發展沿革
研製背景
F-15與F-22第二次世界大戰結束後，美國政府和軍方認為，未來的戰爭必將是一場核大戰。傳統的空戰機動變得陳舊過時，取而代之的將是攔截。因此戰鬥機設計重點也發生巨大轉變，轉而強調核武器投射能力和防空截擊能力。
1950年，韓戰爆發，美國空軍的許多戰鬥機因強調大型化、多用途化導致機動性下降，在空戰中不占優勢。十餘年後，隨著美國全面介入越南戰爭，美國空軍被迫在一個與想定條件完全不同的環境裡作戰。空軍不得不使用機動性差的戰鬥轟炸機與北越的米格戰鬥機進行空中格鬥，原來的攔截和核武器投射能力未能派上用場。先進的空對空飛彈不適應越南潮濕氣候，故障頻頻，而越戰初期多數美國空軍戰鬥機都沒有裝備機炮，以至多次出現占據有利位置卻不能擊落敵機的情況。此外，還有敵我識別也是一大問題，發生了多起誤傷事件。
美國空軍自韓戰後不久就取消了空戰訓練課程，飛行員普遍沒有進行空戰訓練，導致空戰能力下降。作為補救措施，美國空軍開始給戰鬥機加裝航炮吊艙應急。但這種吊艙射擊精度不好，對機動性影響也大。後來美國空軍又在新的F-4E上採用了內置機炮，取得了一定效果。但這些飛機並不是專用的空戰戰鬥機，一線部隊迫切需要一種真正的用於奪取空中優勢的戰鬥機 。
建造沿革
F-X計畫中NASA提出的4種戰鬥機氣動布局方案1962年，美國空軍展開了F-X（Fighter-Experimental）計畫，1966年4月，美國空軍指定麥克唐納·道格拉斯、北美·洛克韋爾和費爾柴爾德·共和三家公司參與F-X計畫競爭。在F-X計畫進行期間，NASA作為技術發展研究的先行者，也在進行相關戰鬥機構型研究。研究工作主要在蘭利研究中心進行。當時一共提出了4個方案，包括：LFAX-4（可變翼方案），LFAX-8（LFAX-4的固定翼方案），LFAX-9（雙發上單翼方案）和 LFAX-10（和蘇聯米格-25外形相似的方案）。
F-15戰鬥機圖片欣賞1967年，蘭利中心發布了它們的研究成果，即LFAX-8。1968年，在時任美國國防部研究工程局總監的約翰·佛斯特博士的促使下，正式要求NASA參與F-X發展計畫。佛斯特認為，NASA提出的飛機方案使得F-X計畫採用的先進技術更加具體化，同時可以作為廠家方案的技術上限；其次NASA及其解決問題的專業意見，有助於最大限度的減小F-X計畫發展過程中的風 險和問題。此後，NASA的4個方案被進一步深入研究。合作期間，各廠商設計團隊相繼訪問NASA，針對其各個構型的優點、缺點以及技術成熟程度進行不斷改進。最終，麥道公司的設計團隊選擇了以LFAX-8為基礎的設計方案（LFAX-4方案被格魯門公司採用，成為F-14戰鬥機的基礎），這個方案已經具有後來F-15的部分特徵，這些特徵包括：縮短動力組件長度以減輕重量；發動機安裝位置前移以便平衡；採用水平調節斜板的發動機進氣道，以便在大迎角下獲得良好的進氣性能；平尾安裝在遠遠向後伸出的尾撐上，以獲得更好的安定性和控制能力；發動機間距和整流罩經過最佳化設計，以減小亞音速巡航阻力。不過，麥道設計團隊也對該方案進行了修改。由於空軍更加強調高亞音速機動性，麥道的方案中機翼採用了前緣錐形扭轉設計。而為了安裝大型雷達天線（NASA的方案中機頭整流罩太小），麥道綜合考慮之後決定採用大型機頭整流罩。
F-15三面線圖1968年9月30日，經過長期爭論之後，空軍終於發布詳細的F-X方案需求（RFP）。RFP指出新型戰鬥機應該具有低翼載荷、高推重比，在0.9馬赫速度附近具有良好的機動性能；裝備脈衝都卜勒雷達，具有下視下射能力；足夠的轉場航程，可以無需空中加油自行部署到歐洲基地；最大飛行速度要求達到2.5馬赫（不過，這一條要求只在理論上達到過：由於代價高昂以及複雜性，F-X/F-15在掛彈後速度被限制在1.78馬赫）；單座構型；在空戰時的重量要求不超過18144千克；以及其它一些和疲勞壽命、維護性、可視性、自啟動能力等相關的要求。
