T10的进化
为了减小阻力，机体的前部被重新设计：座舱附近机体的横截面积减小，座舱盖最大横截面积减少同时也向后移动了一些，增加机体前部第一个油箱附近的横截面积了。尾椎和机体之间引入了占据尾椎的全部长度过渡段，同时减少了尾椎的横截面积，尾椎形梁的布局进行了更改，末端变为圆柱形，并成为后油箱的一部分。这样，内部油箱的载油量提升到了9.4t。机身下的发动机吊舱也经过修型，在减轻了重量的同时也适配了上置附件机匣的AL-31F发动机（T10-3与T10-4安装的是下置附件机匣的的AL-31F发动机）。在进气道总体气动布局保持不变的情况下，在进气道的下表面加装了辅助进气门，在进气道内增加了防止外来物破坏（FOD）系统，这个系统可以在滑行、起飞滑跑阶段放下防护格栅，阻止外来物通过进气道进入发动机。
携带10枚导弹的T10-17 为了通过提升控制面的效率来提升航向与横向的稳定性，T10S的尾翼进行了重新设计。垂直尾翼以更大的间距安装在发动机吊舱外侧的承力梁上，这是利用机翼与边条形成的涡系的最佳位置。通过这些措施，T10S在大迎角和大侧滑角时的航向稳定性与操纵性得到了改善。T10S还安装了腹鳍来增加航向稳定性与抗尾旋性能。将尾部控制面安装在尾部承力梁上扩大了水平安定面与垂直安定面的面积，同时也使控制面的动作执行机构能够安装的更加靠后。水平尾翼的形状也有了改变，由于执行机构位置的改变，水平尾翼的转动轴位置也发生改变，改善了水平尾翼的振颤性能，设计人员不再需要安装防振颤配重。T10上以主起落架舱舱门作为主减速板，但是会导致水平尾翼振动，在T10S上被座舱后的大型减速板替代。
起落架也进行了从新设计：主起落架主支柱可以旋转，这样就可以让主起落架机轮旋转后收入中央翼部分，不再需要折叠结构。这一举措也减小了主起落架舱附近的升力体机身的横截面积。前起落架进行了加强并且后移，这样能获得更好的滑行性能，避免前起落架卷起外来物在滑行、起飞滑跑阶段毁坏发动机。战机布局的改变，使飞机的最大横截面积减少了15%，跨音速、超音速速度区间飞行时空气阻力降低18-20%。由于机体的升力特性提高，再加上航向与横向稳定性与三个操纵通道内操纵性的提升，使战机获得了优异的机动性，尤其是在大迎角情况下的机动性能，同时航程也达到了设计指标。
试飞
1980年，当新布局的原型机的组装工作在库隆机械厂展开时，阿穆尔-共青城的制造厂已经快要完成预生产批次飞机的生产。这批飞机的设计已经确定，动力还是AL-21F-3AI发动机，可以算是T10-1与T10-2原型机的复制品，唯一的不同就是它们的安装了T10-3原型机的倾斜垂尾。这批飞机和未来的苏-27（也就是T10S）相似的地方非常少，决定不取消这批预生产型是为了利用这批飞机在生产第一架T10S的同时调试火控系统，尽可能多的测试机载设备，同时完成试飞计划的初始阶段。从而最大程度的弥补为了生产新布局战机而改造生产线所耽误的时间。编号为T10-5的第一架预生产型飞机在1980年7月下线，接下来在这一年中T10-6和T10-9（编号7和8指定给了第一批T10S）也制造完成。1981年，共青城厂又生产了另外两架飞机-T10-10和T10-11，这5架原型机统称为苏-27-T10-5型，以把他们和未来将要制造的飞机区别开来。到1982年，共生产了9架初始布局的飞机，包括一架静力试验机。
