簡單輕巧的F-5戰鬥機在機身設計上很有獨到之處，非常適合被改裝為各種用途，誕生了一些被改得連媽媽都不認識的重大改型，其中最著名的就是F-20「虎鯊」了。F-20是F-5E的先進改型，可惜生不逢時，在F-16戰鬥機的擠壓下沒有獲得市場成功。
F-20「虎鯊」
20世紀70年代以來，隨著蘇制新型戰鬥機性能的不斷提高，裝備F-5E/F「虎II」戰鬥機的一些國家迫切需要美國提供更高性能的出口型戰鬥機，或至少讓F-5E/F升級超視距空戰能力，安裝先進雷達以發射半主動雷達制導的AIM-7「麻雀」空空飛彈。為此，美國國防部要求諾斯羅普公司開始研究給F-5E升級超視距空戰能力的可行性，於是公司提交了F-5G方案。但美國政府在1977年突然收緊高技術武器出口政策，導致F-5G的研究未獲實質性進展。到70年代末，美國的這一政策導致許多盟友轉向購買英法先進戰鬥機。
1980年1月4日，為了重新奪回外銷戰鬥機市場並安撫盟友，美國國務院啟動了被稱為FX的出口型戰鬥機項目。參加競標的有諾斯羅普F-5G，以及通用動力F-16/79，也就是安裝J79渦噴發動機的降檔型F-16。隆納·雷根於1981年就任美國總統後，政策再一次幹擾了F-5G的發展軌跡，美國政府放開了美軍一線裝備的出口許可，也就意味著F-5G需要直面F-16A/B的競爭。諾斯羅普公司意識到想要F-5G在FX競爭中勝出，該機就必須具備與F-16A/B相當的性能和作戰能力。
F-16/79原型機
為了提高作戰性能，諾斯羅普對F-5G方案進行了重大改進，並更名為F-20，於1983年獲得了「虎鯊」的正式綽號。F-20改進的核心是發動機，從雙發渦噴變為單發中等推力渦扇發動機。為了接近F-16的性能表現，F-20安裝了一臺通用電氣公司的F404渦扇發動機。諾斯羅普公司對這種發動機並不陌生，F-18「大黃蜂」戰鬥機的前身YF-17「眼鏡蛇」驗證機安裝了兩臺YJ1O1渦扇發動機，這種發動機最後發展成F404。事實上早在1975年5月，諾斯羅普就提出過F-5/F404概念。
F-5G最終演變為F-20「虎鯊」
換發導致諾斯羅普徹底重新設計了F-20的後機身，機身長度增加12.7釐米，進氣口加大並重新設計了附面層隔板和二波系壓縮坡道，以適應F404加大的進氣量，並使飛機能飛到2.1馬赫的最大速度。機翼沒有出現太大修改，只是修改了前緣邊條的設計並加大翼面積，改善了機翼的升力特性，機翼結構也進行了加強以承受9G過載。F-20的平尾面積比F-5E增加了30%，提高了飛機的俯仰速率，降低了轉彎半徑。F-20還具有一套全新的線傳飛控，進一步增強了機動性。全新的航電設備和雷達使「虎鯊」能發射包括超視距空空飛彈在內的多種先進武器。
F-20的內部結構
首架F-20原型機一開始被稱為F-5G-1，基本上就是一架換發F-5E，全新製造的後機身內安裝一臺加力推力7257千克的通用電氣F404發動機，前機身改動很少。該機的美國空軍序列號是82-0062，民用註冊號N4416T。1982年8月30日，試飛員拉斯·斯科特駕駛F-5G-1在加州莫哈維沙漠的愛德華茲空軍基地進行了持續40分鐘的首飛。試飛表明F404增加的60%推力大大提高了F-20的性能，使最大速度超過2馬赫，升限達到16800米。與安裝兩臺J85渦噴發動機的F-5E相比，F404較低的燃料消耗率使F-5G-1的航程增加10%。該機的持續轉彎速率在0.8馬赫時提高到11.5度/秒，超音速轉彎速率也提高了47%。
