Проектирование воздушных авианосцев было начато Вахмистровым еще в 1931 году. Основной идеей при этом было сопровождение бомбардировщиков и их защита в воздушном бою. Поначалу конструктор разместил на крыльях двухмоторного бомбардировщика ТБ-1 два истребителя И-4. Система получила обозначение «Звено-1» и в течение 1931 года успешно прошла испытания. Продолжая развивать оригинальную конструкцию, Вахмистров разработал несколько вариантов летающих авианосцев на базе тяжелого четырехмоторного бомбардировщика ТБ-3. Эти системы получили обозначение «Звено-2,-3,-4,-5» и в течение нескольких лет в различных сочетаниях истребителей И-5 и И-Z успешно прошли испытания. В 1934 году появилась наиболее удачная разработка соединения ТБ-3 с двумя истребителями И-16, получившая первоначальное обозначение «Звено-6». При этом каждый И-16 для подцепления самостоятельно подруливал под крыло бомбардировщика, прямо под механизмы подвески. Крепились истребители тремя замками, два из которых находились на крыльях, а третий, фиксирующий, был расположен на «холке» фюзеляжа, за головой пилота. После зацепления пилоты И-16 убирали шасси и были готовы к совместному взлету. «Звено-6» испытывалось в течение двух лет и полностью оправдало ожидания конструктора — результаты были великолепны!

В 1935 году Вахмистров осуществил новую разработку, прицепив к ТБ-3 пять истребителей: два И-5, два И-16 и один И-Z, причем И-Z осуществлял соединение с самолетом-носителем в воздухе! Вахмистров назвал это сложное сооружение «Авиаматка» и предлагал в будущем подвешивать под ТБ-3 до восьми И-16. Два истребителя при этом предполагалось устанавливать сверху, на крыльях «Авиаматки», шесть И-16 должны были посменно по три самолета подцепляться снизу и питаться горючим от ТБ-3. Вся эта «летающая этажерка» предназначалась для ПВО, продолжительность воздушного патрулирования предполагалась в 6,5 часов. Однако, в жизни, под ТБ-3 никогда не находилось более двух подвешенных И-16, а что касается подцепления истребителей в воздухе, то работа не продвинулась дальше нескольких удачных опытов. Для этой цели под правым крылом ТБ-3 была оборудована специальная опускаемая ферма. И-16 имел соответствующее прицепное устройство, напоминающее внешне ухват с замком. Подцепка происходила на скорости 155-160 км/час, после чего экипаж бомбардировщика подтягивал истребитель вплотную к специальным упорам на нижней поверхности крыльев. Летом 1938 года было произведено несколько успешных подцепок в воздухе. Летали лучшие летчики-испытатели НИИ ВВС Степан Супрун и Петр Стефановский. Было признано, что система вполне жизнеспособна и достойна дальнейшего развития. Были и противники, мнение которых повлияло, очевидно, на то, что финансирование этой потрясающей работы продолжено не было.

В 1938 году Вахмистров переориентировал задачи для подвешиваемых истребителей — теперь он предлагал использовать их как пикирующие бомбардировщики. Каждый И-16 мог нести по две бомбы ФАБ-250, причем радиус действия истребителей увеличивался на 80%, так как в полете истребители питались горючим от самолета-носителя. Для этой цели крайние крыльевые баки ТБ-3 емкостью 600 литров заполнялись бензином Б-3 (двигатели М-34 бомбардировщика ТБ-3 работали на авиабензине Б-2). Максимальная дальность всей системы при этом могла составлять до 2500 км. При подходе к цели командир ТБ-3 подавал сигнал к отцеплению, для чего под крылом носителя зажигалось специальное световое табло, а на истребителях сигнал сброса дублировался сиреной. Пилоты И-16 освобождали хвостовые замки своих машин, затем давали ручку управления на себя, угол атаки при этом увеличивался и при повороте самолета на угол 3°30' крыльевые замки автоматически открывались. После отцепки пикировщики устремлялись к цели. С двумя двухсотпятидесятикилограммовыми бомбами машины типа 5 имели максимальную скорость 410 км/час, на высоте 2500 метров, практический потолок составлял 6800 метров. Пикирование осуществлялось на скорости 650 км/час. И-16 после сброса бомб оставался полноценным истребителем, способным вести воздушный бой.