21世纪以前，海军航空兵使用的都是和空军一样的陆基机型，直到辽宁号航母服役后才拥有了歼-15舰载战斗机，是世界上仅有的两种重型舰载战斗机之一，但服役不到几年年，随着新一代舰载战斗机的出现，歼-15舰载战斗机作为中国航母主力舰载战斗机的日子不多了。
1983年，苏联开始建造“库兹涅佐夫”号航空母舰，早在1982年，一架T-10-3号苏-27试验机就以232千米的起飞时速230米模拟地面滑跃甲板起飞成功，1984年新生产的T-10-25号苏-27K原型机在开始投入试验，1986年带前翼的T-10-24号苏-33先导机进行滑跃甲板起飞试验和弹射器的试验，1989年“库兹涅佐夫号航空母舰开始试航前，苏-33型舰载战斗机已完成了全部试验工作，首批在1993年开始交付，苏-33型舰载战斗机本来是和苏-27研制项目一起启动的，但由于舰载战斗机技术复杂性，苏联人又严重缺乏经验，才晚了好几年，舰载机比陆基战斗机增加很多重量，但苏联人乐观估计只增加365千克，结果增加了5吨，
为了从2.5米接地速度增加到6米接地速度就要大量修改飞机结束，前起落架从单轮结构修改为大幅度加强支柱的双轮结构，缓冲器行程加长，增大轮胎压力，尾部增加了类似F-4舰载战斗机的拦阻钩，由于降落速度要从260千米/小时降低到240千米/小时，设计师增加了机头的鸭翼、双缝襟翼以及垂式副翼，提高了30%的升力，鸭翼与边条把升力系数增加了近0.2，改善了低速起降性能，但也增重不少，阻力增加明显，为了减小在航母上停放尺寸，垂尾消减了一部分，尾椎减小1米，机头空速管、机翼和平尾进行了折叠处理，勉强将飞机放入升降机，最终空重限制在18.4吨，而苏-27KI空重才13.715吨，由于增重过多，航程有明显的减少,
苏-33型舰载战斗机还将飞行员座椅加高了20厘米并向前移动以改善飞行员着舰视野更差的问题，飞控系统从单轴电传操纵升级为主轴电传操纵，机械液压作动筒改为电液作动筒，安装了重量更轻,响应更快的SPM-6舵机，增加了液压驱动设备用于折叠机翼、伸缩空中受油管、收放拦阻钩，机头左侧增加了可伸缩空中加油管，苏-27的机头红外和激光瞄准器从机头正中央挪到机头右侧，增加了舰载导航系统，由于没有采用1553B数字据线，航电设备笨重无比，火控系统就是386电脑水平，每增加一种武器就增加一套设备，激光制导导弹和雷达制导导弹都必须另外挂载专用瞄准吊舱，最终造成重量暴涨，只能挂载R-73和R-27对空作战，不能携带精确制导空地弹药和R-77中距空空导弹，中距对空作战，对地能力接近于零。
苏-33型舰载战斗机虽然不够完善，问题比较多，但飞行性能，机动性能，外挂能力和航程指标基本上和美国FA-18E/F*超级大黄蜂”舰载战斗机差不多，算是一个潜力巨大的平台，只是苏联解体后俄罗斯没钱投资，苏霍伊设计局经费不足而匆忙定型,，导致苏-33战斗机在苏联解体后烂尾，和FA-18E/F*超级大黄蜂”舰载战斗机相比，苏-33战斗机航电性能低下,不能投确制导炸弹，不能发射主动雷达制导导弹，不能发射反舰导弹，作战能力还不如美国F/A-18C/D战斗机，而且可靠性差，出勤率严重不足，仅仅有美国舰载战斗机的20%一30%，也出了几次事故，俄罗斯不得不依靠印度人投资的米格-29K舰载机代替，而米格-29K舰载机可靠性也低，每次降落都会有零件掉落，发动机可用率不足30%，可以说,俄罗斯没有完全掌握航母舰载机技术，充其量只能算是入门。
中国早在20世纪90年代引进苏27战斗机时就打算买两架苏-33型舰载战斗机，被俄方认为没有经济效益而拒绝，中国从乌克兰购得“瓦良格”号航母后，中国又提出购买12~14架苏-33型舰载战斗机，俄罗斯则要求中国先购买12~14架标配型舰载机，再购买36架完善型，中国拒绝了，在2008年再度提出购买14架苏-33型舰载战斗机，俄方要求不少于24架，此项引进再次流产，不过早在2001年，中国在乌克兰舰载机训练中心购得一架丧失飞行功能的T-10K-7号原型机和2-3套降落尾钩，这是苏-27K的第三架原型机，也是苏-33舰载机的“第一架生产型”，是未能达到理想状态的俄罗斯Su-33战斗机，
