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U-2的卓越性能使其成為一架難以被擊中的飛機。有人說它是“我認為飛行高度最高的工作空中飛機......幾乎沒有什麼武器夠得著它”， U-2是採用最小化機身重量思路設計製造的，這樣的結果是飛機的多餘質量很小，可以很輕易地飛抵高空並長期保持停留。早期的U-2型號由普拉尼JTG57型渦輪噴氣發動機提供動力。U-2C和TR-1A型號使用更強大的特尼J75YG渦輪噴氣發動機。 U-2S和TU-2S型號採用了更強大的FAW電氣公司的F118渦扇發動機，能夠在普通速度的模式下飛的更高。
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高縱橫比的機翼為U-2提供了一些類似滑翔機的特性，整個機體的豎橫長寬比約為23：1，與當時的滑翔機相當。能輕易保持70,000英尺（21,000米）的操作高度上限，一般武器基本無法擊中，導彈之類的也很難以夠得著。U-2的飛行控制裝置專為高空飛行而設計; 這些控制器需要在操作高度上進行光控制輸入，控制輸入必須是極端的以達到所需的響應程度，並且需要更高的高度來以這種方式操作控制。也就是說它基本停留在高空當中，擊落概率大大的減小了。
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由於高操作高度和駕駛艙的部分增壓（相當於28000英尺（8,500米）高度的壓力），飛行員穿著部分加壓航天服，提供飛行員的氧氣供應，並在機艙壓力不足時提供緊急保護。據認為，一架可在70,000英尺（21,300米）高空飛行的飛機將超出任何已知的戰機，導彈和雷達的攻擊有效範圍。在如此高高空的最極限飛行航程為1,500海里（1,700英里; 2,800公里/1000+千米/每小時的速度）。 也就是說當時的戰機也不可能容易的追上它。所以擊落U-2會被看做是很大的勝利，舉例來講比如，ROC使用過的一架U-2在1965年被擊落，它的殘骸在中人革歷史事件博物館展出。 它已被重新組裝並在飛機展廳內展出。這架飛機由ROC空軍飛行員介科章駕駛，於1965年1月10日在海原西南部由PLA的S-75 Dvina型導彈擊落。
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