F-16XL是一种基于F-16战斗机生产型改装而来的验证试验机
属于F-16战斗机的衍生机型，共改装了两架，该机延续了F-16战斗机的特点，又在此基础上做了较大改变，使其多项性能远优于前者。
测试证明这种改造是成功的，后来参与了双重任务战斗机的竞标，但因不敌竞争对手而落败，1985年试飞结束的F-16XL被封存。
1974 年，生产型 F-16A/B 全尺寸发展工作刚结束，通用动力公司就着手 F-16 后继机的研制工作。
其目的要搞一种既能满足空军增强对地攻击的要求，又要保持 F-16 原有的优异的空战能力，并在结构和设备上保持最大的通用性的派生型。
经论证后通用动力提出改进重点是：在挂外部副油箱的情况下，增加有效载荷和航程
通过提高突防速度、减小雷达特征面积、增加携带空地武器时的机动性提高生存性；
改善包括大迎角飞行条件下的操纵品质和乘座品质，以及改善可靠性和维修性。
从 1975 年开始，通用动力公司和NASA兰利中心（LRC）共同对 149 种不同布局进行了长达 3,600 小时的风洞试验、经反复筛选后选中了用无尾三角箭形机翼的布局。
试验表明，这种机翼的布局最好地保持了 F-16 原有的亚音速性能，提供了进一步改进超音速和低速大迎角性能的余地，并更好地兼顾了总体性能，增加了机内油箱的容积，机翼下提供了更多的外挂点。
箭形机翼布局既有较好的持续机动能力，又有突出的大速度升阻比和巡航效益。
在此基础上公司又针对增强对地攻击任务进行了细化设计、通过精细的弯扭和后缘反弯度度设计改善亚音速升阻比和横侧航向稳定性。
由于通用动力预计该方案的增益将十分可观，于是向空军提出改装先进技术验证机，即 F-16XL 计划。在该计划中，通用动力自行投资了 0.49 亿美元用于对机体进行改装设计和改装工作，其飞行计划由美国空军资助。
1983 年 3 月，公司从空军租借了两架 F-16A 开始进行改装。 试飞中的F-16XL其中一架（75-0749）装为装一台 F100-PW200 发动机的单座型 F-16XL-1，另一架（75-0747）则是装一台 F110-GE-100 发动机的双座型 F-16XL-2。
结构上的主要更动包括：将基本型的机身在主起落架前后分别加长了 76 和 66 厘米，去掉平尾、用一个面积为 61 平方米的石墨-聚酰胺复合材料蒙皮和铝支撑结构的变弯曲箭形机翼代替原常规机翼，并取消了后机身腹鳍。
垂尾根部安装了 F-16 出口型才有的减速伞，另外还加强了起落架，使承载能力从 16 吨提高到 22 吨，加强了方向舵、使其铰链力矩承载能力提高了 50%。全机总重从 13 吨增加至 22 吨，机内燃油增加了约 2.5 吨。
F-16XL 的主飞行控制系统仍沿用了 F-16A 的全模拟电传操纵系统。但针对操纵翼面的变动作了相应修改，例如俯仰操纵由两侧机翼后缘的襟副翼和副翼偏转实现，XL 上也装有与 F-16A/B 类似的迎角限制器，但迎角限制范围在低速时扩展至 29 度，在 M>0.9 时为 26度。
飞机的滚转由副翼和襟副翼非对称偏转控制，偏航操纵由方向舵实现，并用副翼偏转进行滚转协调。F-16XL 还用外侧前缘襟翼和减速板作辅助飞行操纵。
和 F-16A/B 一样，XL 的飞控系统在严重失速下可手动俯仰超控、并增装了自动俯仰超控系统专用于飞行试验。它可向飞控计算机输入一个俯仰摇摆指令以打破深度失速条件。
飞行验证计划由通用动力公司和空军联合试验组实施、开始于 1982 年 7 月，历时约 3 年。在试验的最后阶段还将 XL-2 的进气道改为大口进气道以提高空气流量，使 F110-GE-100 发动机得以充分利用，提高了推重比。
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