F-20首架原型機的下線儀式
試飛結果非常令人鼓舞，引發了客戶關注。巴林在1982年11月下達了首批訂單，到來年4月，已有10位海外客戶評估了該機。1983年6月，F-5G-1原型機升級了F404-100發動機，推力增加454千克，性能進一步提高，發動機冷啟動後，飛機僅僅需要2.3分鐘就能爬升到12200米高度。1983年8月26日，第二架F-20原型機82-0063（N3986B）首飛，該機具有重新設計的前機身和機鼻，內部安裝全套航電和通用電氣G-200雷達。
更換了灰色塗裝的第一架F-20原型機和第二架F-20 82-0063（N3986B）編隊飛行，注意二號機凸起的座艙蓋
第二架原型機的座艙蓋也經過重新設計，凸起座艙蓋玻璃改善了飛行員視野。1984年5月12日，第三架F-20原型機82-0064（N44671）首飛，該機同樣具有全套航電。第四架原型機將是預生產型，機身油箱容積更大，並改進前後緣襟翼的致動器，換裝通用電氣AN/APG-67多模空空和空地雷達，發動機推力再度增加454千克。該機的機身也進行了改進，具有複合材料蒙皮和結構，進一步提高推重比。經過如此廣泛的改進和重新設計後，F-20A已經是名副其實的全新戰鬥機了。
全新的座艙蓋玻璃改善了飛行員視野
第三架F-20原型機82-0064（N44671）安裝了全套航電
就在諾斯羅普接觸潛在客戶大力推銷「虎鯊」時，悲劇發生了。1984年10月10日，試飛員達雷爾·康奈爾在韓國駕駛第一架原型機82-0062時做飛行表演時墜機身亡。不到五個月後的1985年5月，諾斯羅普試飛員大衛·巴恩斯駕駛F-20參加巴黎航展，經停加拿大拉布拉多鵝灣，他在此為航展表演進行彩排時不幸墜機。巴恩斯的墜機原因和康奈爾如出一轍，都是因為飛行員在大過載下意識喪失所致，飛機本身都沒有被發現出現故障。這兩次事故對諾斯羅普公司造成嚴重打擊，不可避免地導致項目延誤。
雷爾·康奈爾在韓國墜機鏡頭
巴恩斯駕駛F-20墜毀時的航展全套表演動作
雖然F-20的性能搶眼，但美國空軍和海外客戶還是越來越傾向於採購F-16，對F-20的興趣與日俱減。巴林最終訂購了10架F-5E和2架F-5F而不是F-20A，1986年美國空軍也宣布將為空中國民警衛隊和侵略者假想敵中隊購買F-16而不是更便宜的F-20。當年晚些時候，諾斯羅普意識到F-16已經獲得贏者通吃的地位，決定取消耗資12億美元的F-20項目。F-20是諾斯羅普高性能戰鬥機產品皇冠上的寶石，完全由該公司自行出資研製，該機的取消毫無疑問是一次重大打擊，但公司也只能收拾心情，全身心投入到B-2「幽靈」隱身轟炸機的研製中。
諾斯羅普當年的F-20廣告
前掠翼先鋒X-29
1971年美國國防部先進研究項目局（DARPA）發起了前掠翼戰鬥機研究，通用動力、羅克韋爾和格魯曼三家公司參加競爭。
前掠翼的阻力較低並能改善戰鬥機的低速操控特性，但使用傳統材料很難製造出合乎要求的前掠翼。隨著先進複合材料的發展，使用這種材料製造的前掠翼具有足夠剛性，不會出現氣動發散問題，同時還減輕了重量。
X-29A上有16%的組件來自F-16，其中包括線傳飛控系統
X-29通過複雜的複合材料工藝製造出了不會出現氣動發散問題的前掠翼