1968年10月24日，空軍將F-X定名為ZF-15A。1968年12月30日，空軍F-15系統計畫辦公室（SPO）已經收到麥克唐納·道格拉斯、北美·洛克韋爾和費爾柴爾德·共和三家公司的投標方案，標價均為1540萬美元。這三種方案並沒有顯著不同，只是北美和費爾柴爾德的方案均採用單垂尾設計。其中後者得到來自長島的國會議員的大力支持——因為該方案如果中標將在長島生產。
1969年12月23日，經過詳盡的評估之後，美國空軍系統司令部（AFSC）宣布麥克唐納.道格拉斯所提出的設計方案在F-15計畫競爭中獲勝，成為該計畫主承包商。
波音F-15“鷹”戰鬥機1970年1月1日，F-15發展契約正式生效，麥道開始進入全尺寸研製階段。初始契約要求生產20架飛機用於工程發展，其中包括10架試驗型F-15A和2架TF-15A（後改稱F-15B）雙座教練型，還有8架全尺寸發展型FSD飛機，全部是F-15A。由於麥.道曾經研製過F-4戰鬥機，因此F-15的早期研製工作於其中獲益良多。喬治·格拉夫被任命為設計小組負責人，負責工程研製工作。項目經理唐·馬文則負責處理組織工作的實際問題，並確保項目進度。1971年4月8日，F-15評審工作最終完成。
1972年6月26日，第一架原型機YF-15A（71-0280，代號F-1）出廠。1972 年7月27日，麥·道首席試飛員歐文·L·保羅斯駕駛YF-15F-1從愛德華茲空軍基地起飛，開始這隻“雛鷹”的首次飛行。此次飛行持續時間50分鐘，最大飛行高度3658 米，空速463千米/小時。此後，9架單座原型機（F-2/10）和2架雙座原型機（TF-1/2）相繼試飛。
服役歷程
美國
F-15淺灰色“羅盤幽靈”空優塗裝1976年1月起，美國內利斯空軍基地的第1戰術戰鬥機聯隊下屬中隊開始換裝F-15A/B，擔負戰鬥值班。
1977年，駐德國比特堡空軍基地的第36戰術戰鬥機聯隊換裝F-15後開始具備初始作戰能力。
1977年12月，駐新墨西哥州霍羅門空軍基地的第49戰術戰鬥機聯隊，成為第三個換裝F-15的聯隊，主要擔負戰鬥值班。內利斯基地的第57戰鬥機武器聯隊稱為第4個換裝F-15的聯隊，該聯隊主要擔負高級訓練、評估測試以及戰術研究任務。
1978-1979年間，但由於發動機的原因，F-15大批停飛，交付推遲，造成嚴重後果。出廠的F-15一度沒有安裝發動機，直到F-100恢復生產才重新安裝。第一批F-15A交付的時候噴塗著淺藍色的空優塗裝。但這種塗裝方案很快就放棄了，由於西歐的天空卻是淺灰色的，之後（在F-15E出現之前）所有的F-15全部換成了淺灰色的“羅盤幽靈”空優塗裝。
F-15K1978年9月13日，駐荷蘭索斯特堡基地的第32戰術戰鬥機中隊為了對抗蘇聯在歐洲的威脅，繼美國國內部隊之後，開始換裝F-15A/B，該中隊雖是美國空軍部隊，但受荷蘭空軍指揮執行北約賦予的作戰任務。
1978年12月，美國佛羅里達州埃格林基地33戰術戰鬥機聯隊也開始換裝F-15。
1979年9月，F-15C投產並首先裝備第18戰術戰鬥機聯隊。此後，F-15C/D逐步取代F-15A裝備一線部隊。
各國F-15戰鬥機20世紀80年代中期，美國第21混合聯隊（現改編成戰術戰鬥機聯隊）開始換裝F-15A/B。最後裝備F-15A/B 的是戰術空軍司令部下屬的4個戰鬥截擊機中隊（第5、48、57、318中隊），但它們卻為北美防空司令部執行防空任務。隨著大批F-16A Block15進 入戰鬥截擊機中隊服役，取代了F-15A的防空主力地位。
