В процессе серийного выпуска Су- 15ТМ. его оборудование и вооружение неоднократно подвергались доработкам и модернизации. На самолетах первых серий применялись ракеты Р-98. в дальнейшем они были заменены на Р-98М. С 8-й серии носовой конический радио- прозрачный обтекатель антенны БРЛС заменили обтекателем оживальной формы. Это позволило устранить помехи на экране БРЛС, возникавшие из-за ложного отражения сигнала от внутренней поверхности конического обтекателя, но одновременно снизило практический потолок самолета до 18100 метров. Существовал также вариант самолета со встроенной пушечной установкой ГП-9. которая располагалась под фюзеляжем, за передней стойкой шасси, со смещением влево от плоскости симметрии. Самолет прошел испытания, но серийно не выпускался.
В 1973 году появился истребитель- перехватчик Су-15 бис. В отличие от серийного Су-15ТМ, на нем были установлено два двигателя Р25-300 с тягой на форсажном режиме по 7300 кгс. носовой радиопрозрачный обтекатель оживальной формы и смонтирована бортовая часть автоматизированной системы контроля (АСК-Т58). Самолет успешно прошел испытания, но в серийное производство также не запускался.
В 1976 году начал поступать в войска созданный на базе Су-15ТМ учебно-тренировочный истребитель Су-15УМ, вооруженный четырьмя ракетами с ТГС (2хР-98М. 2хР-60)и двумя УПК-23-250. но не имевший БРЛС. Попытка установить 'ТАЙФУН-М' на Су-15УМ (вариант У58УБ) закончилась неудачей, машина оказалась перетяжеленной.
Самолеты Су-15 широко использовались в качестве летающих лабораторий В 1965-66 гг. на самолете Т-58Л (созданном на базе Т-58Д-2) проводилась отработка лыжного варианта шасси, впоследствии установленного на Су-15Т. В настоящее время Т-58Л экспонируется в Монинском музее ВВС. В 1966 г. на базе опытного самолета Т-58Д-1 был построен экспериментальный Т-58ВД. предназначенный для отработки укороченных взлета и посадки с применением комбинированной силовой установки, состоявшей из двух маршевых и трех подъемных двигателей РД36-35 с тягой на максимальном режиме 800 кгс. Первый полет на Т-58ВД В. С. Ильюшин выполнил в 1966 г. Через год летные испытания завершились, их результаты легли в основу разработки другого самолета – Т-6-1. Во второй половине 60-х годов на самолете Су-15 (00-01) проводились летные испытания доработанного крыла, устанавливавшегося затем на всех серийных самолетах Су-15.
СУ-15ТМ. Авиабаза Безречная. Забайкалье. ПВО. Лето 1992 г.
В 1974-75 гг. осуществлялись исследования по программе 'Сахалин' – заправке самолетов в воздухе по схеме 'конус- штанга'. Для этих целей были доработаны два самолета. На «заправщике» Су-15 (004)1) устанавливался подвесной агрегат заправки (ПАЗ), включавший в себя все оборудование для проведения заправки, а 'заправляемый' Су-15ТМ (024)6) был оборудован штангой-прием ни ком. Полеты выполняли летчики- испытатели В. С. Ильюшин. Е. С. Соловьев и др. После завершения испытаний унифицированные подвесные агрегаты заправки (УПАЗ) нашли широкое применение на самолетах Су-24. Самолет Су-15 (004)1) был передан в качестве пособия в одну из учебных частей авиации ПВО, а в начале 90-х годов установлен на территории ОКБ им. П. О. Сухого.
Со времени первого вылета перехватчика Су-15 прошло тридцать лет, в он и по сей день в боевом строю, по праву занимая достойное место в ряду самолетов-'долгожителей'. Появление этого самолета было бы невозможно без самоотверженного труда его создателей и в первую очередь – П. О. Сухого, С. К. Туманского, Н. П. Зырина, А. И. Вишневского. Р. Г. Ярмаркова. В. С. Ильюшина. Е. С. Соловьева, Е. К. Кукушева и всего коллектива ОКБ.
| Основные характеристики | Су-15 | Су-15* | Су-15ТМ | Су-15ТМ** |
| Длина самолета с ПВД. м | 21,41 | 21.41 | 21,41 | 21.41 |
| Размах крыла, м | 8.916 | 9.340 | 9.340 | 9.340 |
| Площадь крыла. м² | 34.59 | 36.90 | 38.80 | 38,80 |
| Высота на стоечке. м | 5.0 | 5.0 | 4.84 | 4.84 |
| Масса, кг | ||||
| —пустого самолета | 10220 | 10360 | 10780 | 10780 |
