Е-150 (Е-151) - всепогодный истребитель-перехватчик.

Самолет представлял собой среднеплан с треугольным крылом и фюзеляжем круглого сечения. Фюзеляж напоминал трубу из элементарных тел вращения с практически одинаковым диаметром по всей длине (цилиндр диаметром 1600 мм переходил в хвостовой части в зоне форсажной камеры двигателя и его эжектора в цилиндр диаметром 1650 мм).

В носовой части фюзеляжа устанавливался "многоскачковый" конус из диэлектрического материала, состоявший из трех ступеней. В нём располагалась антенна радиолокационной станции "Ураган-5Б". Эта РЛС с большой дальностью обнаружения цели могла работать в режиме обзора и сопровождения цели. РЛС была сопряжена с системой управления огнем и приемной телекомандной ситемой, а также автопилотом управления. Взаимодействие этих устройств обеспечивало в любых погодных условиях и в любое время суток выполнение направляемого с земли автоматического полета в заданную зону с последующим захватом цели сигналами РЛС и выполнением атаки при совмещении цели с меткой радиолокационного прицела самолета.

Цельнолитой фонарь, открывавшийся вверх-вперед, не имел лобового стекла и плавно переходил в гаргрот, тянущийся к основанию киля. Остекление фонаря выполнялось из 12-миллиметрового стекла Т2-55, способного выдерживать температуру аэродинамического нагрева до 170 градусов. В кабине летчика устанавливалось шторочное катапультное кресло. Для улучшения путевой устойчивости на больших скоростях под фюзеляжем в хвостовой части монтировался аэродинамический гребень. В нижней части фюзеляжа также располагались три тормозных щитка. Для сокращения длины пробега применялся тормозной парашют ПГ-5605-58.

Треугольное крыло малого удлинения, аэродинамика которого уже была хорошо отработана на опытных истребителях Е-4 и Е-5, имело тонкий профиль с относительной толщиной 3,5%, выдвижные закрылки Фаулера и элероны с аэродинамической компенсацией. Его стреловидность по передней кромке составляла 60 градусов. На нижней поверхности каждой консоли крыла предусматривалась установка по одному пилону для подвески ракет.

Силовая установка состояла из одного двигателя Р-15-300. Этот ТРД, развивавший тягу на максимальном режиме 6840 кг и на форсаже 10 150 кг, имел специальный эжектор, который позволял развивать суммарное тяговое усилие до 19 800 кг на скоростях полета в диапазоне чисел М=2,4-2,5 и существенно уменьшить донное сопротивление.

Во всех каналах системы управления истребителя использовались необратимые бустеры. Аварийное управление осуществлялось электромеханизмами. На самолете применялись две автономные гидросистемы - общая и бустерная. Общая гидросистема обслуживала шасси, закрылки, тормозные щитки, обечайку конуса воздухозабоника, противопомпажные створки и дублировала бустернуюо систему в случае ее отказа.

Основные стойки шасси при уборке укладывались в консоли крыла параллельно строительной плоскости, а колеса убирались в фюзеляж под углом 55 градусов к строительной плоскости крыла. Передняя стойка с тормозным колесом убиралась против потока.

Е-151 отличался от Е-150 вооружением, в его носовой части фюзеляжа, перед кабиной располагалась подвижная пушечная установка. В связи с высоким аэродинамическим нагревом самолета на больших скоростях, наиболее теплонапряженные элементы конструкции должны были выполняться из термостойких материалов (например, из нержавеющей стали).