1987年8月1日，盧克基地的第405戰術訓練聯隊開始組建美國空軍第一支F-15E訓練部隊—第461戰術戰鬥機訓練中隊。1988月，該中隊具備初始作戰能力。
1989年10月，第4戰術戰鬥機聯隊（現更名為第4聯隊）下屬第336戰術戰鬥機中隊開始換裝F-15E後開始具備有限的作戰能力，1990年8月1日達到初始作戰能力。此後又有三個聯隊相繼裝備F-15E。
1990年10月1日，第48中隊撤編，此後美國本土再也沒有一個裝備F-15的一線防空中隊。
| 型號 | 狀態 |
| F-15A | 共365架，現役46架，損失46架，退役96架，出售15架，封存153架 |
| F-15B | 共59架，現役9架，損失6架，退役18架，出售8架，封存18架 |
| F-15C | 共408架，現役334架，損失52架，退役1架，出售20架，封存1架 |
| F-15D | 共62架，現役52架，損失5架，出售5架 |
其他
使用F-15的國家F-15基於其高昂的價格，除美國外，早期使用的國家只有以色列（F-15與F-15I）、日本（F-15J與F-15DJ）、沙烏地阿拉伯（F-15C與F-15S）等三國，之後有新加坡（F-15SG）等國家提出採購需求。另外還有以F-15E為基礎，售予韓國的F-15K，這是第一個使用GE（General Electronic，通用電氣）引擎的F-15，在這之前的F-15都是使用普惠（P&W，即Pratt and Whitey）的引擎。為美國空軍和其它外國客戶生產的各型F-15都已經交付完畢。
| 國家 | 數量 |
| 以色列 | F-15A38架，F-15B6架，F-15C16架，F-15D11架 |
| 沙烏地阿拉伯 | F-15C49架，F-15D21架 |
| 日本 | F-15J165架，折損8架；F-15DJ48架，折損3架 |
| 韓國 | F-15K59架 |
| 新加坡 | F-15SG24架 |
技術特點
氣動結構
結構
F-15採用的大型氣泡座艙蓋F-15戰鬥機機身為全金屬半硬殼結構，機身由前、中、後三段組成。前段包括頭部雷達罩、座艙和電子設備艙，主要結構材料為鋁合金。中段與機翼相連，部分採用鈦合金件承受大載荷，約占此段重量的20.4%，前三個框為鋁合金結構，後三個為鈦合金結構。後段為鈦合金結構發動機艙。鋸齒形前緣的平尾為全動平尾，面積大，可滿足高速飛行和機動需要。
機翼
F-15機翼設計採用切尖三角翼翼形，可以改善機翼結構、增大機內容積，同時可以使飛機在跨音速區的阻力增加變得更加平緩，飛機跨音速時焦點移動量也較小，減小了配平阻力。為了改善飛機亞音速性能並考慮重量、製造工藝和系統複雜性方面，F-15採用了無前後緣機動襟翼和前緣固定錐形扭轉設計，前緣後掠45度，機翼相對厚度為6%/3%（翼根/翼尖），而沒有採用當時已經得到普遍套用的前緣機動襟翼。
F-15機翼採用高達3的展弦比，配合為5的根梢比，有利於推遲翼尖分離，明顯減小了機翼誘導阻力；同時較大的展弦比提高了機翼升力線斜率，改善了機翼升力特性。同時展弦比增大，超音速零升阻力係數也增大，增大了跨/超音速的波阻。這個缺點，則利用強大的發動機推力和其它方面的設計來彌補。翼面積56.48平方米，下反角1°，安裝角0°。機翼上僅有後緣高升力襟翼和副翼共4個操縱面。
F-15線圖機翼結構為多梁抗扭盒型破損安全結構，前梁為鋁合金，後三梁為鈦合金。內側整體油箱的下蒙皮採用鈦合金壁板，其餘為鋁合金機加工整體壁板。機翼前後緣、襟翼、副翼均為全鋁蜂窩夾層結構。機翼的破損安全結構，配合承力蒙皮，只要有一根翼梁仍然完好，就可以支持飛機繼續飛行，大大提高了飛機的生存能力。
材料