沈阳飞机制造公司通过这架原型机了解到折叠机翼和其他系统的结构，然后使用激光跟踪仪精密测绘整机外形，使用3D测绘扫描仪逐个扫描零件，精密测绘出结构图纸，用了8年的时间才研制出歼-15舰载机，2009年8月歼-15首架原型机开始试飞，2011年4月第二架歼-15原型机开始试飞，2012年11月完成了首次起飞和降落。2013年9月完成最大重量起降试验，到2016年才定型，创下中国战机研发史最长的记录，从试时间试飞能够准确的看出仿制苏-33型舰载战斗机的技术难题有多大，由于沈阳飞机设计所实力过度薄弱，T-10K-7号原型机也是个毛病百出的半吊子试验机，有很多设计问题没有完全解决，苏-33型舰载战斗机是苏联时代的产物，为了增升专门增加了一对数百千克重的前翼，虽然增升效果不错，但也要付出阻力大增的代价。
Su-27系列战斗机一直存在俯仰控制稳定性不足的问题，前翼更是加剧俯仰控制的难度，歼-15舰载机研制时将Su-27战斗机有缺陷的飞控软件和自己的数字式电传系统结合在一起，所以试飞以来故障不少，至今共坠毁2架，2架事故中受伤，2016年4月27日，一架歼-15舰载战斗机在进行陆基模拟着舰时，飞机突发电传故障，突然抬头，飞行员张超被迫跳伞，坠地牺牲，另一架歼-15舰载战斗机在300米高度也遭遇电传操纵系统故障突然抬头，飞行员曹先建跳伞多处爆裂性骨折，这个飞控系统故障在歼-11B战斗机上也发生多次，不过这个故障在某个特定速度或飞行状态区才会出现，属于小概率事件，经进一步的攻关，现在的歼-15舰载战斗机已经飞行了数万小时，已无了类似事故。
但是苏-27系列战斗机气动布局存在“跨声速过载限制”的问题，当歼-15舰载战斗机速度在0.85一1.25马赫范围内时最大允许过载为6.5g-7g，只有在无外挂和3吨燃油总重不超过19吨时才能够直接进行9g的过载机动，如果总重增加到30吨只能在5g以内机动，战斗机过载越大盘旋半径也就越小，盘旋角度大就有利于近距格斗时的瞄准和锁定，不过幸好现代空战的速度都在0.85马赫以内，而此时过载歼-15舰载战斗机与西方战斗机相差不大，随着大离轴发射空空导弹和头盔瞄准具的使用，对战斗机机动性要求也大幅度的降低，美国F/A-18E/F舰载战斗机的最大过载也只有7.5g，与之作战不会产生什么大的影响，
歼-15舰载战斗机的电子系统则取自国产歼-11B战斗机，用更简洁的1553B数字总线战斗机乱七八糟的电缆，节省了巨大的空间和重量，但这只是中国21世纪前10年的顶配水平，美国海军F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机已经换装AN/APG-79的有源相控阵雷达，拥有1400个砷化镓T/R模块，对3平方米目标的探测距离超过180千米，可以同时跟踪25个目标并使用射程达110千米和170千米的AIM-120C--5/7和D型中距空空导弹同时攻击其中4个，歼-15舰载战斗机所配的脉冲多普勒雷达在探测距离、搜索范围、反应时间、发射功率、目标跟踪数量、多任务能力和抗干扰能力都不能够比拟，霹雳-12雷达制导中距空空导弹射程也只有70到75千米，显然目前的技术状态与F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机还存在比较大差距。
歼-15舰载战斗机只借鉴苏-33型舰载战斗机的结构和气动外形，内部完全是中国自己改进的，主要改动是把主翼折叠棱线设在翼面的外缘，确保翼根挂架有足够空间携带导弹和炸弹，前起落架支柱直接与机身主承力结构连接，提升了起落架强度，蒙皮和各种口盖进行防腐蚀、防霉变和防水密封，由于沿用了大量歼-11B战斗机的大尺寸钛合金结构件、整体复合材料成形技术和航电系统，更多利用计算机辅助设计，复合材料，数字控制机床自动加工等技术减重后，歼-15舰载战斗机比苏-33舰载战斗机轻一吨，减重后大幅度提升飞行性能和载油载弹能力，在2台13吨级AL-31P-M1发动机的推动下，在无外挂武器，载油6.5吨起飞时的推重比可达1.08，最大爬升率260米/秒，
