令人意外的是，J-11D“D1101”原型机于2015年4月29日进行了首次飞行。J-11D是沈阳飞机工业集团（SAC）在俄罗斯苏霍伊苏-27“侧卫”系列战机的基础上授权和改进的最新型号。SAC已生产了200多架苏-27和J-11，例如获得授权生产的J-11A以及国产改进型的J-11B，后者拥有更好的发动机、雷达和更轻的机身。J-11D可能借鉴了J-15舰载战斗机和J-16攻击机等其他中国“侧卫”改进型的技术。
J-11D最显著的升级是向上倾斜的雷达罩，内置了有源相控阵（AESA）雷达，同时机身使用了更多的复合材料和隐身涂层以减轻重量。该战斗机的红外搜索与跟踪（IRST）吊舱已重新布置在座舱右侧，以便安装可伸缩的空中加油（IFR）探管。据信，J-11D还改进了武器挂架，能够携带最新的中国武器，如PL-10空对空导弹、远程PL-21导弹和YJ-12反舰导弹。
J-11D的升级使其能够充分利用解放军空军的新能力，并进一步扩展这些能力。例如，空中加油探管可以使飞机从伊尔-78加油机进行空中加油，从而延长战斗机的空中巡逻时间和作战半径。AESA雷达相比老式的机械扫描雷达具有关键优势：它更不容易受到电子干扰，在锁定隐形飞机时分辨率更高，并且射程更远。J-11D的数据链使其能够与其他中国飞机和舰船共享其雷达数据。J-11D更大的武器载荷将包括远程武器，这些武器可以由其他拥有更远探测距离的系统引导，例如KJ-500预警机。
鉴于一直有传言称中国可能即将购买最先进的俄罗斯“侧卫”型号苏-35，J-11D的首飞尤其引人关注。讽刺的是，苏-35使用的是无源相控阵（PESA）雷达，这是一种较旧且通常灵活性较低的技术。像这样的进一步飞行表明一种转变即将发生，中国先进技术的进步可能会扼杀苏-35在华销售的机会。
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