通用動力公司提出了F-16的前掠翼改型，格魯曼公司提了基於F-20的712方案，羅克韋爾公司提出了一種全新的設計。1981年DARPA宣布格魯曼方案獲勝，賦予編號X-29A。這個決定主要是基於政治考慮，因為當時美國宇航局已經在各研究項目中大量使用F-16（AFTI、CCV、F-16XL），人們認為「使用一種機體所學到的東西有限」，再用F-16做前掠翼實驗似乎是錯誤的，而羅克韋爾的全新設計風險又太大。有趣的是 ，X-29A上有16%的組件來自F-16，其中包括線傳飛控系統。
F-16前掠翼方案
格魯曼712方案
羅克韋爾的Saberbat前掠翼方案
格魯曼公司把F-5A 63-8372和65-10573改裝成了X-29A82-0003和82-0049，整個機身按照F-20標準進行改裝，裝上了一臺F404渦扇發動機，並配備了鴨翼和33度前掠的前掠翼。X-29A是一架前掠翼驗證機，旨在研究這種布局的空氣動力學特性。由於前掠翼在大迎角下會因氣動發散問題導致機翼結構損壞，所以X-29A的機翼大部分採用現代複合材料製造。
幹湖床上的兩架X-29驗證機
前掠翼布局使X-29A非常不穩定，只能在三餘度數字飛行控制系統的控制下飛行。1984年12月14日，格魯曼的首席試飛員查克·塞維爾駕駛第一架X-29A在愛德華茲空軍基地完成首飛。四個月後，美國宇航局開始使用這兩架飛機展開廣泛的飛行試驗。對於如此先進的概念來說，X-29表現出了非常高的可靠性，在試飛中達到了前所未有的67度攻角，並在1985年12月13日成為第一種超音速前掠翼飛機。
前掠翼帶來了極佳的大迎角性能
第一架X-29A在試飛242架次後於1986年退役，第二架飛機繼續飛行至1991年。這兩架飛機如今都被博物館收藏，第一架X-29A在俄亥俄州賴特·帕特森空軍基地的美國空軍博物館，第二架飛機在加州愛德華茲空軍基地的代頓飛行研究中心。
音爆研究機F-5 SSDB
「老虎」家族中外形最奇怪的毫無疑問是SSBD，也就是所謂的修形音爆驗證機。該機是一架經過改裝的具有凸起前機身的F-5E，通過試飛表明可通過特殊機身外形大幅降低超音速飛行產生的激波強度，進而能允許未來超音速客機在陸地上空進行無限制超音速飛行。諾斯羅普公司在1994年併購格魯曼公司成為諾斯羅普·格魯曼公司，該公司在2001年7月贏得DARPA的一份合同，為安靜超音速平臺項目製造一架驗證機。
F-5 SSBD相對於F-5F的外形改變
F-5被認為是理想的改裝機體，該機具有非常平滑的面積律分布，而且飛機足夠簡單可靠。諾格公司在自己的佛羅裡達州聖奧古斯丁工廠對美國海軍的一架F-5E進行了改裝，裝上了加州埃爾塞貢多工廠製造修形組件，給飛機裝上一個形狀特殊的機頭罩，並在機身下方加裝了鋁製基體結構和複合材料蒙皮。這個機頭罩不但拉長了機頭，並且使之鈍化，能防止進氣口產生激波，並能穩住機翼激波，使之不與機頭主激波接觸。
F-5 SSBD的整個機身修形結構
這架飛機在2003年7月24日首飛，開始確定改裝飛機的飛行包線，一邊為後續的SSBD試飛做好準備。在這一階段，F-5 SSDB在一架T-38的陪伴下飛到了1.1馬赫的 速度。
飛行中的F-5 SSBD
隨後在代頓飛行研究中心的F-18支援下，F-5 SSBD完成了包線試飛，於2003年8月在愛德華茲空軍基地展開SSBD試飛。飛機航線下方和兩側分布著地面傳感器，記錄飛機在超音速飛行中產生的音爆和壓力波。在其中三次試飛中，一架F-5E標準型與F-5SSBD間隔45秒進行超音速 飛行，以便進行音爆對比，兩架飛機都在美國空軍的這條高空超音速走廊上以1.4馬赫速度飛行在9750米高度。此外F-5 SSBD還與一架安裝了壓力測量儀器的F-15B進行了兩次超音速 編隊飛行，讓後者測量附近的音爆強度。這些試飛顯示F-5 SSBD的音爆強度的確大幅降低。
