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  1967年7月17日,首批预量产6架的F-111战机被配属于奈利斯(Nellis)空军基地。这批战机被用于飞行员训练之用。1968年4月28日,428战机中队成军,使F-111正式拥有初期作战能力。  1968年3月,6架F-111被送往越南进行作战测试。但在抵达越南仅仅一个月的期间,其中3架F-111即因意外而损失,而作战测试也不得不暂时中止。经过调查后发现所有失事的3架飞机皆导因于水平尾翼故障。这也使F-111在美国国内遭受极为严厉的批评,并使474作战大队不得不延后至1971年才得以完全执行作战任务。  1972年9月,F-111重回越南战场,并以泰国作为基地。由于F-111的航程与设计关系,在对北越目标进行攻击时它不需要额外的空中加油与电战机支援,并且得以执行全天候作战之任务。同时,一架F-111的携弹量相当于4架F-4战机,因此,F-111的价值终于在战场上展现,并在4000趟作战任务中仅损失6架飞机。  1974年7月到1975年6月其间,来自428与429中队的F-111A驻留泰国,对柬埔寨、老挝等地的共产党部队进行攻击。  1986年4月14日,18架F-111与大约25架海军的战机对利比亚地区进行空袭。于该任务之中,F-111机群自英国的基地起飞轰炸位于利比亚之目标。来回飞行约6400英哩,总时间则长达13个小时。其中一架参与行动的F-111在利比亚上空遭击落。  F-111也在1991年参与波湾战争。在整场战役之中,F-111平均在4.2个攻击任务中仅有1个未成功任务,任务达成率高于美军其他机种。参战的66架F-111F投掷了整场战役中80%的精准激光导引弹药,包括GBU-15与GBU-28碉堡克星等 总计有18架F-111E型战机参与了沙漠风暴行动。F-111共计击毁超过1,500辆伊拉克军的战车与装甲车辆。

  

  F-111A是在F-111的初始生产版本。  早期的F-111A使用的TF30-P-1发动机。大部分F-111A中使用的TF30-P-3发动机,12,000磅(53千牛顿)和18,500磅(82千牛顿),加力推力和“3D”可变进气口,提供了2.3马赫的最大速度(1,450英里每小时2,300公里/小时)在高海拔地区。的变体有一个最大起飞重量92,500磅(42000公斤)和45200磅(20,500公斤)的空重。  F-111A的航空电子设备套件包括通用电气 AN/APQ-113攻击雷达、装于机首的德州仪器 AN/APQ-110 地形跟踪雷达以及AJQ-20 惯性导航和导航/攻击制度。地形跟踪雷达(TFR)与自动飞行控制系统整合,允许飞行员在低高度(离地高度200呎)下以高速自动飞行。  F-111A共生产了158架,包括17架预生产型。后来标准生产型。其中 42架改装为EF-111A「渡鸦」为电子战战术电子干扰用。1982年,四名美军保存的F-111A被提供给澳大利亚的作为损耗更换和改装为F-111C标准; 这些都改装上较长的机翼和F-111C的钢制起落架。  3架预生产型F-111A被提供给美国NASA进行各种测试任务。第13架F-111A被装上为测试超音速飞行器技术而设计的新机翼,并在20世纪70年代和80年代先进战斗机技术整合方案。1989年退役后被展示在赖特-帕特森空军基地的美国空军博物馆,1991年6月其余未改造的F-111A则被封存在戴维斯-蒙森空军基地的航空太空维护与再生中心

  这架F-111B是为美国海军设计作为一个舰队防空(FAD)战斗机,由于苏联攻击航空母舰及其战斗群的陆基海军航空兵轰炸机和战斗轰炸机配备有反舰导弹,因此要求F111B能够使用AWG-9雷达控制AIM-54凤凰导弹进行视距外拦截。因通用动力缺乏与舰载机的经验,所以便与格鲁门公司合作。但由于海军对飞机要求与空军不同(主要是空战能力以及舰上可操作性),F111B在发展过程中出现许多问题(严重超重以及推力不足;该机操作起飞重量35吨上下,而海军的上限则是仅25吨,TF30则始终有可靠度及推力不够的问题),加以F111高昂的单位造价,格鲁门公司的F-14雄猫,也将F-14改设计大到足以携带AWG-9和凤凰导弹的武器系统,同时维持海军可以接受的舰上操作性,F111B计划最后于1968年12月取消,总共有7架F111B被生产出来。

