На этом существенно модифицированном самолете И-15, летчик-испытатель В. К. Коккинаки установил 21 ноября 1935 года новый мировой рекорд высоты – 14575 метров. Устройство видимое на крыле является частью измерительной аппаратуры. Для облегчения самолета в рекордном полете с него были демонтированы многие детали, в том числе и капот двигателя.

Капот NACA

Один из предсерийных истребителей И- 15 был оснащен кольцевым капотом типа NACA, который устанавливался на звездообразный двигатель Wright GR-1820 F-3 Cyclone, для того чтобы определить, улучшит ли этот тип кольцевого капота работу мотора. В серийное производство такая модификация не пошла.

Центральная секция крыла

Несмотря на те преимущества, которые демонстрировали И-15 по сравнению с другими современными им истребителями, крыло типа «чайка» не получило широкого одобрения среди строевых пилотов. Поэтому на Поликарпова оказывалось давление с тем, чтобы он возвратился к конфигурации биплана с традиционным прямым верхним крылом, хотя сам конструктор был настроен против этого.

В начале 1935 года, инженеры авиационного завода № 39 переделали стандартный И-15, установив на него традиционный прямой центроплан верхнего крыла. Такая конфигурация верхнего крыла впоследствии утвердилась и на наследнике «пятнадцатого» – И-152. Но в отличие от И-15, на модифицированной машине стойки верхнего крыла были более мощными, имея существенно больший диаметр. На правом верхнем крыле также устанавливалось зеркало заднего обзора.

Первый переделанный И-15 был готов к летным испытаниям в марте 1935 года. В ходе испытаний, на этом самолете не наносились какие-либо знаки национальной принадлежности или тактические номера. Результаты, полученные в ходе испытаний И-15 с «прямым» крылом впоследствии использовались при создании прототипа ЦКБ-Збис.

Высотный И-15

В 1935 году Поликарпов и его команда провели подготовку самолета И-15 к побитию мирового рекорда высоты, даже невзирая на тот факт, что Советский Союз не являлся членом FIA, и любые отчеты о рекорде не имели бы мирового признания. 21 ноября 1935 года, летчик – испытатель Владимир К. Коккинаки на существенно модифицированном И-15 достиг высоты 14575 метров, установив новый мировой рекорд. Самолет был максимально облегчен, с него демонтировали все оборудование, которое не было абсолютно необходимо, включая капот двигателя, а полотняная обшивка не окрашивалась, чтобы дополнительно снизить вес.

И-15ГК (герметичная кабина)

Другой экспериментальной версией И- 15 был И-15ГК (ГК – герметичная кабина) оборудованный герметичной кабиной, изготовленной из стали Д1 и имеющей резиновые уплотнения.

Герметичная кабина типа СК-4 добавляла к весу И-15 около 45 кг. Испытания самолета И-15ГК были проведены летчиком Степаном Супруном с аэродрома в Жуковском в 1937 году. Годом позже герметическая кабина была доработана изменялась для испытаний вооружения, хотя система подачи воздуха работала хорошо, но окна кабины запотевали, а ее аварийное покидание в случае необходимости было чрезвычайно затруднено.

И-15ГК

Первый опытный ЦКБ-3бис был оборудован радиостанцией РСИ-3. Антенные мачты были установлены по обеим сторонам верхнего крыла, вблизи его законцовок. Вертикальное хвостовое оперение было меньшей площади, чем более поздних серийных И-152.

После того, как И-15 с крылом типа «чайка» поступил в эксплуатацию, от летавших на нем в военных пилотов поступил целый ряд жалоб. Эти жалобы, концентрировались в основном вокруг крыла типа «чайка», и вынудили Поликарпова (даже при том, что он лично был отрицательно настроен в отношении данной идеи) перепроектировать данный элемент конструкции И-15, заменив его стандартной прямой секцией, поддерживаемой N- образными внутренними стойками. Проект такого модифицированного истребителя получил обозначение ЦКБ-3бис.

Прототип ЦКБ-3бис оснащался двигательной установкой с мотором М-23В, мощностью 775 л.с., являющимся развитием М- 25 («Wright Cyclone»). Эта модифицированная двигательная установка оснащалась карбюратором К-25-4Д, а также имела и другие незначительные улучшения. При этом сухой вес двигателя поднялся с 435 кг до 459 кг.

Помимо новой конфигурации верхнего крыла ЦКБ-3бис имел и целый ряд других отличий от стандартного И-15. Кольцо Тауненда заменил аэродинамически чистый, длинный капот. Он включал жалюзи с регулируемыми створками, расположенные перед двигателем для улучшения условий его охлаждения. Изменилась и выхлопная система, которая теперь включала коллекторное кольцо с одним большим выхлопным патрубком на каждой стороне носовой части. На верхней части капота был расположен тоннель воздухозаборника. Для уменьшения их аэродинамичекого сопротивления на прототипе устанавливались обтекатели основных колес. ЦКБ-3бис получил хвостовое колесо вместо хвостового костыля, использующегося на И-15.

Устанавливаемый на И-15 треугольный козырек кабины был заменен гладким закругленным козырьком, напоминающим козырек, использующийся на истребителе- моноплане И-16. Прицел ОП-1 использовавшийся на всех И-15 был заменен улучшенным прицелом ПАК-1 (являющегося копией французского прицела «Clair»). Опытный ЦКБ-3бис был оборудован радиостанцией РСИ-3. Стойки антенны были размещены на обоих законцовках верхнего крыла, с них провод антенны тянулся к узлу крепления расположенному на передней стороне вертикального стабилизатора. Тогда как большинство серийных И-15 имели строевые огни на верхней и нижней поверхности законцовок верхнего крыла, ЦКБ-3бис и все последующие серийные И-152 имели на законцовках крыла одиночный строевой огонь. На ЦКБ-3бис на верхнем крыле по правому борту устанавливалось зеркало заднего обзора.

На гаргроте за кабиной было добавлено небольшое окошко (позади заголовника пилота). В то время как серийные И-15 не имели триммера на руле направления, ЦКБ- 3бис и все более поздние И-152, получили на руле триммер большой площади; рядом был установлен строевой огонь. Опытный самолет имел триммеры и на элеронах, чего не было на И-15.

Хотя новые истребители И-152 были оборудованы более мощным двигателем М- 25В, однако некоторые их летные характеристики стали фактически даже ниже таковых у И-15. Если И-15 набирали высоту 5000 метров за в 6,1 минуты, у И-152 это занимало уже 6,7 минуты, а потолок снизился с 9800 метров до 9300 метров. Одной из причин такого снижения характеристик был тот факт, что конструкция И-152 была боле прочной и соответственно более тяжелой, чем у И-15 – сухой вес самолета увеличился на 350 кг. И-152 были быстрее в горизонтальном полете и на пикировании чем И-15, но это было далеко не самым важным в маневренном воздушном бою того периода – «dogfighting». Обзор для пилота во время старта и рулежки по земле был лучше, чем у И-15, благодаря традиционной бипланной конфигурации крыла. Но, большинство пилотов летавших на И-152 жаловалось, что его маневренность и чувствительность управления стала даже ниже чем у И-15.