苏霍伊在1981年早些时候完成了T10S编号为T10-7（或者T10S-1）的首架原型机的组装，1981年4月这架飞机由试飞员弗拉基米尔·伊留申操纵实现了首飞。同样是在1981年，T10S的静力机（T10-8，也称作T10S-0）与第二架新布局的原型机也投入生产。从1981年开始，苏-27项目改由阿列克谢·克内舍夫领导，他自那以后一直是这型飞机的总设计师。T10-7与T10-12两架飞机被用来确定新布局飞机的主要飞行性能，包括稳定性与操纵性，同时也要测试上置附件机匣的新发动机。然而这两架飞机都没有飞行太久。1981年9月3日。T10-7因为燃油系统故障而损失。飞行员弗拉基米尔·伊留申不得不跳伞离机，油箱几乎空掉的T10-7坠毁在地面炸成一团火球。1981年12月23日，T10-12从最大速度减速时进行进入了不可控制的侧滑而坠毁。飞机前部遭到破坏导致这架飞机撞向地面，试飞员亚历山大·科马罗夫在事故中牺牲。
由于残骸损毁严重，完全搞清楚事故原因非常困难。但是在1983年，苏霍伊试飞员尼古拉·萨多夫尼科夫在试飞第一批生产型苏-27当中的T10-17是遇到了类似的情况。在低空高速平飞时，萨多夫尼科夫的战机的前缘襟翼和部分机翼损坏，残骸打坏了垂直安定面，但是在飞行员的高超技巧（萨多夫尼科夫后来被授予苏联英雄称号，并创下多个世界纪录）的控制下，这一架次的飞行没有变成一场事故。尼古拉·萨多夫尼科夫驾驶着这架失去了大部分机翼、只剩下部分垂直尾翼的的飞机平安降落，为研制人员提供了宝贵的信息，帮助他们查找问题。后来发现几起事故的原因是错误计算了自适应前缘襟翼在特定飞行模式下所产生的铰链力矩的。设计局采取措施重新进行设计，新设计修改了机身与机翼的加固方式，采用了面积更小的自适应前缘襟翼。
试飞中的T10-17
1982年，阿穆尔-共青城厂制造的第一批新布局原型机：T10-15（后来改装成为P-42纪录飞机）、T10-16、以及前文提到过的T10-17投入试飞。第一批次的苏-27在1982年的6月2日首飞。第二年，共青城厂又生产了另外9架战斗机，分别是T10-18、T10-20、T10-21、T10-22、T10-23、T10-24、T10-25、T10-26和T10-27，这批飞机针对之前事故的调查结果对机体前部和机翼进行了修改、加强，主要进行苏-27的国家联合试飞。对于已经生产出来的飞机，安装了附加的补强板，对于那些还在制造中的飞机，蒙皮与结构构件得到增强。尾椎的的形状也进行了修改，取消了之前设计的尾部配重。座舱盖的活动部分改为向上向后移动（之前是向后滑动）。为了容纳干扰弹发射器，增加了尾椎和发动机吊舱间的过渡部分的长度和高度。翼尖也可以用电子对抗系统吊舱替换空空导弹发射滑轨。
1984年，第一批苏-27加入苏联空军服役，到第二年年末，有近百架战机生产下线，大量的空军与防空军部队换装新的战斗机。苏-27的国家联合试飞在上世纪80年代中期结束。测试的结果证明苏-27是一架非常优秀的战斗机，机动性、航程、作战效能都无“机”能出其右。然而，一些机载航电设备还需要在国家联合试飞之后按照专门的流程进行补充试飞。在补充试飞完成后，1990年，苏-27战机正式加入苏联空军与防空军的航空兵作战序列。
T10-33
苏-27战机与苏联其他现役战机无论是飞行性能、火控系统、导航系统还是其他设备上均有较大差别，因此需要设计苏-27UB这种双座战斗教练机版本。苏-27UB完全保留了单座型号的航电与武器系统，是一款与单座型同样有效的作战飞机。而且，考虑到苏-27战机的载油量与航程，有两名机组成员相互配合在很多情况下作战效果更好。
苏霍伊设计局在上世纪70年代末新布局的苏-27还没有开始测试便开始设计苏-27UB（设计局代号：T10U）。研制人员既要保证单座型与双座型在航电上的通用性，也要保证双座型拥有单座型优秀的飞行性能。1980年，双座型的设计完成。苏-27UB的气动布局与单座型大体一致。设计上的主要区别是机体前部结构要整合串列双座座舱，增大了垂尾面积以保持航向稳定性。为了给后座飞行员提供良好的视野，座舱后部相对前部抬升了一点。座舱采用了一个向后上方旋转打开的整体舱盖，方便操作，保证弹射的安全性。这种后座高于前座的布局要求修改前部油箱与中央翼上方的机体，使战机呈现一种后背隆起的外形，这样的话前起落架与前起落架舱布局保持不变，后座舱下方还可布置两个电子设备舱，而战机的载油量没有减少，机身长度也没有增加。双座型的垂尾在单座型的垂尾基础上加高了420mm，每个垂尾面积也增加了1.55m2。