F-15垂直安定面和平尾均為硼纖維複合材料、鈦合金抗扭盒和全厚度鋁夾芯和硼-環氧複合材料面板構成的蜂窩壁板蒙皮，夾層結構。兩者的抗扭盒為鈦合金結構，前後緣為全鋁蜂窩結構。方向舵採用碳纖維-環氧複合材料梁肋和硼-環氧面板和鋁夾芯蒙皮。平尾和方向舵均可以左右互換。垂尾採用大展弦比、中等後掠角設計，前緣後掠角37°，外傾2°，高度較大，大迎角下可以明顯改善飛機的航向穩定性，從而保證F-15可以有效的進行大迎角機動。平尾為大後掠全動低平尾設計，前緣後掠角50°，具有前緣鋸齒和翼尖斜切設計 。
座艙
F-15戰鬥機飛行員座艙為了提供良好的視界而使用整體風擋，座椅位置也安排得較高，飛行員幾乎1/3個身子露在機身外，使得飛行員具有上半球360度環視視界，正前方下視角達到15°。
進氣道
進氣道外側有凸出的整流罩，從機翼根部前緣向前延伸，大迎角下可以產生渦流，推遲機翼失速和提高尾翼效率，相當於邊條翼，但由於整流罩前緣半徑較大，具有較大吸力，氣流不易分離，其效果不如邊條翼好。整流罩結構經過機翼向後延伸，形成尾部支撐桁架（尾撐）結構，除了提供尾翼安裝空間外，大迎角下還能產生一定的低頭力矩，改善飛機的大迎角性能。
單塊減速板位於機身背部，最大開度35°，可以在任何速度下打開，並不會改變飛機的俯仰姿態。F-15的尾部採用雙發小間距布局，減小了飛機阻力。
動力系統
正在測試的F100-PW-100發動機F-15戰鬥機早期裝兩台普·惠公司F100-PW-100渦扇發動機，1991年後換裝推力為129千牛/級的F110-GE-129或F100-PW-229渦扇發動機。普拉特.惠特尼研製的F100-PW-100發動機單台靜推力65.2千牛，加力推力高達11340千克，為F-15的優越性能提供了堅實的基礎。這是一種軸流渦扇發動機，涵道比0.7，雙軸3級風扇+10級高壓壓氣機+2級渦輪。該發動機設計相當先進，推重比7.8，可以左右互換安裝，在理想條件下拆卸時間只需要20分鐘。
低阻力的保形油箱（Conformal Fuel Tanks，CFT）是特別為C/D型研發的，裝設在兩邊進氣道外側，主翼下方的位置，可以裝載約約3,200升的油料，這個裝置使得F-15能夠減少空中加油所需的時間，因而增加其在戰場上執行任務的時間，有助於其全球部署行動 。
武器系統
F-15戰鬥機有六個翼下掛點、四個機身外側掛點、一個機身中線掛點，總外掛可達7300千克，F-15的主要武器是AIM-7空空飛彈、AIM-9空空飛彈和AIM-120空空飛彈等，其中進氣道下方外側可以掛載AIM-7和AIM-120，機翼下的多功能掛架可以掛載AIM-9和AIM-120。還可以掛載美國空軍各種航空炸彈，包括自由落體核彈，以及2000千克GBU-28碉堡穿透炸彈。輔助武器為右側進氣道外側安裝的一座M61A1火神機炮。
F-15搭載有自動化的武器系統與手置節流閥與操縱桿（Hands On Throttle And Stick，HOTAS）的設計，讓飛行員只需使用節流閥桿和操縱桿上的按鈕，就可以有效地進行空戰。而所有的設定與視覺導引都會顯示在抬頭顯示器上。
航電系統
F-15戰鬥機F-15戰鬥機具有多功能的航電系統，包含了抬頭顯示器（Head-Up Display，HUD）、超高頻（Ultra-High Frequency，UHF）通訊、戰術導航系統與儀器降落系統（Instrument Landing System，ILS），休斯公司的AN/APG-70（C/D型）或AN/APG-63（A/B型）火控雷達，AN/ASN-108姿態/方向參考系統，AN/ALQ-119電子干擾吊艙，AN/ARN-118塔康系統，AN/ASN-109慣性導航系統，AN/AWG-20火控系統，AN/ASK-6大氣數據計算機，CP-1075/AYK中央數據計算機等。
