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.