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苏-34是在苏-27UB的基础上改进而来。1990年，苏霍伊飞机设计局开始对苏-27UB进行再改进，通过采用并列双座、改进机翼边条等措施，开发出苏-27IB战斗轰炸机。保留了苏-27基本的设计和结构。机头改为扁平的鸭嘴兽形状，安装有一个具有地形跟踪/回避能力的多功能相控阵雷达。座舱内有飞行员和领航员两个K-36DM弹射座椅，并列布置。机内燃油增加，最大起飞重量也有增加。全新设计的尾部安装有一个后视雷达。双轮起落架确保苏-34能在前线机场起降。3年后，俄空军将苏-27IB命名为苏-34战斗轰炸机。苏-34翼展 14.7米，机长21.94米，机高5.93米。它空重14吨，正常起飞重量39吨，最大起飞重量45 吨，最大武器载重8吨。它实用升限1.5万米，最大飞行速度1400公里/小时，最大航程4000公里。
苏-34的一项重大改进，是克服了苏霍伊战机在航空电子设备方面逊于美式战机的弱项。苏-34装备有全新的无线电电子设备、卫星导航系统和独特的通信系统。所配备的新型多功能相控阵雷达具有地形跟踪/回避能力，可保障战机在任何天气和昼夜条件下打击空中和地(水)面目标。
苏-34的固定武器为一门GSH-301型30毫米航炮，备弹180发，射速1500发/分，炮弹初速860米/秒。机上共有10个挂架，可挂带R-77型中程空空导弹、R-73 型近程空空导弹，Kh-31P、Kh-59M和Kh-15PM等空地、空舰导弹，FAB-250系列制导炸弹、RBK-500型子母弹、BETAB型反跑道/混凝土炸弹、PTAB-1M型反坦克弹、ShOAB型人员杀伤弹，还有23毫米6管加特林机枪。机舱内还装有70个无线电声呐浮标的浮标箱。必要时它可挂载核弹药。它的武器门类显示它既可对地面、海面实施攻击轰炸，又可进行空中格斗。它能打击250公里外的地面或水面目标，轰炸的精确度比普通轰炸机的精确度高出4倍。它配有大功率后视空空雷达，作用距离4公里，具有后视打击本领。它可携带经改装的当今世界最先进的空射巡航导弹，可对数千公里之外的敌目标实施精确打击。
苏-34保持了苏霍伊战机机动性能优良的特长，采用了AL-37FU推力矢量控制发动机，加力推力达142.2千牛，推重比为8.7。为满足长途奔袭的需要，苏-34座舱左前方设有空中加油头，经一次加油航程可达7000公里。苏34在战斗机上还配设有厕所，配设有一个微型厨房。