F-15的AN/ASN-109慣性導航系統（INS）可以在全球任何位置為F-15提供導航。它可以和AN/ASN-108姿態/方向參考系統一起綜合提供飛機的實時位置、俯仰/滾轉、姿態、航向、加速度和速度等相關信息。電子戰系統可以同時提供威脅告警以及對選定的威脅實施電子對抗。拖曳誘餌則是作為傳統雷達干擾手段的補充，用於對付現代雷達制導飛彈——該誘餌可以模擬敵方雷達信號，誘使制導頭鎖定自己而非飛機。
F-15的多功能脈衝都卜勒雷達可以向下俯視搜尋目標，利用都卜勒效應能避免目標的訊號被地面雜訊所掩蓋，可以追縱從視距外到近距離、樹梢高度的小型高速目標。目標反射的雷達訊號會傳到中央電腦，在近距離纏鬥下，雷達可以自動捕獲目標，並將目標資訊投射到抬頭顯示器上。戰術電子戰系統（TEWS）、敵我識別器（Identification Friend of Foe，IFF）以及電子反制（Electronic CounterMeasure，ECM）裝置提供威脅來源的警告，並且自動進行反制。平顯和雙桿操縱系統（HOTAS）中抬頭顯示器會顯示出由航電系統整合提供的飛行相關資料，它可以在任何飛行環境下判讀，提供飛行員飛行、追縱及獵殺敵機或其它目標的必要而即時的資訊，而不需要低頭看座艙內的儀表，大大減輕了飛行員搜尋、跟蹤、攻擊目標時的操縱負擔，並簡化了操縱程式。
F-15A加裝的是AN/APG-63全天候多模式雷達系統。APG-63雷達工作在X波段，探測距離遠，具有下視下射能力。探測信息自動送往中央計算機，並和計算結果一起實時反饋給飛行員（通過平顯和下顯）。APG-63具有多種對空工作模式，可以根據不同的搜尋方式或選擇的交戰模式來選擇不同的脈衝重複頻率（PRF）：遠程搜尋，使用中/高PRF，根據飛行員選擇的搜尋距離（18.5至296千米）確定PRF，以期獲得較好的迎頭和尾追搜尋效果；速度搜尋，使用高PRF，專用於迎頭高速接近的目標；近距搜尋，使用中PRF，用於格鬥時為響尾蛇飛彈和航炮提供數據，具有16、32、64千米三種探測範圍，可以跟蹤多個目標。作為以上三種模式的備份，APG-63還有一種非PD模式，使用低PRF，只能提供上視能力，因為非PD模式無法過濾地面雜波。此外，APG-63還有多種提供特殊功能的模式，包括：信標模式，用於向空中飛機的敵我識別系統（IFF）發射詢問信號；手動跟蹤模式，作為自動跟蹤模式的備份；被動模式，用於監測外部雷達輻射信號，同時自身只傳送微弱脈衝，以儘可能減小自我暴露的可能性；地圖測繪模式。
1973年，APG-63雷達投入使用。1979年，該雷達裝備了可程式信號處理器，這是其首次在機載雷達上套用。這使得系統通過軟體編程就可以適應新的戰術、使用模式以及武器系統，而無需進行大規模硬體改進。1986年，APG-63停產，共生產大約1000台，裝備所有F-15A/B型和早期F-15C/D型。但是APG-63並不完善。其平均維修間隔時間（MTBM）不到15小時。對該系統的航線可更換件（LRU）的技術支持日益困難。原因之一是很多部件採購困難，而採用新技術部件則往往要求重新設計系統而被迫放棄。另一方面，持續惡化的可靠性影響了飛機的部署。如果航空站沒有二級維修能力，就無法對雷達故障提供技術支援。此外，由於設計時的局限，APG-63事實上沒有多餘的處理能力和存儲能力來升級軟體，應付日益增大的威脅。為此，從F-15C/D後期型開始換裝APG-70雷達。
APG-63（V）1則是針對APG-63缺點所做的重大改型，在可靠性和可維護性方面有了明顯提高，以滿足用戶要求。作為美國空軍雷達換裝計畫的一部分，APG-63（V）1將取代APG-63裝備F-15C/D，以保證美國空軍雷達方面的優勢。（V）1系統更換了發射機、接收機、數據處理器、低壓電源和信號數據轉換器。在系統能力增強的同時，可靠性提高了近10倍，MTBM達到120小時。
