Су- 15TM №10-07 с подвешенными УПК-23-250 и блоками УБ-32. Испытания по «фронтовому применению». Владимировка, 1975 г.
Увеличенный стабилизатор, установленный на Су-15ТМ №03-03
Прочностной экземпляр "спарки" был построен в конце 1967 г. Сборку первого летного закончили в Новосибирске летом 1968 г. Машина оснащалась крылом без "наплыва", а система УПС на ней не задействовалась. Для приемки самолета в начале августа из ОКБ прибыла группа специалистов. возглавляемая ведущим инженером Л. А. Рюминым Ведущим летчиком- испытателем был назначен Е. К. Кукушев. Первый полет на "спарке" он выполнил 26 августа и к 16 сентября перегнал ее в Жуковский. Провести там полноценные ЛКИ не удалось, т. к МАП торопил с передачей самолета на Госиспытания, и уже 2 октября машина перелетела во Владимирову. Там летно-конструкторские испытания продолжались параллельно с Государственными и завершились к 12 декабря.
С 15 по 19 октября в качестве летчиков облета несколько полетов на Су-15УТ выполнили представители авиации войск ПВО. в том числе и ее командующий генерал-лейтенант А. Л. Кадомцов. Полеты по программа ГСИ начались только с 16 ноября От ГК НИИ ВВС в испытаниях участвовали летчики М. И. Бобровицкий. Г. А. Баевский и Н В Рухлядко. а в качестве летчиков облета – С. А. Микоян, А. А. Манучаров. B. C. Котлов и С. А. Майоров. Основная часть работ была посвящена определению ВПХ, ЛТХ, характеристик устойчивости и управляемости. Часть полетов, как и положено. выполняли летчики ОКБ. В одном из них. 20 января 1969 г.. машиной управлял Е. К. Кукушев. После "обжатия" самолета по перегрузке на поездке у него не вышли основные опоры шасси. Летчику пришлось применить «чкаловский» набор фигур пилотажа с созданием перегрузок, и только после пятой попытки стойки выпустились. Причиной происшествия стало несоблюдение при постройке машины зазоров между щитками шасси и обшивкой крыла, что дало о себе знать только после полета на перегрузку
Испытании завершили к 26 февраля. Как и ожидалось. ЛТХ «спарки» по сравнению с Су-15 ухудшились: дальность полета снизилась до 1390 км. потолок до 17700м. Характеристики устойчивости и управляемости признали приемлемыми, указав на один существенный недостаток – появление признаков неустойчивости в путевом канале на сверхзвуковых скоростях. Вывод военных испытателей гласил: самолет может быть допущен в качестве УТС для обучения и тренировки летного состава всем основным элементам полета, за исключением боевого применения.
После утверждения летом 1969 г. акта ГСИ в ОКБ занялись устранением отмеченных недостатков, в т. ч. – неустойчивости о путевом канале. Причина явления была понятна: удлиненному самолету не хватало площади киля. Однако решить проблему очередным увеличением вертикального оперения не позволяли ограничения по прочности. Тогда решили попробовать оснастить самолет подфюзеляжными гребнями. Весной 1970 г. летчики ОКБ Е С. Соловьев и А. И. Исаков выполнили на опытном У-58Т короткую программу сравнительных испытаний с гребнями и без них. Выяснилось. что на характеристики устойчивости гребни практически не повлияли. Поэтому приняли "соломоново" решение: в эксплуатации максимальную скорость самолета ограничить величиной М=1. 75. Это снизило до 16700 м и потолок, т. к. по стандартной методике максимум достигался при М= 1, 9.