双座的T10U原型机
苏-27的41项纪录
1986年年末，媒体报道了苏联新飞机——P-42创造的爬升率新纪录。1986年10月27日，飞行员维克多·普加乔夫创造了25.4s爬升到3000m的纪录，而10月15日他刚刚分别在37.1s，47.0s和58.1s内爬升到6000m，9000m和12000m，以2s的优势打破了由美国飞行员史密斯驾驶F-15创造并保持了十年的爬升记录。创下这一纪录的飞机分类为喷气机以及12~16t的勤务飞机，这样的分类让富有经验的航空专家感到十分惊讶，很快他们就意识到P-42背后隐藏着苏联新型战斗机苏-27。问题是20t级的飞机无论如何不会归类到16t及以下飞机的行列。国际航空联合会公布的信息显示P-42的起飞重量是14，100kg，这比苏-27的空重还要轻了2t，这么做的原因很简单：为了创造纪录。苏霍伊设计局领导层决定用苏-27的第一批原型机中刚刚完成测试的T10-15来进行改装。总设计师米哈伊尔·西蒙诺夫称，这架飞机不同寻常的编号是由于以下原因：“P-42是为了纪念伟大的卫国战争的转折点——1942年的斯大林格勒战役。在那场保卫家园的战役中，苏联的航空工业扮演了极为重要的角色。“这架飞机拆除了火控系统以达到设计要求的重量。除此以外，缩短了尾椎，减小了垂尾的面积，拆除了减速伞和腹鳍，固定了机翼的增升装置，更换了一个更轻的金属雷达罩，并采取了其他一些措施来减轻重量。每次进行创纪录的飞行时，飞机的油箱中的燃油十分有限，只够完成起飞、完成科目、降落而已。设计师还尝试给发动机增加推力，每台发动机增加了超过1000kg的推力（国际航空联合会的记录中发动机是R32，推力是13.6t）。这些措施让飞机在起飞的时候推重比达到了2，P-42在垂直爬升状态中可以持续加速至突破音障。
创造纪录的P-42机
然而，这架飞机强大的推重比带来了一个独特的问题：P-42的刹车无法在发动机开启加力的情况下保持住飞机的位置。因此，因此采用了一个非常巧妙的解决办法：把飞机用钢索和电锁连接到大功率牵引车上，牵引车通过装甲板来避免飞机发动机尾流的影响。起飞前，牵引车驶上跑道，用自己的重量稳住飞机，防止飞机提前移动。到了预定的起飞时间，电锁将切断缆绳和飞机的连接，摄像机和秒表启动，P-42冲刺起飞去创造新的世界纪录。P-42飞机创造纪录的准备工作是由主管工程师（后来的项目总设计师）马尔基罗索夫领导的。1987年3月10号，试飞员萨多夫尼科夫驾驶的P-42把9km和12km的爬升纪录提高了3s，分别是44.2s和55.5s。第二天，P-42的强大推重比使其得以跨入短距起降飞机行列，飞机爬升到3km，12km和15km的耗时分别是25.4s，57.4s和75.7s。1987年6月10号，P-42创造了短距离起降飞机19335米的平飞纪录。最后的一次的官方纪录是由普加乔夫创造的，他驾驶P-42携带1t载荷在81.7s爬升到15000米。这架飞机在1986-1988年之间共创造了27项世界纪录，普加乔夫、萨多夫尼科夫、佐伊和弗拉罗夫获得了世界纪录创造者证书。
爬升中的P-42
开始服役