性能數據
| 基本參數 | |
| 乘員 | 1人（A/C） 2人（B/D/E） |
| 機長 | 19.45米 |
| 翼展 | 13.05米 |
| 機高 | 5.65米 |
| 機翼面積 | 56.5平方米 |
| 整體空重 | 12973千克 |
| 最大起飛重量 | 30845千克 |
| 參考性能 | |
| 最大飛行速度 | 2.5馬赫 |
| 實用升限 | 19800米（A/B/C/D型） 15000米（E型） |
| 最大航程 | 5745千米（帶保形油箱） 4631千米（不帶保形油箱） C型5556千米（攜帶適型油箱與三個外掛副油箱） E型在攜帶適型油箱與三個外掛副油箱可達5741.2千米，只攜帶副油箱時為4444.8千米 |
| 作戰半徑 | 1967千米 |
| 爬升率 | 254米/秒 |
| 翼載荷 | 546千克/平方米 |
| 推重比 | 0.85 |
| 限制過載 | ﹢9/-3G |
| 起飛滑跑距離 | 274米（截擊） |
| 著陸滑跑距離 | 1067米（截擊，不用減速傘） |
| 續航時間 | 5小時15分（無空中加油） 15小時（空中加油） |
| 動力裝置 | |
| 發動機 | 2台F110加力渦扇發動機 |
| 加力推力 | 2×129千牛 |
| 載油量 | 6103千克（內部油箱） 9818千克（外掛3個副油箱和2個保形油箱） |
| 武器系統 | |
| 載彈量 | 7300千克-10705千克 |
| 飛彈 | AIM-7空空飛彈、AIM-9空空飛彈和AIM-120空空飛彈 |
| 航彈 | 普通航彈、自由落體核彈、GBU-28碉堡穿透炸彈 |
| 火箭 | / |
| 機炮 | 一門M61A1火神機炮 |
衍生型號
F-15A
F-15戰鬥機的單座制空戰鬥型，裝備F-100-PW-100發動機和AN/APG-63雷達，1972年7月27日首飛，於1974年11月交付使用。20世紀90年代中期以後，F-15A開始從一線部隊退役，轉給空中國民警衛隊。有6個州的空中國民警衛隊裝備有F-15A。F-15A/B兩機型共裝備了7個空中連隊和6個空中國民警衛隊中隊，以及以色列空軍的一個空軍中隊。
F-15B
F-15A型的雙座教練型，初稱TF-15A，後改稱F-15B。其結構重量增加了363千克，具有F-15A的全部作戰能力，但沒有裝備A的AN/ALQ-135電子干擾設備。外觀上主要區別是增加了一個后座教員席。后座教員席具有全部操縱能力，視界良好，可以在飛行包線內完成任何動作，包括起飛和著陸。由於B型主要用於訓練，因此后座無能力控制用於作戰的航電系統和武器設備。
F-15A/B MSIP
F-15A/B的壽命中期改進計畫，於20世紀90年代開始實施。其主要目標是將F-15A/B升級到F-C/D的標準，包括更換AN/APG-70雷達、換裝新的航電設備、用新型數字計算機取代老舊的模擬計算機等。
F-15C
F-15A型基礎上改進的單座制空戰鬥型。其內部載油量增加了1.116噸，採用改進型APG-63雷達，可在進氣道兩側加裝保形油箱。除了可裝載2.211噸JP-4燃油外，也可換裝偵查感測器、雷達探測、干擾設備、雷射標定裝置、微光電視設備和偵查照相機等設備。最初型仍採用F100-PW-100發動機，後來大部分改用F100-PW-220。最大起飛重量有所增加。
F-15D
F-15C型的雙座教練型。同樣具有C型的全部作戰能力以及保形油箱。其關係類同B型與A型之間的關係。
F-15C/D MSIP
F-15C/D的中期改進計畫。其航電設備全面升級，包括：換裝雷達、座艙顯示器、電子戰系統以及數字計算機。
