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  1981年3月,美國空軍釋出提升型戰術戰鬥機(Enhanced Tactical Fighter,ETF)計劃,以取代F-111。這個概念要求的是一架能夠執行遠距離,深入敵人戰線後方的阻絕任務,並且不需要其他戰鬥機護航與電子干擾支援。通用動力公司(General Dynamics)提交的機型是F-16XL,用以與麥道的F-15衍生型F-15E競爭;此外龍捲風戰鬥轟炸機曾一度試圖參與競標,但該機型空戰能力不足,且非美製機型,故並未被美軍認真看待。最後由F-15E獲選。F-15E於1986年12月11日首飛,而第一架量產型(編號86-0183)則在1988年4月交付予亞利桑那州路克空軍基地的。1989年10月,F-15E在北卡羅萊納州的達到初始作戰能力(initial operational capability,IOC)。另外,F-15E的衍生型也包括以色列的F-15I、沙烏地阿拉伯的F-15S、韓國的F-15K、新加坡的F-15SG等。  F-15E在沙漠風暴行動中,完成了上千次的行動,並且以攝影機拍下炸彈攻擊的影像。只有兩架F-15E在戰鬥中損失,另外有一架在伊拉克戰爭中損失。  2011年利比亞內戰期間,美軍F-15E參與了攻擊卡扎菲政權武裝的任務,其中一架由於引擎故障而墜毀,但飛行員順利跳傘逃生,墜毀的飛機和存活的飛行員被全國過渡委員會的軍隊所救起。  美國空軍準備以F-22猛禽戰鬥機取代F-15C/D,但尚無預定取代F-15E的機型。F-15E較新,並且被評估有兩倍的機體壽命,將能服役至2020年代或更久。空軍正在研究區域轟炸機(regional bomber)概念,由FB-22的衍生型執行,實際上本來是要由F-15E進行的。  2020年3月,美國專職驗證與確保核武系統的「桑迪亞國家實驗室」(SNL)在內華達州的託諾帕測試場,完成2次由F-15E掛載B61-12模型彈成功投彈測試;SNL指出,2次測試都是F-15E在接近音速的飛行狀態下,分別於1000呎(約304.8米)高度與25000呎(約7620米)高度,投放B61-12模型彈,並且成功擊中標靶。未來該型武器將逐步取代B61-3、B61-4、B61-7、B61-10等現役彈種;其中B61-12的彈頭部分由國家核能安全管理局(NNSA)設計與生產,尾翼導引元件則是由五角大廈研發,總計劃經費約在80至90億美元之間,未來將可由F-15、F-16、B-2以及F-35等機種掛載。

  交付給F-15E的深入打擊任務大幅偏離了F-15的初衷“沒有一磅用於對地攻擊”(not a pound for air-to-ground),然而其原本的機體就擁有改裝成打擊戰機的充份潛力,同時尚能保留大部分的空對空作戰能力,使其足以防衛敵人戰機的攻擊。  F-15E以F-15B雙座教練型為基礎,後座變更為武器系統官(weapon systems officer,WSO,又稱為「後座的傢伙」guy in back,GIB)的座位,操作新的空對地裝備。四具多功能顯示器可以顯示雷達、電戰系統、紅外線感測器等傳來的資訊,以監控飛機與武器、可能的威脅、目標選定,並且能夠使用電子地圖進行導航。兩個手置控制器用以選擇顯示選擇過的資訊,並且可以互動使用不同的顯示器。  為了增加航程,F-15E加設兩具保形油箱(conformal fuel tank),可以搭載750美製加侖(2,800升)的燃料,或航電裝置,以及六個武器掛點,同時產生的阻力也小於傳統副油箱。然而它不像傳統副油箱可以拋棄,會造成額外的阻力與重量,導致效能降低。F-15C也可以加裝適形油箱,但對一架空優戰機來說,通常並不值得用效能換取航程。  F-15E的戰術電戰系統整合了所有的反制手段:雷達警告接收器、雷達干擾器、干擾絲與熱焰彈發射器,以獲得全面的反搜尋與反追蹤能力。  慣性導航系統使用一具鐳射陀螺儀,持續地顯示飛機的位置,並且提供資訊給中央電腦、數碼地圖及其它系統。  APG-70雷達可以在遠距離捕捉到地面目標。在以合成孔徑模式掃描過一次地面後,飛行員可以固定住雷達畫面並切回空對空模式,在武器官投射對地武器時,仍然能夠捕捉、鎖定空中威脅並進行攻擊。  F-15E裝備了紅外線夜間低空導航及瞄準系統(low-altitude navigation and targeting infrared for night,LANTIRN),使它能夠在夜間及任何惡劣天氣條件下進行低空飛行,並且使用精確制導或無導引武器打擊地面目標。LANTIRN由導航吊艙和標定吊艙組成,掛載在機身下方兩側,由紅外線攝像機取得的前方影像可以投射在抬頭顯示器上,使飛行員能夠像是在白天一般地看到夜間的外界景象。  導航吊艙包含地貌追蹤雷達,飛行員可以根據抬頭顯示器的指示執行超低空飛行,同一套資訊也可以提供給自動飛行系統,而具備自動地貌追蹤能力。  標定吊艙包含鐳射瞄準器與追蹤系統,可以在10哩(16公里)外鎖定目標,目標資訊能自動提供給紅外線空對地導彈或鐳射導引炸彈。 F-15E能夠使用美國空軍大多數的武器,也包括AIM-7麻雀導彈、AIM-9響尾蛇導彈、AIM-120先進中程空對空導彈等以進行空戰,並且仍裝備一門 M61A2 20毫米機炮。

