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  2009年8月,歼-15进行了首次飞行测试。除复合材料外,结构上采用自行研制还有折叠机翼连接部分、起落架、武器挂架、着舰尾钩、雷达告警天线等,其中起落架为双轮结构并做了加强处理,但未有弹射起飞的处理,武器挂架采用了国产挂架以迎合国产武器的挂载,其中翼尖挂架的改动较大。  2011年4月25日,第二架歼-15原型机进行了飞行测试。  2011年年中,因特网信息显示歼-15采用了新型涡扇-10H改进型涡扇发动机。该型发动机是由涡扇10发动机发展而来的。起飞推力提高至12,800千克(125.4千牛),改善了加速性,使到其具有更为敏捷的推力瞬变能力和速度响应特性,满足了舰载战斗机于起飞、复飞或逃逸性能上的需求,并且保证了比陆基发动机更强的抗畸变能力。551、552、553、555、556、557号原型机装备俄制AL-31发动机型两台,单台最大后燃器推力125千牛,应急起飞模式推力约128-132千牛。554号等原型机装备沈阳黎明航空发动机集团 WS-10H两台,单台最大后燃器推力130千牛,应急起飞模式推力约135千牛。据歼15总设计师孙聪透露,国产的涡扇-10H版发动机仍有诸多问题待解决。歼-15近期已经批量产量,发动机仍用俄制AL-31F。

  2012年11月23日,首架歼-15原型机在辽宁号航空母舰上进行着舰测试和起飞测试成功。  2013年3月7日,身兼全国政协委员的歼-15总设计师孙聪于两会期间接受中国新闻社访问时透露,歼-15目前处于飞行员培训阶段,正在进行小批量产;中国下一代舰载机可能于2020年前问世。  2013年6月18日,歼-15再次在辽宁舰起降,并进行首次驻舰飞行。截止到2013年9月20日,歼15已知生产了7架原型机,编号为551、552、553、554、555、556、557,其中除554号采用了深灰色海军涂装外,其余均为黄色原型机涂装。

  2013年12月初,由中国著名军事论坛“超级大本营”泄露一张采用标准的海军灰蓝色涂装,座舱后部涂装有海军军旗,垂直尾翼涂有一只“飞鲨”图案,机头及垂直尾翼有正式编号的歼-15舰载战斗机,说明该型战机已经通过试飞阶段,正式进入中国人民解放军海军航空兵正式服役,并已进入量产阶段。  2014年10月,一张疑似是弹射型歼15的照片在网络上流传,代表中国可能已经开建有弹射器的航空母舰。  截至2017年10月首艘航母辽宁舰已经满编24架歼-15。飞机编号从100-123,除110号机外均有图片现身。  2018年4月,央视曝光了第二个歼-15团在辽宁号上的起降作业,目前编号最大为212。  2019年5月,歼-15首次部署到当时尚未命名的山东舰上,并首次在该舰起降。及后,该批新部署的歼-15于同年12月17日随山东舰入役。

  据《南华早报》2018年7月的报道,中国军事专家李杰认为,开发一种新的舰载战斗机以提高航母战斗群的战斗力是有必要的,他认为歼-31隐形战斗机未来有望取代歼-15战斗机。中国人民解放军空军中将张洪贺表示,中国正在开发一种新型舰载机。

  

  2012年11月3日,串行双座版本的歼-15S进行了首次飞行测试,可以作为训练和战斗等多种用途。该机原型机使用涡扇-10发动机。 2014年1月,歼-15S舰载战斗机挂载「伙伴加油吊舱」,并进行「伙伴加油」训练。伙伴加油,即同型机加油,能大大增加「飞鲨」的载弹量,并延伸其作战半径。

  2017年4月央视证实新国产航母将换装歼-15B型,机载换装主动相控阵雷达,增强发现隐形战机的探测距离,并进行弹射测试。该批歼-15B已于2018-2019年间部署至山东舰上。