TF-15A
第二架TF-15A改裝的雙座專用戰鬥轟炸型驗證機。他有麥道公司自行投資研製，用於和F-16XL（後改稱 F-16E）競爭空軍F-111後繼機計畫，並在此基礎上研製出F-15E。
F-15E
F-15E“打擊鷹”是麥克唐納-道格拉斯公司在F-15的基礎上改型設計的以對地攻擊為主要任務的雙座超音速全天候戰鬥轟炸機，是根據1982年美國空軍計畫研製並投產的F-111後繼機，兼具對地攻擊和空中優勢能力，稱為雙重任務戰鬥機。該機在外形上與F-15D基本相同，機身結構加強，重新設計了發動機艙，座艙以及部分結構，使航程增加了33%。重點改進航電設備，包括換裝APG-70雷達，加裝藍盾吊艙，以保證目標發現與識別以及改進武器發射精度，原來的二餘度模擬CAS改進為具有自動地形跟隨能力的數字式三餘度電傳飛控系統和先進的電子座艙顯示系統 ，改用環形雷射陀螺慣導系統等 。武器掛架增加了1倍，除原掛架外，在每個保形油箱邊還有6個掛架，後期型發動機升級為F100-PW-229。
F-15F
為沙特準備的F-15E單座方案，換裝新型發動機、雷達和座艙顯示器設備。沙特原準備在48架F-15S雙座型基礎上訂購24架F-15F，後全部改為F-15S。F-15F最終未能投產。
F-15H
用於競爭希臘空軍戰鬥機計畫的F-15E出口型。
F-15I
以色列空軍裝備的F-15E出口型。它用以色列自行研製的SPS-2000系統取代了美國產的戰術電子戰系統，其他基本不變，發動機為後期型的F100-PW-229。前後總計訂購25架。
F-15J/DJ
日本根據許可證生產的F-15C/D。計畫生產233架，前14架在美生產，其餘由日本三菱重工製造。和F-15C/D相比，主要是換裝了一些日本國產的航電設備。
F-15K
韓國訂購的F-15E出口型。和F-15E的主要區別是：改進了航電設備，加強了機身結構，改進了座艙顯示設備，航程增加了三分之一。
F-15MANX
基於NASA的主動推力矢量控制計畫的無尾隱形方案。為後來的F22隱形設計提供了一些經驗，為B-2的控制系統提供了一些經驗。
F-15N
F-15的海軍型方案，因起降距離太長，重量太重，下降時對航母甲板衝擊過大，資金太高而被迫放棄。
F-15S
沙特訂購的F-15E簡化型，發動機為F100-PW-229，但航電設備水平降低，大量採用F-15C/D上的設備。雷達雖然是APG-70，但取消了地面測繪能力，此外還取消了部分電子對抗設備，降低了藍盾吊艙的性能。這一系列的改動使得該型的對地攻擊能力大打折扣。
F-15SA
F-15SA配裝AN/APG-63（V）3有源相控陣雷達、先進的數字式電子戰和雷達告警套件、最新的座艙顯示系統，並能攜帶“虎眼”（Tiger Eyes）紅外搜尋與跟蹤系統。由於該型機在機翼下增設了2個外側掛點（1號掛點和9號掛點），為補償由此帶來的作戰飛行穩定性降低，波音公司為該型機採用了基於模型的電傳（FBW）飛控系統。該系統同時還降低了整機重量，提高了飛控系統的可靠性，還可提高飛機出動率。
F-15S/MTD
美國空軍在F-15B的基礎上改裝的短距起飛/精確著陸技術驗證機。它採用三翼面布局，換裝數字電傳飛控系統。發動機為F100-PW-220，但改用二元矢量噴口。
F-15XX
在F-15C基礎上發展的制空型。重點改進了航電設備和系統，以作為F-22計畫的一個低成本備份方案。
NF-15B
NASA改裝的F-15B，作為主動控制技術的驗證機，採用三翼面布局。它由F-15S/MTD驗證機直接改裝而來，換裝了新研製的軸對稱推力矢量噴口——這是它和F-15S/MTD在外觀上的最大區別。
RF-15
F-15專用偵察型方案，後因黑鳥偵察機實驗成功，偵察衛星相繼發射而不被採用，只生產一架驗證機。
