苏-27的固定武器选用和米格-29一样的30毫米AO-17双管机炮，导弹也采用同样的R-27 、R-73和R-60M ，两机的不同处在于挂载导弹的数量上。由于最初是把苏-27作为截击机来设计的，因此，它虽然有8 吨的载弹量，但只能挂载无制导炸弹和火箭弹。挂装的导弹也根据空军的要求进行了改变。到最后，苏-27可以使用R-13M1 、R-14 、R-60和R-73四种近距离空空导弹，以及R-27ET 和R-27ER型中程空空导弹。原来准备使用的AO-17机炮通过了地面测试，但随后被放弃，而采用了重新设计的30毫米TBK-687单管机炮。1977年完成了TBK-687的全尺寸模型，1983 年正式命名为Gsh-301，装备苏-27和米格-29 ，而AO-17 机炮在1982 年成为了米-24P 和苏-25的标准武器。AO-17 和Gsh-301 的炮弹可以通用。
到了1975年，苏-27的初期设计工作终于结束了，空气动力结构、机体设计已经完成，基本设计思路也已经找到，是制造原型机的时候了。在长长的挑鼻内是雷达舱。座舱及风挡内可以看到360度全向视野，另外还有一个后设备舱。前起落架被安装在座舱下、红外传感瞄准系统安装在座舱正前方的机身下沿中轴线上。两台发动机被安装在机身下沿中轴线对称布置的发动机舱内，发动机舱之间的空间可以用来挂载空对空导弹。为了能让发动机在各种速度和高度上都能在最好的状态下工作，进气道被装在机翼边条翼下，并安有进气导流板，以控制在各种角度上 的进气量。飞机总共有8个武器挂架：机身下发动机舱之间有2个、进气道下各有1个，每边主翼下各有2个，除了主翼下最外侧的挂架只能携带100千克级的近距格斗导弹外，其他挂架都可以挂载250-300 千克级的远程空空导弹。
尽管制造中的原型机比设计指标中的更大，更重，飞机的基本性能却没有大的改变，如正常起飞时翼载为375千克/平方米，起飞推重比1.15也与设计一致。飞机的空重为14 300千克，在挂载武器并装上正常的燃料（5 300千克）时起飞重量为22100千克，满载燃料时的最大起飞重量为25700千克。机长1 9.65 米，翼展14.7 米，机翼面积59.4 平方米，在地面上的飞机高度5.87 米。
试飞定型
由于AL-31F发动机尚未完成，T-10-1只能使用AL-21F-3涡喷发动机，这种发动机比AL-31F更加笨重、功率更小、效率更低。但这并不影响T-10-1在1977年进行首飞，1978-1979年，AL-31F投入大批量生产后，T-10才使用了新的发动机。试飞工作在试飞组严格监督下开始了。在通过了地面测试和高速滑行测试之后，试飞组给予了试飞许可。
1977年5月20日，在苏霍伊设计局首席试飞员、苏联英雄瓦拉米尔·伊留申的驾驶下，T-10-1（机头号10 ）首次冲入了蓝天。随后，试验了新型战斗机的操控系统。当时，T-10-1还没有安装火控系统。在以后的8个月中，T-10-1进行了38 次飞行（到了1985年，T-10-1圆满地完成了它所有的飞行任务，被送到莫斯科附近的莫尼诺空军博物馆保存）。1978年，苏霍伊设计局制造了另一架原型机T-10-2 ，它的飞行测试由耶夫格尼·索诺约夫进行。1978年7月7日，索诺约夫驾驶它进行中、高空飞行项目的测试，当他在11000米和5000 米飞行时，一切都很正常，但当他下降到1 000米高度准备测试一下1000千米/小时速度下的性能时，飞机的过载一下子高得超出了他的预料。飞行员立即向前推杆试图保持飞机的平衡，这使飞机的过载立即变为-8G。这些无意义的努力没能挽救他，飞机的动能损失之快超出了飞行员的想象，飞机坠毁在地面上．这次事故促使苏霍伊设计局为苏-27加装了电传操纵系统。