虽然比歼-11B战斗机下降了40/秒，但相比美国F/A-18E/P战斗机只有0.93的推重比，为240米/秒的爬升率优秀得多，即使在9.2吨最大载油量时推重比也与推重比为0.98的“阵风”M战斗机相当，在携带2枚近距、2枚中距导弹后推重比也是现役舰载机中最高的，外挂4枚中距空空导弹最大飞行速度也达到2.0马赫，比F/A-18E/F战斗机快0.5马赫，而且满载9.3吨燃油时最大航程超过2400千米，F/A-18E/F战斗机要外挂3个副油箱才能相当，F/A-18E/F战斗机外挂3个副油箱后只剩下2个重型外挂点，而不需外挂油箱的歼-15舰载战斗机共有8个重型外挂点，理论上来说有着压倒性优势，不过由于是对起飞重量限制较大的滑跃起飞，这个优势在实际使用中无法充分发挥，
当航母航速为15节时，在舰首105米的短跑道上起飞时最大起飞重量不会超过26吨，这个重量相当携带60%燃料，60%燃料可在无空中加油的情况下可在800千米外巡逻30分钟，执行空战任务时武器载荷接近1.5吨，即4枚中距空空导弹、4枚近距空空导弹以及150发30毫米炮弹，执行海任务时武器载荷接近3吨，即2枚鹰击-83K反舰导弹以及4枚中距空空导弹，这时需要195米长的长跑道才能起飞，如果在条件允许，起飞重量还可以再增加7%~10%，起飞重量与F/A-18E/F战斗机相比存在一定差距，但是执行空战时的武器携带能力、作战半径以及出动率方面两者差距不大，只有执行对地/对海打击任务时影响较为突出，不过在对海上目标执行打击时，航母一个波次可出动12架携带48枚空对舰导弹的歼15战斗机，足够突破美国航母的防御圈。
中国海军大约需要有50架歼-15舰载战斗机，才可能正真的保证2艘航母达到满编状态，第一批歼-15舰载战斗机的生产历经3年才完成，平均一年交付10到15架，在2020年前会有40到60架，除了标准型歼-15舰载战斗机外，J-15T弹射型原型机在2016年开始在兴城进行弹射试验，双座型J-15D电子战飞机也开发了2架原型机，但是主要敌手已确定进入第五代舰载隐身战斗机时代，到2025年前后，中国海军可能拥有近百架舰载战斗机，作战时按80%的完好率计算可以投入70-80架，而美国海军除了500架F/A-18E/F舰载战斗机，未来10年还会装备超过300架的F-35C舰载战斗机。而歼-15舰载战斗机和F-35B/C战斗机相比有一大的技术差距，如果遭遇几乎毫无获胜的可能，
2010年之后，中国航空技术大爆发，歼-10C、歼-16、歼-20航电系统全部装上新一代有源相控阵雷达，即使是2014年为“枭龙”战斗机研制的出口型KIJ-7A有源相控阵雷达550毫米天线个砷化镓材料T/R模块，探测距离可达170千米以上，已经和美国F-35战机装备的APG-81有源相控阵雷达相当，每秒10亿次的火控计算机工作速度和数据储存容量已与F-22战斗机相当，歼-16战斗机的安装近1800个有源T/R模块的有源相控阵雷达更加强悍，探测距离、发射功率、目标跟踪数量还是抗干扰能力、数据处理能力、计算机速度、储存容量都是KLJ-7A的2到3倍，
作为和歼-16战斗机结构差不多的歼-15舰载战斗机换装与歼-16类似的系统，不会有什么太大的技术难度，凭借着雷达优势，再加上与AIM-120C7/D相当的“霹雳”-15中距空空导弹和“霹雳-10格斗弹的换装，歼-15舰载战斗机在整个技战术性能方面将具备与F/A-18E/F战斗机相抗衡的能力，但是歼-15舰载战斗机机龄只有几年，马上就改进又浪费金钱，而且中国空军还有200架歼-11B战斗机，大部分机龄只有10年左右，但性能已经落后，同样急需改进升级，以沈阳飞机公司年产40架战斗机的能力计算，轮到歼-15舰载战斗机改进时新一代隐身舰载战斗机已经有了足够规模，
隐身战斗机使现代空战发生了革命性的变化，对无隐身战斗机拥有压倒性优势，必将改变现在双方海空战的模式，中国海军也要拥有第五代舰载隐身战斗机抗击F-35B和C型战斗机的威胁，随着中国海军重型航母即将入役，新一代隐身舰载战斗机也在试飞之中，整体性能与F-35C型战斗机相当，最大飞行速度2马赫，高于F-35C战斗机0.3马赫，空战推重比高于1，高于F-35C战斗机0.1，可完全正面对抗F-35C型战斗机和压制F/A-18E/F战斗机，在这种情况下，改进似乎价值不大，最好的结局是支撑到新一代隐身舰载战斗机到足够规模后，部署到海南岛陆地机场作为二线战斗机。
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