1989 年 5 月 16 日该机安装推力矢量喷管后进行了首飞，随后转移至爱德华兹空军基地进行美国空军和麦道的联合试飞。1990 年 3 月 23 时进行了二元喷管的首次测试，试飞表明新喷管的矢量推力效果达到预期，并证明需要修改 IFPC 系统的软件以兼容新的推力矢量喷管。推力矢量减少 25% 的起飞滑跑距离，反推系统可使 F-15 降落在 500 米长的跑道上。另外在飞行中也可使用反推系统进行快速减速，这在近距离空战中非常实用。在试飞期间 F-15 STOL/MTD 进行了多次推力矢量起飞，抬前轮速度低至 67.6 千米/时，最短的降落距离低至 416 米，而标准F-15的降落距离为 2,286 千米。
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推力矢量试飞完成后，NF-15B 安装了新的矢量喷管，被称为俯仰/偏航平衡梁式喷管（P/YBBN），可向任意方向偏转 20 度，配合 F100-PW-229 IPE 发动机。该项目被称为先进控制技术集成验证机（ACTIVE）。旨在探索超音速条件下矢量推力的应用，以及使用矢量推力取代垂尾的可能性 。1996 年 2 月开始了初始试飞，不久后开始第一次矢量推力试飞，1996 年 4 月 24 日进行了首次超音速矢量推力试飞，1996 年 10 月 31 日该机在 1.95M 时演示了矢量推力。
NF-15B 现在是 NASA 837 号机。
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NASA 的 F-15A/B
NASA 使用了 3 架 F-15 用于实验研究项目。
1975-1976 年间两架 I 类 F-15A（71-281 和 71-287）被移交给爱德华兹空军基地的 NASA 代顿飞行研究中心，用于几个实验项目。
1975 年 12 月 17 日 71-281 被借给 NASA，用于测试航天飞机内翼段前缘的隔热瓷砖，在内翼段前缘安装了瓷砖。安装在 F-15 右翼的瓷砖用来模拟航天飞机机翼前缘，安装在左翼的用来模拟航天飞机翼身交界处。安装在 F-15 上的瓷砖遭受的最大动压是航天飞机发射时的 1.5 倍。71-281 在 1983 年 10 月 28 日归还给美国空军，先展示在弗吉尼亚州兰利空军基地。
71-287 在 1976 年 1 月 5 日被借给 NASA，NASA 编号 835。该机参加了一系列数字电子发动机控制系统和用于普惠 PW1128 涡扇发动机的先进发动机技术的试飞，PW1128 是 F100-PW-100 改进型，最终发展成了 F100-PW-220。后来该机又参加了 NASA/美国空军的高度集成电子控制（HIDEC）项目的试飞，飞控系统可判断飞行故障，并自控重新配置飞机的控制翼面作出相应的补偿。该机现封存在 NASA 做为备件。
F-15B 74-141 1994 年起在 NASA 代顿投入使用，作为测试载机取代了 F-104。该机在机腹下安装了板状挂架，内部安装了用于试飞的仪器。
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