  歼-15D是在歼-15S双座型基础上所研制电子战攻击机,该机曾被捕捉到携带类似KG600翼尖电子战吊舱的装置飞行,而这种装置是中国安装在为实施防空压制任务(SEAD)进行优化的歼-16双座战斗机上。 才在去年4月完成首飞的歼-15D电子战攻击机,近日被流出其机身已涂上海军灰,可能表明该机结束试飞,小批量交付部队试用。 歼-15D为了适应这套机载电子战系统进行设计上的改动,包含去除了机头部分的OLS-27红外搜索和跟踪装置,拆掉30毫米航炮和空速管,以及用有源电子扫描阵列雷达替换了机械扫描雷达。  报导强调,这些结构上的变化为歼-15D增加一个座位,使其能够有效实现舰载操作,同时仍可以搭载足够的弹药执行任务。

  俄罗斯不予出售舰载机技术,歼-15的设计事实上由乌克兰提供。气动外形仿制自乌克兰苏-33舰载战斗机10架原型机的其中一架(实为机件状态较好的T-10K-7,而T-10K-3仅充当备件而丧失绝大部分参考价值),并且融合了歼-11B的技术大幅改造,装配前翼,并有折叠式机翼、起落架强度增加、机尾装有着舰尾钩等舰载机特征。边条、升力前翼、折叠机翼、折叠尾翼、尾椎等,采用国产复合材料,复合材料的比例相比苏-33有所增加,并采取了一定减重措施,歼-15空重估计小于19吨。电子设备亦为中国产,原型机与苏27侧卫家族同样具备了IRST红外光电探测器,猜测飞行员同样具备全方位头盔瞄准具。  央视《军事报导》2019年3月19日消息,北部战区海军航空兵某部日前在渤海某海域,连续组织多架歼-15舰载战斗机空中加受油训练,锤炼部队在复杂条件下的海空作战能力,这是央视军事报导首次放出歼-15伙伴加油画面。

  与俄罗斯库兹涅佐夫海军上将号相同,辽宁号航空母舰没有配备舰载机起飞弹射装置,拥有一个14度滑跃甲板,并配有105米短距跑道两条、195米长距跑道一条。  中华人民共和国曾于2012年11月23日由飞行员戴明盟将没有武器外挂、完全拆除武器挂架及机炮备弹的歼-15(小于标准内油5.3吨,最大减重方案)成功降落在辽宁号航空母舰上,并成功在辽宁号航空母舰上放飞了采用同样配置并带有标准内油的歼-15战斗机552、553号(195米跑道)。  2013年6月30日6时15分,歼-15战斗机成功在辽宁号航空母舰105米跑道上进行了短距起飞,所用歼-15原型机无武器外挂、完全拆除挂架及机炮备弹,燃油约3吨。  2013年9月15日,中华人民共和国在渤海海域对歼-15战斗机舰上不同跑道的最大起飞重量进行了验证,实验中歼-15战斗机携带了霹雳-8训练弹(红色)、500公斤自由落体炸弹、鹰击系列反舰导弹训练弹(白色)、以及霹雳-12中距空空导弹训练弹(白色),证实了在不同起飞阵位上的多任务起飞最大重量。

  在24节甲板风,使用AL-31发动机 sep.3型时:  105米起飞阵位(辽宁号的短距离起飞点):歼-15最大安全起飞重量约28.7吨,挂载方案为2枚霹雳-12中距空空导弹、2枚霹雳-8B格斗导弹,加油方案约9吨(内部燃油满载)。  195米起飞阵位(辽宁号的长距离起飞点):歼-15最大安全起飞重量约29.3-31.5吨,挂载方案为6枚500公斤自由落体炸弹或2枚鹰击系列反舰导弹、2枚霹雳-8B格斗导弹,加油方案约9吨(内部燃油满载)。
歼-15(代号:飞鲨,北约代号: Flanker-X2,侧卫-X2)是一款30吨级重型舰载型第四代战斗机,以从乌克兰取得苏联舰载机的原型机作为参考(本来内部该机称为Su-27K,系列由解体后的俄罗斯延续开发,后来俄军量产版本被称为苏-33战斗机),并独立研发定型而成,同时由沈阳飞机工业集团以歼-11B战斗机的生产为基础制造,是中国海军的第一代舰载机。2012年开始到辽宁号航空母舰服役,2016年,量产型号已经部署;2019年起部署于中国首艘国产航空母舰——山东号航空母舰上,属于中国航空母舰计划的一环。