地面的音爆傳感器
2004年1月，F-5 SSBD進入下一階段修形音爆測試（SSBE）試飛。該機在不同飛行條件下共進行了21架次試飛，結果顯示F-5SSBD的修形外形削弱了N型波的強度，將 音爆壓力值從每平方米5.8千克降至3.9千克，進而降低了音爆的音量。
F-5 SSBD為靜音超音速客機的研究立下了汗馬功勞
F-5 SSBD現被彭薩科拉海軍航空兵博物館收藏。
「虎」2000/2001
中國臺灣空軍早在1964年便購買了F-5A/B戰鬥機，到1975年臺灣漢翔公司已經開始自行組裝數百架F-5E/F。到20世紀90年代，這些飛機開始逐漸被「幻影2000」、F-16和F-CK-1「經國」IDF戰鬥機取代，轉而執行訓練和對地攻擊任務，其中有40架F-5E/F將繼續服役入21世紀。於是漢翔公司啟動了「虎」2000/2001升級計劃，主要目的是用F-CK-1戰鬥機的GD-53雷達來升級這些二線飛機，使之具有發射「天劍」二型中距彈的能力。GD-53源自通用電氣公司為F-20研製的AN/APG-67多模雷達，本身就是為滿足中國臺灣防務需求研製的。
「虎」2000/2001 5308號原型機
2002年7月24日，「虎」2000/2001首飛。不過當時中國臺灣空軍已經計劃在10年內退役所有F-5E/F，所以「虎」2000/2001無疾而終，唯一的5308號原型機被展示在臺中漢翔翔園內。
GD-53雷達
「閃電」、「雷電」和「神鳥」
1979年伊朗伊斯蘭革命後，美國開始對伊朗實施武器禁運，伊朗軍隊的許多美制武器失去了零件來源。為此，伊朗國防部、伊朗伊斯蘭共和國空軍、Owj工業綜合體（OIC）和伊朗飛機製造工業綜合體（HESA）開始致力於自力更生對現有裝備進行改造和升級。由於伊朗空軍裝備了大量F-5系列戰鬥機，所以該機自然就成為了自給自足項目的重點。
目前伊朗飛機製造工業公司（HESA）正在對伊朗伊斯蘭空軍（IRIAF）的老舊F-5進行兩項延壽和重大改進項目，期望能最終以F-5E/F為基礎自行製造一種可行的戰鬥轟炸機。
首先出現的F-5改進型是「閃電」（Azarakhsh），該項目啟動於1997年4月，被外界認為是一種安裝了俄制雷達的F-5E「虎II」，機鼻延長了17釐米。第二架「閃電」原型機於2001年2月首飛，具有加強的機翼，機身部分蒙皮使用複合材料製造，並安裝提升推力的J85發動機，能發射伊朗自行研製的武器。2008年4月17日，兩架單座型和兩架雙座型「閃電」參加了德黑蘭的建軍節閱兵。
HESA「閃電」戰鬥機
第二種改進型被稱為「雷電」（Saeqeh），於1998年開始研製，2004年5月30日首飛。「雷電」最大的改進是採用了類似F-18「大黃蜂」戰鬥機的外傾雙垂尾，第一架原型機具有增大的方形進氣口，而隨後的飛機改回了到F-5E的進氣口。外界猜測「雷電」的生產型將具有更先進的雷達和玻璃化座艙。
HESA「雷電」戰鬥機
最後一種F-5改進型被稱為「神鳥」（Simorgh）。由於伊朗空軍的F-5雙座教練型比較短缺，於是產生了把剩餘F-5A單座型改裝成F-5B雙座型的念頭，於是誕生了「神鳥」計劃。
HESA「神鳥」教練機