苏霍伊设计局又开始制造第二批的两架T-10-3和T-10-4。与此同时，留里卡发动机设计局也加紧为T-10-3、T-10-4 制造AL-31F 发动机，不过，发动机还不是正式的生产型，而是AL-31FN。等到T-10-3、T-10-4制造出来，AL-31FN 也完成了，并被迅速地安装在T-10-3、T-10-4 上。1979年3月，T-10-3 的组装完成，试飞员还是瓦拉米尔·伊留申。但完成了地面测试之后，试飞组和试飞员都不批准它上天，因为运来的AL-31FN存在缺陷。最后，大家的结论是必须将发动机送回去改进。留里卡设计局立即展开改进工作，改进了这些缺陷。1979年8月23 日，伊留申完成了T-10-3 的首次飞行。1个月后，装有雷达的T-10-4 也被运到机场，用于雷达系统的测试。
至此，已经有4架原型机参加试飞计划，第一批预生产型也即将投产，似乎一切都按计划进行着。在1979年11月发生叙利亚6架米格-23与2架以色列的F-15A对抗事件，结果是米格机大败。空战过程分析出来后让苏联大为吃惊，F-15的空战性能远超过原来估计。
另外，通过由波兰间谍马里安·佐查斯基搞来的F-15性能资料对比，设计师发现T-10还不能与它的竞争对手相比，很多地方仍处下风。这无疑对花了10年时间费尽心思的苏联人来说是个沉痛打击。究竟是把中等水平的飞机推向生产线，还是继续改进呢？担任项目总设计师的西蒙诺夫坚决反对将现有布局的飞机批生产，他认为现有方案存在着不可原谅的缺陷。由于发动机和机载航电设备需要进一步改进，而改进后的设备重量将增加几百千克，使总重量超重，并使飞机重心前移，从而丧失静不稳定布局的优势。计算和模拟空战也表明，现行状态下的飞机与美国同类飞机相比没有优势。可是改变这些缺陷谈何容易，几乎等于重新设计一种飞机。尽管遭到大多数人的反对，但西蒙诺夫显示出非凡的勇气，他说：“如果没有战争，谁也不知道它的平庸，但我们的武器应该拥有最高的水平”。西蒙诺夫冒险采取措施，对飞机结构进行了大改，但不久他却被调离原来岗位。
西蒙诺夫顶住来自工厂、研究所内部外部、政府领导层的压力，为了设计出最完美的飞机下令从头来过，几乎重新设计苏-27。实践证明他是正确的。按新要求制造的T-10S，与T-10有较大差别。
按新要求制造的T-10-7和T-10-12被命名为T-10S-1和T-10S-2。T-10S与T-10相比改进很多，主要是飞机气动布局做了重新设计：加大机翼面积、减小后掠角、除去翼刀、将弧性的翼梢改为方形并加导弹发射轨、后缘襟翼和副翼改为单一的襟副翼并增加了计算机控制的前缘襟翼、减速板从机身下方改为与F-15一样的机背减速板；进气道改进：为了避免引擎吸入跑道上的杂物，前起落架向后移到两个进气道之间，进气道内也加装防杂物吸入的网状隔板；发动机舱重新设计：机匣由发动机底部移到了上部，这样双垂尾也得挪个地方而放置到两个发动机外侧，而尾喷口也变为可调式；以上几处改进使得飞机的横截面面积大幅减小，综合提高了苏-27的机动性、速度、航程。其他诸如机头、机尾、座舱、起落架等许多地方也作了明显的改进。
改进工作与原型机试飞工作是同时进行的。当T-10-1试飞成功时，全新改型机也开始组装。1981年进行了飞行试验，由于改动太大，原来准备批量生产的设备均无法用于改型飞机，一直等到1982年初，在共青城才结束了结构加强型的苏-27批量装配准备工作。而米格-29已经于1983年开始交付部队使用。各种压力下，苏-27面临可能流产境地。
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