1984年苏-27开始交付作战部队。还在研制阶段的时候，就决定这架战机会服役于两个类型的作战航空兵部队——空军和国土防空军。也就是说，空军战术航空兵和国土防空军战斗机部队将会使用完全相同的飞机。值得一提的是，苏联在苏-27之前的战机大多数只有一个主人，比如说米格-21只在空军服役，而苏-9、苏-11、苏-15、Tu-128与米格-25P只在防空军服役。米格-23是唯一一款同时在空军和国土防空军服役的战斗机。但是，国土防空军所装备的米格-23P是特殊版本，在火控系统和武器配置上和空军的米格-23M有着很大的不同。这种情况持续到1980年代，当时米格-29战术战斗机开始进入空军服役，而国土防空军则装备了米格-31截击机。因此，苏-27成为第一款能够同时胜任空军的战术战斗机任务以及防空军的截击机任务的战机。能够胜任的原因是苏-27拥有良好的飞行性能、强大的火控系统以及先进的武器。在空军服役的苏-27被称为苏-27S，在国土防空军服役的被称为苏-27P，很多资料认为苏-27S与苏-27P完全一样，只不过分别被国防部不同委员会采购。但还有一些资料显示，装备不同军种的苏-27还是有区别的，主要集中在航电系统上，国土防空军的苏-27P针对国土防空军的空气-IA自动截击系统装有配套的机载设备。但是1998年两个军种合并后，苏-27P和苏-27S是否经过统一化的改装不得而知。
苏-27S在基尔普-雅芙尔空军基地（科拉半岛）
按照计划，国土防空军在远东的战斗机部队将是第一批改装苏-27的部队，因为苏-27战斗机的生产线就在这里，这样就能及时发现并解决新战机刚刚服役时不可避免会出现的各种问题。但是依照传统，空军和国土防空军的飞行人员战斗使用和改装训练中心（CEPRC）也会最先装备新型战斗机，为飞机的操作与战斗部署编写教材，并对改装新机的飞行员进行培训。因此苏-27在进入作战航空兵团服役前先来到利佩茨克基地的空军飞行人员战斗使用和改装训练中心和萨瓦斯列依卡基地的国土防空军飞行人员战斗使用和改装训练中心。到1990年，这些中心各拥有15到16架飞机。还有一支部队也先于作战部队装备苏-27，即位于克里斯诺达尔基地的红旗高级联合飞行技术学校。
根据欧洲常规武装力量条约框架下的数据交换协议提供的数据，在1990年年末，苏联在它的欧洲部分部署了367架苏-27，其中空军138架，国土防空军229架。在波兰部署有两个空军苏-27团，分别位于克柳切夫基地和霍伊娜基地；在乌克兰部署有一个空军苏-27团，位于米格尔罗德基地。在库宾卡空军基地的合成航空兵团也有一个大队装备苏-27。1991年，以这个大队为基础组建了俄罗斯勇士飞行表演队，而库宾卡的这个合成航空兵团后来改组成了以空军元帅阔日杜布命名的飞机展示中心。国土防空军的列宁格勒独立集团军，阿尔汉格尔斯克独立集团军和第比利斯独立集团军各拥有两个苏-27航空兵团（分别部署在瓦伊涅杰、尼温斯科耶、基尔普-雅芙尔、罗加乔沃、克雷姆斯克和古达乌塔这六个空军基地）。根据国外相关资料估计，上世纪90年代初期俄军装备有差不多600架苏-27S（这个数字中除了部署在苏联的欧洲地区的苏-27的单座型，也包括苏-27UB双座战斗教练机以及部署在乌拉尔以东地区的的苏-27）。
苏-27P双机 苏联解体伴随着华沙条约解除，导致空军以及国土防空军的一些部队重新部署或者解散，这其中也包括一些装备苏-27的部队。除此以外，还有大约100架飞机被遗留在原先的苏联加盟共和国乌克兰和白俄罗斯。在1992年的夏天，原先的苏联空军部队离开了波兰。根据国外相关资料分析，在1996年年初，俄罗斯空军部队装备有130架苏-27S，大约还有300架在国土防空军。除此之外还有24架苏-27K舰载机部署在海军的北方舰队，还有一部分岸基航空兵部队装备苏-27S。
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