С целью повышения боевой эффективности и расширения области боевого применения в ОКБ им П. О. Сухого было решено создать многоцелевой истребитель, который сочетал бы в себе высокие маневренные качества Су-27 с возможностью атак наземных и надводных целей ракетным оружием. Началом работ над модернизированным Су-27М (Т-10М) можно считать вышедшее Постановление правительства от 29 декабря 1983 г.
В 1985 г. был подготовлен эскизный проект Су-27М. В 1987 г. в Москве началось переоборудование одного из серийных истребителей Су-27 в первый опытный Су-27М. Всего было переоборудовано три машины, которые имели переднюю стойку шасси с одноколесной опорой, как у Су-27. Первый полет модернизированного Су-27М был осуществлен 28 июня 1988 г. Машину пилотировал летчик-испытатель фирмы О. Г. Цой. Первый полет серийного самолета Су-27М (Т-10М-3), изготовленного на заводе в Комсомольске-на-Амуре, состоялся 1 апреля 1992 г. В сентябре 1992 г. модернизированному истребителю было присвоено новое обозначение — Су-35.
Для повышения маневренных и улучшения взлетно-посадочных характеристик на самолете установлено переднее горизонтальное оперение (ПГО). По аэродинамической схеме Су-35 является неустойчивым интегральным трипланом (крыло + горизонтальное оперение + ПГО). ПГО значительно облегчает управление самолетом на больших углах атаки и перевод его с этих режимов в горизонтальный полет. Для Су-35 разработано новое крыло с увеличенной относительной толщиной, которое вмещает в себя большее количество топлива. Как и на Су-27, оно оборудовано механизацией в виде отклоняемых носков и флаперонов, выполняющих функции закрылков и элеронов. При полете на дозвуковой скорости кривизна профиля крыла изменяется системой дистанционного управления за счет отклонения носков и флаперонов в зависимости от угла атаки. Штанга ПВД перенесена с обтекателя радиолокационной станции на боковую поверхность головной части фюзеляжа. Площадь тормозного щитка, расположенного на верхней поверхности фюзеляжа, увеличена.
Горизонтальное оперение самолета представляет собой дифференциально отклоняемый стабилизатор, каждая консоль которого имеет собственный быстродействующий электрогидравлический привод. По сравнению с Су-27 площадь вертикального оперения увеличена и в них помещены интегральные топливные баки.
Для расширения возможностей боевого применения самолет оборудован системой дозаправки топливом в воздухе. Ввиду того что полет с дозаправкой может выполняться длительное время и ограничен только физиологическими возможностями летчика, кабина оборудована контейнерами с запасом пищи и воды, а также устройством утилизации отходов. Катапультное кресло серии КД-36ДМ установлено с углом наклона спинки 30°, что повышает переносимость перегрузок летчиком в воздушном бою.
Комплект бортового оборудования истребителя Су-35 включает в себя: импульсно-доплеровскую РЛС переднего обзора нового поколения, оснащенную фазированной антенной; РЛС заднего обзора; оптико-локационную станцию, сочетающую в себе функции тепловизора и лазерного дальномера; систему управления вооружением; систему радиотехнической разведки и другое оборудование.
Пилотажно-навигационное оборудование обеспечивает полеты в простых и сложных метеоусловиях в любое время суток. Оно включает в себя комплекс навигации, систему автоматического управления и систему дистанционного управления. Для управления полетом самолет оснащен четырехкратно резервированной системой дистанционного управления. Ее важной частью является ограничитель предельных режимов со своим отдельным приводом. Он предотвращает выход самолета на опасные режимы полета путем резкого, на 15 кгс, увеличения загрузки ручки управления.
Комплексная система РЭП включает в себя датчики предупреждения об атакующих ракетах противника, станцию радиотехнической разведки, активные средства постановки помех, а также радиолокационные и тепловые ловушки.
Кабина самолета оборудована современной системой индикации, в которую входят три индикатора на ЭЛТ, снабженные клавиатурой, индикатор на лобовом стекле, вычислители системы индикации и вычислители комплексной информационной системы. Размещение на самолете нового комплекса бортового оборудования и дополнительных (по сравнению с Су-27) систем оружия потребовало увеличения количества узлов подвески, усиления планера самолета, изменения многих бортовых и самолетных систем. Были доработаны основные стойки шасси и установлена носовая опора шасси с двумя колесами.
Для успешного преодоления ПВО противника Су-35 имеет возможность полета на малой высоте в режиме следования рельефу местности и обхода препятствий.
Создание многоцелевого сверхманевренного истребителя Су-37 стало очередным логическим шагом ОКБ им. П. О. Сухого в последовательной реализации программы создания для ВВС России семейства многоцелевых тактических самолетов продвинутого четвертого и пятого поколений на основе технологий истребителя Су-27.
За базу был принят истребитель Су-35, и по внешнему виду Су-37 мало отличается от него, но по составу бортового оборудования представляет истребитель качественно нового уровня. Впервые применена интегральная электродистанционная система управления (ЭДСУ) полетом, в контур которой включена силовая установка с УВТ. На самолете нет привычной ручки управления, расположенной между ногами летчика. Пилотирование самолета обеспечивается правой короткоходовой боковой ручкой управления. Левым боковым тензометрическим рычагом управления двигателем (тензоРУДом) можно изменять тягу силовой установки в зависимости от силы давления пальца летчика.
Информационно-управляющее поле кабины летчика оснащено четырьмя жидкокристаллическими дисплеями. На первом опытном Су-37 установлены дисплеи французской фирмы «Секстант авионик», впоследствии будут заменены на российскую бортовую авионику пятого поколения.
В числе широкоформатных дисплеев, скомпонованных на приборной панели по схеме «3+1», комплексный пилотажно-навигационный индикатор, индикатор тактической обстановки, индикатор контроля состояния бортовых систем и индикатор пульта управления рабочим режимами. Все индикаторы взаимозаменяемые, и информация от конкретных систем может высвечиваться по желанию летчика на любом из них. Еще один комплексный коллиматорный индикатор установлен на лобовом стекле.
Первый полет опытной машины, бортовой № 711, состоялся 12 апреля 1996 г. под руководством летчика-испытателя Е. И. Фролова. В последующих полетах он выполнил «сальто», «управляемый штопор» и другие фигуры, недоступные пока ни одному самолету мира.
Силовая установка Су-37 состоит из двух ТРДДФ АЛ-31ФП с управляемым вектором тяги (УВТ). Асимметричное поворотное сопло закреплено на кольцевом поворотном устройстве из стали и с помощью двух пар гидроцилиндров отклоняется в плоскости тангажа на ±15°. В зависимости от выполняемого маневра отклонение сопел может производиться синхронно или дифференциально с поворотом горизонтального оперения. Ресурс двигателя до первого ремонта составляет 1000 ч, а поворотного сопла 500 ч. Ближайшая цель доводки двигателя — достижение максимальной тяги на форсаже 14500 кгс.
В состав модернизированного комплекса управления вооружением входят многофункциональная помехозащищенная БРЛС и обзорно-прицельный оптоэлектронный комплекс. Многорежимная БРЛС обеспечивает одновременное сопровождение до 15 воздушных целей и одновременный запуск ракет по 8 целям. Возможность ведения радиолокационного обзора в задней полусфере реализована на Су-37 впервые в мире, что делает его практически неуязвимым от средств поражения.
Возможности нового бортового оборонительного комплекса на Су-37 существенно расширены. В его состав входят станция электронной разведки, автомат сброса дипольных отражателей и ИК ловушек, приемник системы предупреждения о радиолокационной подсветке противником.