Помимо освоения истребителя перед заводскими конструкторами была поставлена
задача создания его двухместного, учебно-тренировочного варианта. Тем более что
опыт подобной работы уже имелся. Еще в начале 1934 г. подобный самолет построили
на базе истребителя И-5. Двухместный И-5 No.6211 был испытан летчиком Павлушевым
в период с 5 по 8 августа 1934 г. Позднее построили небольшую серию в количестве
20 экземпляров, которые с успехом использовались для обучения в летных школах.
В мае 1935 г. на испытания предъявили двухместный И-16 с двигателем М-22,
обозначенный УТ-2 No.8211. Машина имела полностью закрытые общим фонарем кабины
пилотов. Испытания УТ-2 No.8211 провели в период 1.07-16.08 1935 г. Полетный вес
составлял 1370,5 кг, вес пустого 970,3 кг, полетная центровка 31,3% САХ,
максимальная скорость у земли 349 км/ч, посадочная скорость 127 км/ч. Летали
Павлушев и Ларюшкин, которые отметили приемлемую устойчивость самолета. К
недостаткам отнесли стремление к кабрированию на скоростях свыше 220 км/ч и
попадание выхлопных газов в кабину пилота. Самолет предлагалось совершенствовать
и далее использовать для переучивания на И-16.
Впоследствии построили еще два таких самолета. Известно, что один из них, УТ-2
No.82120, выпущенный в декабре 1935 г. потерпел катастрофу 17 июля 1936 г.
Летчик-сдатчик завода Ф.Ф.Меч обучал пилотированию на этой машине летчика
Д.М.Чеботенко. При заходе на посадку на малой высоте самолет сорвался в штопор и
в короткое мгновение похоронил обоих пилотов.
В конце 1935 г. испытывался еще один двухместный вариант - УТИ-3 No.11211,
оснащенный советским двигателем М-58. За время испытаний, участие в которых
принимал В. П.Чкалов, до весны 1936 г. самолет налетал 33 часа. Опытный
двигатель наработал на земле дополнительно 40 часов. Хотя УТИ-3 оценивался более
высоко чем УТ-2 No.8211, по причине отсутствия необходимого количества
двигателей М-58 самолет остался в единственном экземпляре.
В серийное производство пошел вариант, обозначенный УТИ-2 тип 14, который не
имел общего фонаря, а лишь индивидуальные козырьки пилотов. Шасси поначалу не
убиралось. В 1935 г. построили 22 двухместных самолета, в число которых вошли 3
УТ-2 и 1 УТИ-3. За 1936 г. произвели 27 УТИ-2, что позволяет определить общее
число учебно-тренировочных истребителей с М-22 в 45 экземпляров. В том же году в
производство запустили машину с М-25, получившую наименование УТИ-4. Первые 8
экземпляров успели построить до конца 1936 г., однако сдавали их в числе общей
серии уже в 1937 г.
Впоследствии, когда построили УТИ-2 с убирающимся шасси (он проходил
госиспытания в июле 1937 г.), выяснилось, что запасов двигателей М-22 более нет,
а производство самого мотора прекращено. Попытка получить более дешевый учебный
истребитель не состоялась (были и другие варианты экономии - например,
установить двигатель М-26), поэтому в массовую серию пошел самолет с двигателем
М-25 - УТИ-4 тип 15.
Учебно-тренировочный истребитель УТИ-4 является наиболее массовым вариантом
И-16. За годы серийного строительства заводы построили около 3400 таких
самолетов.
УТИ-4 оснащался двигателями М-25А и М-25В, конструктивно во многом повторял И-16
тип 5 без вооружения. В связи с отсутствием пулеметов, на центроплане
отсутствуют люки для их обслуживания. Элероны увеличенного размаха, механизм
дифференциального опускания на посадке не использовался, посадочные щитки не
монтировались. Ручное управление самолетом и двигателем двойное. Подъемник шасси
и механический указатель подъема шасси оборудованы в задней кабине. Радиостанция
не устанавливалась. Для связи между инструктором и учеником был предусмотрен
стандартный переговорный аппарат, представляющий систему трубок с раструбами.
В ходе серийного изготовления УТИ-4 подвергался некоторым изменениям. Машины с
М-25В имели патрубок маслорадиатора на лобовой части капота, шасси со шлицевой
стойкой впоследствии заменили на шасси с двузвенником, костыль с резиновой
амортизацией - на костыль с масляно-пневматической амортизацией.
Начиная с УТИ-4 No.1521109, устанавливались небольшие центропланные бензобаки
емкостью по 39 л каждый. Общий запас топлива при этом составлял 220 литров. В
августе 1939 г. летчик Фролов с наблюдателем Михайловым провели испытания на
дальность УТИ-4 No.15210Ж81. Самолет с взлетным весом 1503 кг имел 150 кг
топлива. В полете по маршруту дальность составила 420 км, полетное время 1 час
18 мин.
С 1 января 1939 г. УТИ-4 начали выпускать с электрооборудованием для ночных
полетов и неубираемым шасси.
Летом 1940 г. прошел испытания УТИ-4 с винтом АВ-1, лопасти которого постоянно
устанавливались в фиксированное положение. Для воздушного винта диаметром 2,8 м
с шириной лопасти 220 мм, опытным путем определили наиболее эффективный угол
разворота лопастей - 32°. Такое положение являлось оптимальным при проведении
учебных полетов, полетов по кругу и простого пилотажа.
УТИ-4 использовался для переучивания летчиков в Испании и Китае. Осенью 1940 г.
в учебных заведениях ВВС числилось 1047 УТИ-4 М-25 и 22 УТИ-2 М-22, в авиации
ВМФ - 129 УТИ-4 М-25 и 3 УТИ-2 М-22. Использование УТИ-4 при подготовке
советских летчиков продолжалось вплоть до 1946 г.