их недостаточную доведенность (трудность запуска двигателя в полевых условиях), желательность повышения уровня надежности его работы. Поэтому одновременно с проектированием Ил-6 совершенствовался двигатель АЧ-30Б и создавался его более мощный вариант.
Двигатель АЧ-30Б развивал взлетную мощность 1103 кВт (1500 л. с.). На расчетной высоте 6000 м благодаря наличию комбинированного наддува от приводного центробежного нагнетателя и двух турбокомпрессоров (по одному ТК на каждый блок из шести Цилиндров) он имел номинальную мощность 919 кВт (1250 л. с.) и крейсерский расход топлива 110...125 г/кВт (150...165 г/л. с.) в час вместо 195...206 г/кВт (265...280 г/л. с.) в час у лучших бензиновых двигателей того времени. Однако удельная масса Дизельного двигателя АЧ-30Б, равная 0,632 кг/кВт (0,86 кг/л, с.), сУЩественно превышала удельную массу бензиновых двигателей, которая достигала 0,41 кг/кВт (0,6 кг/л. с.). Проектные размеры самолета Ил-6 выбирали под разрабатывавшийся вариант дизельного двигателя АЧ-30БФ с форсированной взлетной мощностью 1397 кВт (1900 л. с.) и более высоким уровнем надежности работы.
Самолет Ил-6 был создан по схеме двухдвигательного низкоплана, с обычным однокилевым вертикальным оперением, и его основные размеры, такие, как площадь крыла и длина фюзеляжа, были выбраны практически одинаковыми с размерами самолета ДБ-4. Однако аэродинамическая компоновка крыла самолета Ил-6 и такие относительные параметры крыла, как удлинение и сужение, были на этом самолете другие.
Стремление обеспечить высокий уровень безопасности полетов, который во многом зависел от характера развития срыва потока на верхней поверхности крыла, и определило в соответствии с теоретическими воззрениями того времени выбор для Ил-6 крыла с одним, постоянным по всему размаху аэродинамическим профилем, с положительной стреловидностью передней кромки при виде в плане и с большим сужением. Такое крыло отличалось ранним появлением срывов потока в концевых сечениях, и вследствие этого предотвращалась возможность возникновения одностороннего срыва, сваливания самолета на крыло и перехода его в штопор. Возросшая до 220 кг/м2 нагрузка на площадь крыла и увеличение крейсерского угла атаки привели к возрастанию доли индуктивного сопротивления, и для его снижения удлинение крыла самолета Ил-6 пришлось увеличить до л = 8.
Возврат к однокилевой схеме вертикального оперения на самолете Ил-6 основывался на опыте проектирования и летных испытаний самолета ДБ-4, который показал, что выгоды разнесенного вертикального оперения менее существенны, чем его недостатки связанные, главным образом, о трудностью обеспечения необходимой путевой устойчивости самолета на различных режимах полета, особенно при выходе из строя одного двигателя. Отметим, что отказ от разнесенного вертикального оперения, начавшийся в середине войны, стал всеобщим явлением в мировом самолетостроении в послевоенные годы.
Дизельные двигатели на самолете Ил-6 устанавливались в двух гондолах, плавность форм которых нарушалась только обтекателями масляных радиаторов. Водяные радиаторы системы охлаждения двигателей располагались в крыльевых туннелях с входом охлаждающего воздуха через носок крыла. Выход из туннеля находился под крылом и регулировался заслонкой с электроуправлением из кабины пилотов.
Экипаж самолета Ил-6 состоял из шести человек: двух летчиков, располагавшихся в одной кабине рядом друг с другом; штурмана, располагавшегося в носовой кабине, оборудованной по типу кабины ДБ-3Ф; стрелка-радиста и двух воздушных стрелков, рабочие места которых находились в средней части фюзеляжа. Все члены экипажа Ил-6 имели бронезащиту, общая масса которой на самолете достигала 400 кг.
Защита самолета от нападения воздушного противника была очень мощной и осуществлялась с помощью пяти подвижных пушечных установок: носовой, верхней турельной, двух боковых, установленных на правом и левом бортах фюзеляжа, и нижней. Каждая оборонительная установка оснащалась одной пушкой Ш-20 калибра 20 мм. Общий боезапас оборонительных установок состоял из 850 снарядов.