  F-15E  美國空軍顯著重新設計的基本型別進行了從另一架F-15B的機身結構,增強對地攻擊能力的基礎。

  F-15F  F-15E競標沙烏地阿拉伯新戰機計劃。單座F-15E,最後由F-15S超級鷹取代  F-15 FOWW  F-15E競標F-4G野鼬的後繼機計劃。擁有防空反制的F-15E,最後由F-16Cs奪標。  F-15U  F-15E競標阿拉伯聯合大公國新戰機計劃。擁有三角翼的F-15E,最後由F-16E/F奪標  F-15H  F-15E競標希臘新戰機計劃。F-15E基本型,最後由幻象2000-5和F-16C/D奪標。  F-15S  名為超級鷹,原叫F-15XP。競標日本提出的F-X戰機計劃。裝備AESA雷達的F-15E,最後由F-35A奪標。  F-15SE  名為寂靜鷹。裝備AESA雷達,並可外掛匿蹤套件,為匿蹤戰機過渡機種。  F-15QA  美國國務院於2016年11月宣佈,以210億美元批准向卡達出售多達72架F-15QA飛機,包括武器,維持,裝置和培訓。 卡達於2017年6月14日宣佈,已簽署一筆交易,購買36架F-15QA共花費120億美元。  F-15I/IA  以色列空軍版本的F-15E  F-15EX  美國空軍F-15E的升級重造型

  2002年4月,在F-X先進戰機專案中波音贏得韓國空軍一份為數40架的戰機合約,生產F-15E的改進型F-15K(Slam Eagle 猛擊鷹)給韓國。  F-15K具有15個武器掛彈點,比美軍目前部署的F-15E還多出6個,這將使飛機的武器載荷達到15500磅。2005年11月,波音將首次向韓國交付2架戰機。F-15K還將首次裝備通用電氣公司的F110-GE-132發動機;韓國空軍目前裝備的F-16戰機使用普惠公司的F100-PW-229EEP發動機。 如果F-15K也使用普惠的發動機,韓國擔心發動機出現系統問題可能導致所有戰鬥機停飛,因此計劃人員改為使用通用電氣的發動機。機載航電裝備還包括:  基於韓國空軍的對海攻擊需求,所以加上了發射反艦導彈和追蹤船艦的功能軟體。  由於韓國與日本發生了獨島領土爭議,但獨島現今為韓方實質管制,韓國空軍的F-15K曾飛行過獨島上方,企圖與日本較勁;2010年爆發了延坪島炮擊事件,引起韓國當局大為緊張,曾下令派遣F-15K與F-16升空戒備。  增購21架F-15K,於2019年約共有59架F-15K服役,2架墜毀。

  2009年5月波音為新加坡特製的F-15SG正式服役,此型號以F-15K為基礎設計,擁有有15個外掛點,APG-63(V)3電子掃描陣列雷達,LINK16資料鏈,使用F110-GE-132發動機。

  2006年10月3日,波音公司公開了F-15E戰鬥機新改型F-15E+超級鷹(Super Eagle)。本機多數成就是來自於F-15K的二次開發心得,期望在F-35的生產如果出現延遲時,能奪下市場或是外銷其他擁有F-15國家。超級鷹以波音向韓國和新加坡、沙烏地阿拉伯提供的新式F-15E為藍本,增加有源電子掃描陣列雷達(AESA)、拖拽誘餌、新型導彈告警和發射器定位系統以及供飛行員和武器官使用的聯合頭盔顯示系統(JHMCS)等諸多先進航電。雖然波音將超級鷹作為一種新制飛機推出,但新部件可通過升級專案安裝到F-15E上。  波音公司空軍戰轟機和武器業務發展部主管Dick Banholzer稱,雖然「超級鷹」的外形與現有的F-15E一致,但飛機內部採用的技術卻截然不同。新機型將具有更強攻擊力和在愈加複雜的防空環境中的生存能力。 2003年8月,波音公司「幻影」工作組還設計了從F-15E上操縱無人機的電腦工具,作為未來空戰無人化的遙控母機,因為許多功能電腦化後後座飛行員工作減輕,可以負擔遙控飛機的工作。 新改型保留了F-15E的內部機炮,並將具有19個武器掛點可攜帶精確制導武器,而現在F-15E只有15個。該機還將成為少數能攜帶5000磅(2270公斤)EGBU-28炸彈的攻擊平臺之一。另外超級鷹還將裝備一臺地形追蹤雷達並具有攜帶魚叉反艦導彈攻擊海上目標的能力。  波音認為超級鷹這種平臺是滿足未來許多作戰場景需求的具有成本效力的選擇,特別是反恐作戰,因為完成這種任務隱身特性不是非常重要。但是超級鷹尚未獲得任何訂單。而美國空軍仍明確表示寧願為F-22和F-35投資,也不會在F-15E+這樣的非隱身過時平臺投資。不過波音希望藉此提出一個靈活選項,如果F-35專案遭遇預算削減或技術問題使進度推遲超級鷹仍是個可行的選擇。

