Вслед за У-3 на заводе No.23 разработали улучшенный вариант учебного самолета
с освоенным и привычным двигателем М-11 (авторы все те же Н.Г.Михельсон и А.И.Морщихин).
Впервые подобную работу здесь провели в 1935 году, построив Э-23.
Новый самолет У-4, который изготовили в 1936 году, отличался уменьшенными
размерами и улучшенной аэродинамикой. Хорда крыльев с симметричным профилем NACA
0012 составляла 1400 мм, хвостовое оперение измененной формы выполнили из
дюраля.
Для снижения посадочной скорости на верхнем и нижнем крыле оборудовали щитки
ЦАП. Установили зализы на стыке нижнего крыла, кабины пилотов закрыли прозрачным
фонарем, в котором на гнутых поверхностях использовался целлулоид, а на боковых
гранях - триплекс. Колеса оснастили тормозами, установили новые пилотские
сидения под спасательный парашют летчика ПЛ-1. Топливная система включала
фюзеляжный бак емкостью 132 л. и центропланный бак емкостью 118 л.
Испытания У-4 проходили в периоде 21 августа по 11 сентября 1936 года. Летал
А.А.Ивановский, по мнению которого полет на У-4 оказался менее утомительным,
уровень шума в закрытой кабине - существенно ниже, а эффективное использование
триммера позволяло сбалансировать самолет в полете на любом режиме. Машина была
способна выполнять перевернутый полет. При закрытых посадочных щитках У-4 мало
отличался от стандартного У-2. Впрочем, полетная скорость ощутимо возросла,
однако снизился рабочий потолок. Использование щитков уменьшало посадочную
скорость на 29%, а пробег - на 47%.
В целом У-4 воспринимался положительно, мог использоваться исполкомовской
авиацией и как самолет для местной связи. Одновременно отмечался недостаточный
обзор из пилотской кабины при выруливании на старт, взлете и посадке. Залезать в
кабины и покидать их оказалось неудобно. Посадочная скорость без использования
щитков заметно превышала скорость У-2, посадка с открытыми щитками вызывала
затруднения для ученика. Техника пилотирования У-4 заметно усложнилась, при
высоком выравнивании и потере скорости самолет сваливался на правое крыло.
В результате испытаний было решено, что по причине усложнения эксплуатации и
меньшей устойчивости У-4 не может заменить У-2 как учебный самолет. В дальнейшем
заводу No.23 предлагалось устранить замеченные недостатки и приспособить самолет
для выполнения обратного пилотажа.