Модификация У-2 с мотором М-11Д, имевшим максимальную мощность 125 л.с. (92 кВт) и номинальную – 115 л.с. (85 кВт), первоначально получила обозначение УТ (учебно-тренировочный). Мотор имел обтекатели позади головок цилиндров, картер также был обтекаемой формы. Задняя кабина могла закрываться разборным фонарем для обучения слепому полету. Летные характеристики УТ не очень отличались от таковых у У-2.
Первый экземпляр санитарного С-2
Легкий ночной бомбардировщик У-2ЛНБ
У-2 с кассетами Бакшаева
Подфюзеляжный балочный бомбодержаттель
В предвоенные годы широко доступные У-2 часто использовались для различных экспериментов и испытаний. В 1935 году уже упоминавшийся инженер Михельсон создал на базе поликарповского биплана самолет Э-23, приспособленный для выполнения высшего пилотажа. В основном машина была оптимизирована для перевернутого полета – она получила крыло с полусимметричным профилем, карбюратор с двумя поплавковыми камерами. А также ряд доработок в топливной и маслосистемах. Посадочные щитки на нижнем крыле должны были компенсировать уменьшение подъемной силы из-за использования нового профиля. Вероятно, этот самолет имел номер СССР Э-23.
В том же году П.Д.Грушин из Московского авиационного института (МАИ) попытался облагородить аэродинамику У-2 – самолет получил капот NACA, обтекаемый фонарь закрывал обе кабины, а колеса оснастили каплевидными обтекателями. Кроме того, на машину установили два дополнительных топливных бака, вместимостью по 55 литров. Вес пустого самолета по сравнению с У-2 вырос на 27 кг, а прибавка в скорости составила 20 км/ч.
1935 год оказался «урожайным» на эксперименты с самолетом Поликарпова, в которых принял участие и инженер Филатов – он создал У-2 с V-образным оперением. Две рулевых поверхности, угол между которыми составлял 140 градусов, крепились к верхнему лонжерону фюзеляжа. Очевидно, при создании этой конструкции Филатов использовал опыт, полученный ранее при установке подобного оперения на биплан Р-5. Целью доработок было увеличение зоны обстрела для хвостового стрелка, а также незначительное снижение сопротивления самолета. Управляемость доработанной машины не пострадала, но в серию она не пошла. Следует отметить, что согласно другим источникам, пилоты К.А.Калилец и А.А. Ивановский испытывали эту машину ещё в 1934 году.
В том же 1935 году в НИИ ВВС начали изучать возможности пилота управлять самолетом, находясь в лежачем положении. Предполагалось, что это позволит сократить площадь поперечного сечения фюзеляжа и, следовательно, уменьшить его сопротивление, кроме того, в лежачем положении пилот сможет переносить более высокие перегрузки. В результате к 1939 году один У- 2 был соответствующим образом доработан – лежачее место для пилота было оборудовано на месте второй кабины. Испытания показали возможность управления самолетом в таком положении, но дальнейшего развития эти работы не получили, хотя эксперименты на короткое время возобновились после войны.
Одной из главных довоенных модификаций самолета стал У-2ВВС/У-2ВС. Официально принято считать, что У-2ВС был создан во время Второй Мировой войны, то есть уже после нападения фашистской Германии на Советский Союз. Фактически использовать У-2 в качестве боевого самолета было предложено гораздо раньше. Ещё 7 декабря 1931 года Я.Б. Гамарник, заместитель наркома (замминистра) обороны предложил включить У-2М-11 в инвентарь Красной Армии в качестве «самолета сопровождения» – грубый эквивалент британского класса более тяжелых самолетов поддержки войск «Army Co-operation». «Самолет сопровождения» предназначался для поддержки пехоты, кавалерии и механизированных частей на марше, а также для разведки районов перед наступающей армией. Также предполагалось, что войска смогут транспортировать самолет со сложенным крылом вместе с собой, буксируя грузовиком. Я.И. Алкснис одобрил это предложение, с условием, что самолет должен получить вооружение.
Конструкторское бюро Н.Н.Поликарпова в течение 1932 года перепроектировало У-2 в легкий боевой самолет. В следующем году эта машина успешно прошла программу государственных испытаний и была принята на вооружение под обозначением У- 2ВВС (для Военно-воздушных сил). В некоторых документах самолет упоминался как У-2 М-11 (вооруж). Было построено ещё четыре самолета. Которые в июне-июле 1933 года проходили войсковые испытания в летной школе в Борисоглебске.
У-2 на поплавках ЦАГИ-10
По-2П на Госиспытаниях, 1944 г.
По-2ПП, доработанный инженером Мостовым
В 1935-36 годах было построено 468 экземпляров У-2ВВС. Машины были стандартизованы (естественно, в рамках понимания этого термина в тот период) в соответствии с СТУ 93, разработанном отделом стандартизации ГУАП (Главного управления авиационной промышленности).
Базовая спецификация для У-2 М-11 (вооруж.) или У-2ВВС оговорила следующие характеристики: максимальный взлетный вес 1064 кг, вес пустого самолета 726,22 кг, полезная нагрузка 237,76 кг (топливо и масло, весившие 100-110 кг, в полезную нагрузку не включались.
Вооружение состояло из одного синхронизированного подвижного пулемета ПВ- 1, установленного по левому борту носовой части фюзеляжа, имевшего ленточное питание из круглого магазина емкостью 200 выстрелов, и пулемета Дегтярева ДА на турели Тур-7 с боезапасом 252 выстрела в четырех круглых магазинах.
Бомбовое вооружение из шести 6-кг бомб подвешивалось под крылом и имело механизм сброса, приводимый в действие с помощью тросика. Прицеливание при бомбометании осуществлялось с помощью прицела АП-2 (авиационный прицел второй). У- 2ВВС мог также использоваться для буксировки мишеней.