В 1940 году на ремонтном предприятии гражданской авиации один У-2СП оснастили парой поплавков ЦАГИ-10, выбранных за их хорошую управляемость на воде и неплохую аэродинамику. Подкосы, которыми поплавки крепились к фюзеляжу, имели каплевидное сечение, и при виде спереди были похожи на букву М. Этот самолет использовался ГВФ. Подобная конверсия была выполнена ещё с одной машиной в 1944 году предприятием в Московской области. В том же году пару поплавков ЦАГИ-10 установили на По-2 «Лимузин», который получил обозначение По-2ПП.
Серийный С-1
У-2 ВС, который использовался в училище им. И. В. Сталина в качестве учебного штурмовика.
Погрузка раненых в санитарные С-2 (вверху) и С-3 (внизу)
В 1940 году В.Б. Шавров спроектировал деревянные поплавки специально для У- 2. Хотя они имели хорошую аэродинамику и управляемость на воде, в серию они не пошли, несмотря на то, что летные характеристики оснащенного ими У-2 были довольно высокими (максимальная скорость 147 км/ ч, время разбега 15 сек, потолок 3000 м).
В 1942 году А.Я. Щербаков разработал ещё одну конструкцию деревянных поплавков для У-2, которые имели простые обводы и, соответственно высокую технологичность. К самолету они крепились с помощью многочисленных подкосов. Несмотря на успешные испытания в серию они тоже не пошли.
Прошло девять лет с момента первой попытки, прежде чем в 1944 году поплавковый вариант По-2 был запущен в серийное производство. В тот год У-2ВС (см. далее) был переделан в У-2М (или У-2П- поплавковый). Эта работа была проведена конструкторским бюро Н.Н.Поликарпова. В течение 1944 года был спроектирован и испытан новый вариант гидросамолета, который затем передали военным. Новая машина имела однореданный центральный поплавок и два вспомогательных под крылом, выполненных из дюраля. Обводы центрального поплавка были разработаны на базе семейства ЦАГИ-10, его длина составляла 6,4 м, ширина – 1,0 м, а полное водоизмещение достигало 2310 кг. Мотор М-11Д был оснащен винтом изменяемого шага, втулка которого была закрыта обтекателем. На самолете установили баллон со сжатым воздухом для запуска мотора. Сам двигатель был закапотирован. Элероны и руль высоты получили аэродинамическую компенсацию. Изменили вынос верхнего крыла по типу У-2ШС, чтобы компенсировать изменение положения центра тяжести, вызванное установкой поплавка. Экипаж самолета состоял из двух человек, а топлива на борту хватало на 4,5 часа полета. Машина была вооружена одним 7,62-мм пулеметом LLIKAC или ДТ на шкворневой установке и могла нести четыре 25 кг бомбы. Максимальная масса полезной нагрузки составляла 410 кг.
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.