F-15/PDF
由F-15C改進的防空壓制型方案，具備精確打擊能力。
F-15SG
F-15E的新加坡版本，配備了主動相控陣雷達、頭盔顯示系統、高精度瞄準吊艙等先進設備。
F-15SE
具備部分隱身性能的F-15戰鬥機的最新改進型 。
服役動態
美軍地勤人員檢修F-15C的APG-63(V)1雷達1981年7月9日，敘利亞聲稱一架米格-25PD用兩枚R-40擊落了一架F-15，殘骸落入地中海。
1982年，黎巴嫩戰爭，以色列空軍擊落許多敘利亞的俄制米格-21（報告中的數量從80到92架不等）與米格-23和少量的米格-25，其中一部份是F-15的戰績。但俄羅斯也聲稱敘利亞的米格-21比斯也於1982年8月6日用一枚AA-8“蚜蟲”空對空飛彈擊落了一架以色列的F-15A，但以色列稱那架F-15帶傷飛回了基地並得到了修復。同時也有俄羅斯資料指出1983年10月3架以色列空軍的F-15被敘利亞空軍的米格-23ML擊落。
1984年，沙烏地阿拉伯皇家空軍（Royal Saudi Air Force）的F-15戰鬥機在與伊朗的小規模衝突中擊落二架F-4，海灣戰爭中擊落二架伊拉克幻影F1。
1985年9月13日，美國第6512試驗中隊的一架F-15A從愛德華茲空軍基地起飛，躍升到24384米高空，發射了一枚反衛星飛彈（ASAT），成功擊毀美國1979年2月發射的P78-1號伽馬頻譜儀衛星。這是F-15反衛星計畫第15次發射試驗，也是第一次實彈發射。原本計畫在第48、318中隊部署 ASAT，兩個中隊已經接受了3~4架經過改裝的F-15，但由於美蘇簽訂了關於禁止在太空中試驗武器的協定，該計畫於1986年正式取消。
1990年3月，美國第21混合聯隊一架F-15在空戰演習時誤射一枚AIM-9M實彈，擊傷另一架F-15。隨後該聯隊隊長H·S·斯托爾上校被解職。
F-15正在發射空對空飛彈1991年，在海灣戰爭中，120架F-15C/D型飛機出動5900架次，48架F-15E型飛機出動2200架次，共擊落伊拉克各型飛機36架（一說33架），而自己卻沒有一架在空中受損，但因遭到地面炮火的攻擊而損失兩架。在這場戰爭中，F-15被用於對地攻擊的比重和空優任務相當。
1995年，日本的一次實彈空戰訓練中，一架F-15J因為AIM-9安全裝置失常而擊落另一架F-15J。
1999年科索沃戰爭中，美軍F-15C使用AIM-120B共擊落4架南斯拉夫米格-29。
2001年，2架以色列空軍F-15C擊落2架敘利亞空軍米格-29。
2003年，美伊戰爭中也有一架F-15可能是被地面炮火擊落。
2018年1月8日夜，沙特空軍的一架F-15S在葉門領空被胡塞武裝以DIY模式進行改造的美國Ultra 8500光電監視系統與AA-10和AA-11結合的地空飛彈系統擊落。 3月22日，胡塞武裝以視頻新聞方式宣布，第二次擊落F-15S戰鬥機一架，後查實為擊傷F-15S一架。
總體評價
F-15戰鬥機是世界上第一種成熟的第三代戰鬥機，在設計之初便強調高推重比、低翼載荷，它的設計思想是替換在越南戰場上問題層出的F-4戰鬥機，並要求對1975年之後出現的任何敵方戰鬥機保持絕對的空中優勢。針對奪取和維持空中優勢而誕生的F-15戰鬥機，設計之初要求其“沒有一磅重量用於對地”，但1986年誕生的F-15E證明了F-15在對地作戰中也有非常不錯的表現。總的來說，F-15是一款極為優秀的多用途戰鬥機。
F-15戰鬥機的優勢是以比以往任何一種戰鬥機都要優越的機動性、操縱性、航程、火力和電子設備。F-15的電子和武器系統無論在有支援的本方空域，還是敵占區域，都能有效的發揮作用。而其他的一些戰鬥機往往過於依賴地面基地的支援 （“空中世界”評）。
