В ходе первого опыта транспортировки самолета субмарина передвигалась в надводном положении. Но уже спустя несколько лет развитие средств противолодочной обороны, в том числе и морской патрульной авиации, сделало невозможным пребывание подводной лодки на поверхности в течение длительного времени. Поэтому уже в 1915 году английский авиаконструктор Пембертон-Билингом предложил размещать на подводной лодке небольшой складывающийся гидросамолет в водонепроницаемом ангаре, что позволило бы лодке скрытно передвигаться под водой.
Однако первыми такую идею начали воплощать в жизнь не в Великобритании, а в Германии, где была заложена серия крупных подводных крейсеров (U-142 — U-150) полным водоизмещением 2760 т, предназначавшихся для рей-дерских операций вблизи берегов Америки. Лодки предполагалось оснащать специальными ангарами для бортовых самолетов-разведчиков. Для разработки такого самолета летом 1917 года был объявлен конкурс, в котором принял участие и знаменитый в будущем авиаконструктор Эрнст Хейнкель.
Подводные рейдеры так и не успели войти в строй до конца войны. Правда, U-142 прошла ходовые испытания, но результаты их оказались неутешительными. Субмарина продемонстрировала чрезвычайно низкую остойчивость и плохую управляемость как в надводном, так и в подводном положении. При погружении лодка раскачивалась с борта на борт на угол свыше 50 градусов, что могло привести к катастрофе.
Сложную техническую задачу обеспечения остойчивости и управляемости субмарин водоизмещением более 2000 т. удалось решить только в начале 1920-х годов немецкому конструктору Освальду Фламму.
После войны опыты по оснащению самолетами подводных лодок велись флотами практически всех крупных стран мира. Так, например, американские подводные крейсера типа V по проекту должны были иметь цилиндрический ангар для самолета диаметром до 3 м, но реально ни один из них не использовался. Единственной американской субмариной, несшей самолет, была S-1, на которой проводились различные эксперименты по размещению и эксплуатации бортового самолета. После их окончания, в середине 1930-х годов, S-1 была выведена в резерв, а затем переоборудована в обычную торпедную подлодку.
Значительно дальше в своем стремлении оснастить субмарину бортовым самолетом продвинулись англичане. Несмотря на бюджетные ограничения, в 1927 году им удалось переделать свой подводный монитор М-2 (ранее вооруженный 305-мм орудием!) в авианесущую субмарину. Специально для нее фирмой G.Parmall Aircraft Со. был разработан двухместный самолет-разведчик Peto.
Взлет самолета осуществлялся с помощью катапульты при полном ходу лодки на ветер, а после выполнения задания гидросамолет поднимался на борт подъемным краном. Для экономии времени запуска самолета его заправка топливом и подогретым маслом осуществлялась еще под водой, а сразу же после всплытия самолет устанавливался на тележку катапульты для старта.
Эксперименты с подводным авианосцем М-2 продолжались до 26 января
1932 года, когда при одном из учебных погружений он затонул на глубине 30 м недалеко от Портсмута. Некоторые специалисты связывают гибель М-2 с оригинальной конструкцией его самолетного ангара. Чтобы не снижать и без того невысокую остойчивость субмарины установкой на верхней палубе прочного тяжелого ангара, толстые стенки которого могли бы выдерживать давление воды до предельной глубины погружения (ангар «тяжелого» типа), конструкторы разработали для М-2 ангар «легкого» типа с тонкой оболочкой — чтобы ее не смяло давлением воды в подводном положении, ангар автоматически поддавливался изнутри сжатым воздухом. При всплытии избыточное давление стравливалось через специальный клапан в крыше ангара.
Хотя такая конструкция и позволила сохранить остойчивость лодки в допустимых пределах, но была более сложна и, соответственно, менее надежна, что и продемонстрировала гибель М-2.
Надстройка и ангар французского подводного крейсера Surcouf. На палубе самолет МВ-411 Petrel
В дальнейшем все подводные авианосцы оснащались ангарами только «тяжелого» типа.
Во Франции 18 ноября 1929 года был спущен на воду гигантский подводный артиллерийский крейсер Surcouf водоизмещением 4000 т, вооруженный двумя 203-мм орудиями и имеющий в кормовой части надстройки «тяжелый» ангар для разведывательного самолета МВ-411 Petrel. Чтобы разместить двухместный поплавковый гидроплан в ангаре, у него демонтировались консоли и складывались поплавки. Взлет осуществлялся с воды, причем самолет спускался на нее и поднимался на лодку специальным краном.