  F-111C是出口澳大利亚的版本,结合了F-111A具有更长的F-111B的翅膀和加强FB-111A起落架。澳大利亚购买24架F-111, 1973年澳大利亚皇家空军接收第一架飞机。其中四架被改装为RF-111C侦察型。1979-80年间澳大利亚还购买了四架前美国空军的F-111A,并将它们转换为C标准。澳洲空军在F-111C服役时仍持续进行航空电子设备,武器系统和其他升级。2010年12月F-111C在澳大利亚皇家空军退役。

  F-111D是升级后的F-111A配备了新Mark II的航空电子设备,更强大的发动机,提高了进气几何,和早期的数码座舱。该型号在1967年订购于1970-73年间开始交付,总共生产96架F111D。F-111D于1972年达到初始作战能力。延误的原因是航空电子设备的问题。F-111D的唯一操作联队是第27战术战斗机联队驻扎在新墨西哥的坎农空军基地。  F-111D使用新的3D进气锥,有更强大的TF30-P-9发动机,净推力12,000磅(53千牛),加力推力18,500磅(82千牛),改善TF-30发动机的问题。  该Mark II的航空电子设备配有数字化微处理器系统,是美国空军最早开始使用数码系统之一,提供了美国空军大量运算的能力,但次系统始终存在问题。洛克威尔数码轰炸导航系统包括惯性导航系统、AN/APQ-130攻击雷达系统和多普勒雷达,其也包含了数码电脑套件以及多功能显示器。地貌追踪雷达则是AN/APQ-128,攻击雷达有多普勒波束锐化以及移动目标指示能力,并且可以进行连续波照射以控制半主动雷达导引导弹。 虽经过多年改进的航空电子设备的可靠性,但问题从未完全解决。F-111D于1991年和1992年间退役。

  F-111E是F-111D订单被延误后的简化型。这架F-111E使用的新的3D进气锥,但保留了F-111A的TF30-P-3发动机和MK I的航空电子设备。该武器储存管理系统进行了改进和其他小的变更。  在1968年首次下订从1969-71年交付的F-111E。它在1969年达到初始作战能力。1969年8月20日F-111E的第一次飞行成功,共计生产94架F-111E。直到1991年一些F-111E的基地仍设在英国(冷战部属),一些F111E的航电升级一些电子模组作为航电现代化项目的一部分。F-111E曾在1990-91期间参加波湾战争。一些F-111E在90年代初改进为TF30-P-109发动机。所有的F-111E是在1995年退役封存到AMARC(309th_Aerospace_Maintenance_and_Regeneration_Group)。

  F-111F是为战术空军司令部生产的F111最后型号,采用现代化但更便宜的MK IIB航电系统,使用推力更强的TF30-P-100发动机。 1969年美国空军批准了F-111F的计划。在1970年至1976年生产共计生产106架。  Mark IIB 整合了F-111D和 FB-111A的导航和数码式电脑系统,以及 FB-111A的部分航电,如AN/APQ-144攻击雷达和(精简战略轰炸操作模式但增加2.5英里(4.0公里)的显视距离能力)、AN/APQ-146地貌追踪雷达和早期 F-111 的简化低成本航电系统,但不包括 F-111D 的 AN/APN-189 多普勒雷达导航系统,仍然具有MTI移动目标指示能力。  这架F-111F推力更强大的TF30-P-100涡扇发动机具有25,100磅(112千牛)的后燃推力,新增可调节的发动机喷嘴以减少阻力。新的P-100发动机大大提高了F-111F的性能(服役早期问题不断,低温环境后燃器燃烧室失速、喷嘴密封失效、进气口导叶裂纹)。后来在1985-86年该发动机被升级到了TF30-P-109。  F-111虽然有内挂弹舱,但多数情况下被用于装载额外的燃油或设备。80年代初开始许多F-111F在弹舱半埋式安装了福特AVQ-26荚舱。该荚舱具有激光标定器和前视红外线传感器(FLIR),可为激光导引武器精确标定目标。同视轴激光标定器和 FLIR 安装在荚舱后部的动力转塔内,可向座舱显示器提供清晰的目标放大影像。所有F-111都可以扔激光导引炸弹,但只有F型具备自行导引能力。 美国空军的F-111F于1996年除役,任务被F-15E打击鹰取代。

