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1978年，F-16开始列装美军部队，四年后，美国空军的雷鸟飞行表演队全面换装了F-16战机，并且到现在仍在使用。
从1981年贝卡谷地空战至今，F-16几乎参与了全球历次大规模战争，包括黎巴嫩战争、海湾战争、波黑战争、科索沃战争等等。实战表明，F-16飞机的空战性能极佳。
比如1982年，第五次中东战争，以军将F-16作为主力，F-15为空中掩护梯队，成功地打击了叙利亚设在贝卡谷地的萨姆-6导弹阵地，在6分钟之内，19座叙利亚的导弹阵地全部被彻底摧毁。
1990年，海湾战争中，美国空军在实战中首次使用了F-16，是部署量最多一种飞机，为251架，共出动了13480架次；在美军飞机中出动率最高，平均每架飞机出动537次。在100多天的海湾战争期间执行了13500次飞行任务，妥善率高达95.2%。执行了战略进攻、争夺制空权、压制防空兵器、空中遮断等任务，是“沙漠风暴”等行动中的一大主力。
美国空军F-15C/E和F-16飞越燃烧的科威特油井
1999年，科索沃战争中，F-16执行了大量的任务包括压制敌防空系统、防御性空战、进攻性空战、近距离空中动摇和前沿空中控制任务。摧毁了南联盟大量雷达阵地、地面坦克和车辆、建筑物和南联盟空军的米格战斗机。
米格-29的残骸
据统计，F-16战机在阿富汗、叙利亚等地，共计击落过61架苏/俄战机，这其中包括米格-21、米格-23、苏-25等等。
此外，F-16还是为数不多的来中国进行过飞行表演的美国战机。
1987年9月24日，雷鸟飞行表演队随当时的美国空军部长一起访问中国，就停泊在北京的南苑机场，并进行了在中国的首次飞行表演。
四机菱形编队
此次事件也刊登在了1987年10期的《航空知识》上，不知有没有读者还收藏着这本“老古董”呢？
F-16四十年来的发展变化，都是受到不同时期的需求牵引。
21世纪的前25年内，由于单发布局限制了F-16增大航程、载重、机动性能的改进潜力。因此，F-16的改进一般集中于电子设备和武器系统方面。
现在的F-16进行了很多多用途的改进，具备了夜战能力和发射空地导弹、反舰导弹等对面打击能力，成为了多用途战机。
2017年4月10日，美国完成了F-16有人机与AI无人机协同对地作战的忠实僚机计划，测试中，由一架实验型F-16无人机作为僚机，一开始先跟有人的队长机编队飞行，接着被队长机指派进行对地攻击，攻击任务完成后，再回到队长机身边。这些功能与洛克希德马丁的自动防撞系统相关联，以确保F-16有人机与无人机之间的安全与协调。此外，这架F-16无人机在空对地的作战任务部分，必须在无人类即时指示的状态下，自主对环境中动态改变的威胁状况作出各种反应。
忠实僚机计划的下一步可能就是要挑战更高难度的空战缠斗（dog fight），在这个领域，F-16等有人战斗机本来设计最终还是要考量人类抗G力的生理极限，空战的飞行技巧有限度，然而给AI开飞机，飞行动作可以更为极端，这样一来，可能也会有非常高的存活率，然而，AI对于视觉辨识（视距内）、红外线讯号解读、视距外的雷达讯号的解读等等，都会是更复杂的考验，如果未来这方面也开发成功的话，将意味着单单一个飞行员，一次出航，将会拥有更多的攻击能量（有人机加上无人机的弹药总和）。
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