В ходе гражданской войны некоторые «Чато» использовались в качестве ночного истребителя. На них устанавливался кольцевой коллектор, в который отводились все выхлопные патрубки, отводивший пламя выхлопа под фюзеляж самолета. Благодаря такому отводу выхлопов, сохранялось ночное зрение пилота. Ряд модифицированных таким образом машин был собран в Ecuadrilla Caza Nocturna (эскадрилья ночных истребителей).
Обычно когда националистам удавалось захватить истребитель И-15 в летном состоянии. они продолжали его эксплуатацию в роли тренажера, вводя в его конструкцию некоторые изменения. На руле направления устанавливался триммер увеличенного размера, а также устанавливались небольшие триммеры на элероны верхнего крыла. С этих самолетов снималось их вооружение, и устанавливался измененный козырек кабины.
Двухсекционная дверца кокпита на левом борту фюзеляжа и сплошная дверца кокпита на правом борту заменялись сплошной кожаной шторкой, что повышало комфорт размещения пилота. Такая модификация была проведена после жалоб пилотов на то, что боковые двери, разработанные для холодного климата, сжимали пилота, давя на него в полете и затрудняли ему покидание самолета.
Большинство послевоенных И-15 модифицировались путем установки воздушного винта с И-16. Этот воздушный винт легко отличить по удлиненной втулке. Двигатель М-22, устанавливаемый на ранних «Чато», заменялся двигателем М-25. В Испании имелся большой запас этих двигателей, который еще увеличился, после того как Французское правительство после конца гражданской войны, возвратило Испании конфискованное им из-за наложения эмбарго оборудование.
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.