  1965年英国政府取消了BAC TSR-2攻击机,理由为TFX较低的成本,在1967年2月订购了50架F-111K飞机的皇家空军。F-111K是要由以后再补在英法可变几何飞机则正在开发中。F-111K是基于F-111A具有更长的F-111B的翅膀,FB-111起落架,Mark II的导航/火控系统,和英国提供的任务系统。其他的变化包括武器舱的修改,增加了一个可伸缩加油探头,以及较高的总重量与使用FB-111A起落架。  1968年1月,英国终止了F-111K计划,因为计划成本较高; 随着成本的增加加上英镑的贬值,当时已经提出的成本大约每3000000英镑。首批2架F-111K(一攻击/侦察F-111K和一个教练/攻击TF-111K)是在最后阶段的组件时被取消。这两架飞机后来完成,由美国空军接收以YF-111A试验飞机称呼。  FB-111A是F-111的战略轰炸版。是美国战略空军司令部用来取代B-58和B-52的过渡机种。1966年美国空军签订了FB-111A合约,1968年,计划生产263架 FB- 111,但1969年总数被缩减到76架,1968年第一架生产型试飞成功。在1971年6月交货。

  战略轰炸版的机身比原版长,从22.39米增加到23.04米,以容纳战略轰炸任务所需的额外燃油。为了增加航程并提高载弹量,FB-111A使用了 F-111B的长机翼,翼展从 F-111A 的19.20米增加到21.34米。该机还加强了起落架和机轮,发动机为两具 TF30-P-7,使用为F-111E 研制的 Mark IIB 航电系统,其中包括改进型F-111A 攻击雷达、一套惯导系统、数码电脑、外加 F-111D Mark II航电里的先进显示系统。  FB-111A 的主要武器是AGM-69A SRAM导弹,该导弹的设计用途主要是摧毁敌方诸如雷达、地对空导弹和其他防空系统的防御系统。SRAM 的发射重量1,011公斤,安装一台双脉冲固体火箭发动机,最大速度2.8~3.2M,航程根据任务在56~169公里。SRAM的战斗部为一枚 W6核弹头,当量20万吨,FB-111A可在弹舱内挂载两枚 AGM-69A SRAM,内侧机翼挂架还可挂载2枚。典型情况下,该机最外侧机翼挂架挂载4个2,271升(600 加仑)副油箱,最内侧挂架在不挂载SRAM 时还可挂载2个副油箱,总数可达到6个副油箱。机翼最外侧挂架不可旋转,安装该挂架后 FB-111A 只可以进行亚音速飞行,机翼后掠角超过26度时必须抛掉挂架。另外FB-111A还能在机翼下挂载 24 枚500磅炸弹,或6枚核炸弹,或1枚B77核弹,最大酬载16,100 公斤。 在70年代通用动力公司提出多种先进的FB-111战略轰炸机的设计。其中,在通用动力公司内部被称为FB-111G,是一个更大的飞机更强大的发动机与更多载弹量和航程。接下来的是一个加长版的FB-111H,内容是更强大的通用电气公司F101涡扇发动机,12英尺8.5宽更长的机身和重新设计的。后方起落架被向外移动,以便装备可以在机身那里安装。1975年在FB-111H被提供作为替代B-1A的计划。1979年类似的FB-111B / C计划被提出但没有成功被采用。  在战略航空司令部引进B-1B后FB-111A成为多余。其余的FB-111G接受改装(保留核打击能力,增加传统武器发射系统以及新的无线电还有新的电战设备)后成为执行传统任务的F-111G。在1989年改装34架F-111G转换完成之后。随着战略航空司令部改组,FB-111A和F-111G被转移到新成立的空军作战司令部(ACC)。主要被用于训练。剩下的FB-111A于1991年退役和F-111G在1993年退役。1993年澳大利亚购买了15架F-111G,用以补充F-111C的空缺。它们也于2007年退役。

  更替老化的EB-66,美国空军与格鲁门公司于1972年签约改造现有的42架F-111A成为电战飞机。在EF-111A可以从F-111A的尾翼设备凸起上的进行区分。1998年5月,美国空军撤回了最后的EF-111A的服务,将它们放置在存贮在航空航天维护与再生中心(AMARC)。

  澳大利亚皇家空军  F-111飞机于1996年正式退役。 EF-111A于1998年正式退役。
F-111「土豚」(英语:F-111 Aardvark)是一款由美国通用动力于1960年代时开发制造、美国空军与海军联合参与设计案的成品多用途中距离战斗/攻击机。当时空军的设计需求是一架能够全天候、以低空高速进行远程攻击的战术轰炸机,而海军的需求则是一架能够长时间滞空的舰队防空用拦截机。但是开发中的许多问题导致舰载拦截机版本的设计(F-111B)没有实现,F-111最后仅为美国空军采用。