  F-15SE沉默鷹式戰鬥機是一種正在開發中的美軍戰鬥機。由波音公司負責研發。為現役的F-15E的升級機型。本機型的主要特色是通過武器內載化、垂尾朝外傾斜和使用無線電波吸收材料來實現對雷達隱形。

  波音公司副總裁Mike Gibbons表示:2040C 升級套件的概念延伸自《沉默鷹》(Silent Eagle),機體外型同樣加入了部分低可探測性設計,但主要訴求著重於空中作戰能力和殺傷力的提升。 F-15 2040C改進如下:

  2019年,波音公司在官網上釋出了F-15EX「先進鷹」(Advanced Eagle)戰機訊息。在過去的十幾年,波音公司自費(至少50億美元)研發F-15的各種新改良專案,希望能夠延長這款問世超過40年戰機仍不過時。他們曾經試圖將F-15給匿蹤改良,稱為F-15SE寂靜鷹,雖然雷達截面比傳統F-15小了一半,然而這樣的效果仍無法與真正的匿蹤戰機相提並論,研發不算成功。波音第二次對F-15的改良,就不把重點擺到匿蹤化,而是在航電更新與增強掛載能力,這就是「先進鷹計劃」,先是得到沙烏地阿拉伯與卡達的認可,然後美國空軍也接受了這一方案。「先進鷹」將F-15原本就頗大的武器攜掛量進一步提升,武器掛架是12個空對空硬點,或15個空對地硬點,裝載荷達到無與倫比的29500磅(13.275噸)。可以攜帶全套的空對空、空對地和空對海的各種打擊武器。雖然先進鷹放棄匿蹤外型設計,但是透過內部整合式的電子戰裝備,也能提供全方位的電戰保護,並與其他電子預警器、紅外線預警器即時通訊,以提高生存能力。  先進鷹會換裝推力更強大的發動機,為F-15EX提供了無與倫比的速度和加速能力,使飛行員能夠更快地到達目標。先進鷹的任務電腦也會全面更新,它的核心處理器能夠處理每秒870億條指令,是目前世界最快的任務電腦,搭配全面觸控平板的座艙,可協助飛行員對環境的理解,減少工作量,使得F-15EX更好操作。  而新型F-15X戰機分為兩款,其中一款為F-15CX,另一款就是F-15EX。其中F-15CX為單座,F-15EX則是雙座,後座艙完全任務化,有寬大的面板顯示器,頭盔顯示器與功能齊全的飛控系統。以價格來說,F-15EX會比單座的F-15CX貴幾百萬美元。不過,兩款飛機都會在聖路易生產。F-15EX可以用來訓練,也能用來執行雙人搭檔較有利的實戰任務,也能被用來取代原先以F-15E執行之任務。F-15X淨重為8.1萬磅(約36公噸),將採奇異的F110-GE-129發動機,或是普惠(Pratt & Whitney)的F100-PW-229渦扇發動機,而它們的推力都是2.9萬磅(約13公噸)。  美國空軍釋出了2020年財政預算,先編列8架新的F-15EX戰鬥機,以取代老化的F-15C/D/E,根據預算書,每架F-15EX的單位價為8000萬美元,但為了這8架戰機每一架「建立勤線路」,費用將增加到1.25億美元,並在採購的第一年內計入非經常性工程費用。美國空軍2021年財政預算,預計編列採購12架新造的F-15EX戰鬥機。

  

  各式炸彈及導彈。總外掛達23,000磅(11,500公斤)
F-15E攻擊鷹式戰鬥轟炸機(英語:McDonnell Douglas F-15E Strike Eagle)是美國空軍的全天候打擊戰機,用於深入敵人後方對地面目標之阻絕。衍生自F-15空優戰機的F-15E,在沙漠風暴行動中,它證明了它能深入打擊敵高價值目標,及執行密接空中支援任務,進行空陸協同作戰。