Бомбоотсеки самолета Ил-6, выполненные по одинаковой с ДБ-3 силовой схеме с установкой кассетных держателей по оси симметрии самолета, благодаря большому сужению крыла и увеличившемуся вследствие этого расстоянию между лонжеронами, стали иметь большую длину, обеспечившую двухрядную подвеску бомб массой по 100 кг. На внутренней подвеске в фюзеляжном бомбоотсеке самолета Ил-6 размещались 20 бомб массой по 100 кг или 8 бомб массой по 250 кг, или 4 бомбы массой по 500 кг. Максимальная масса бомбового груза, находящегося в бомбоотсеке самолета, достигала 2500 кг. На наружных бомбодержателях Ил-6 мог нести две бомбы массой по 1000 кг или две торпеды.
Постройка первого опытного самолета Ил-6 велась под двигатели АЧ-30Б, взлетная мощность которых была явно недостаточной Для проектной массы самолета. В связи с этим Ил-6 был представлен на заводские летные испытания в варианте без боковых фюзеляжных пушечных установок, а его экипаж уменьшился до пяти человек.
Первый полет самолета Ил-6 с двигателями АЧ-30Б состоялся августа 1943 г. под управлением летчика-испытателя В. К. Коккинаки. Испытания самолета шли трудно, сказывались не совсем Надежная работа дизельных двигателей АЧ-30Б и некоторые затруднения в пилотировании самолета, особенно при посадке причину которых долго не могли установить. Самолет передали в летно-исследовательский институт, и летчики А. Н. Гринчик и Н. С. Рыбко провели дополнительные исследования Ил-6 на устойчивость и управляемость.
Летом 1944 г. на самолет Ил-6 установили форсированные двигатели АЧ-30БФ, имевшие кроме номинального режима еще и так называемый военный режим, на котором двигатели развивали мощность 1103 кВт (1500 л. с.) на высоте 6000 м. Для повышения надежности работы на взлетном и военном режимах в двигателе АЧ-30БФ осуществлялся двухфазный процесс смесеобразования. Первая фаза этого процесса - впрыск в сжатый воздух, поступавший из нагнетателей турбокомпрессоров, обычного авиационного бензина, вторая фаза - подача в образовавшуюся смесь порции дизельного топлива, тракторного керосина. Установка двигателей с проектной взлетной мощностью позволила произвести дооборудование самолета Ил-6 бортовыми пушечными установками, усилить бронезащиту членов экипажа, находившихся в средней кабине. По результатам летных исследований устойчивости и управляемости была изменена форма и уменьшена площадь руля высоты, а центровка самолета сделана более задней.
При нормальной полетной массе 16100 кг самолет Ил-6 с двигателями АЧ-30БФ достиг максимальной скорости 464 км/ч, а его дальность при перегрузочной полетной массе 18 150 кг о бомбовым грузом 1000 кг на внутренней подвеске при полете с крейсерской скоростью 340 км/ч оказалась равной 5450 км. Испытатели отмечали, что доработанный самолет Ил-6 стал достаточно прост в управлении, за исключением посадки при большой полетной массе. Из-за не совсем удачной аэродинамической компоновки крыла, определившей появление ранних срывов на его концах, самолет при посадке требовал большого запаса скорости и хороших подходов к аэродрому. Выявился также ряд серьезных недостатков в работе дизельных двигателей АЧ-30БФ, они имели сложный запуск и плохую приемистость. Все это привело к прекращению работ по Ил-6. Тем не менее создание Ил-6 позволило приобрести значительный опыт по разработке и эксплуатации керосиновой топливной системы, выявить недостатки ее конструкций и наметить пути их устранения. Этот опыт был использован при создании новых самолетов.
Самолет Ил-6 стал для коллектива ОКБ последним построениям бомбардировщиком с поршневыми двигателями. После него были разработаны несколько проектов поршневых бомбардировщиков со значительно более высокими летно-техническими данными, которые имели ряд оригинальных особенностей. Одним из них являлся спроектированный в 1944 г. скоростной бомбардировщик, выполненный по необычной для того времени схеме высокоплана с четырьмя бензиновыми двигателями, установленными в тандем на концах центроплана.
Проектные работы над дальними бомбардировщиками с поршневыми двигателями продолжались в ОКБ и в 1947-1948 гг. Их разработка в то время, когда на вооружение авиации противовоздушной обороны уже начали принимать реактивные истребители, оправдывалась возможностью применения таких бомбардировщиков в сложных метеорологических условиях и ночью, установкой на них оборонительного вооружения, способного обнаруживать цель и вести по ней прицельный огонь в условиях отсутствия визуальной видимости.
