¿Cuál es la diferencia entre las tomas de aire de lado a lado y debajo de la cabina?

No llamaría pequeño al Su-27, pero ese es otro problema.

La principal diferencia es la forma en planta del ala. El ala Su-27 está optimizada para funcionar en todos los ángulos de ataque hasta 120° con muy poco cambio de momento de cabeceo. Esto requiere la adición de tracas que crean elevación de vórtice en ángulos de ataque más altos. Con esta forma en planta las tomas laterales rectas serían imposibles. Pero hay más.

En ángulos de ataque altos y alta velocidad transsónica o supersónica, cuando más se necesita empuje, la precompresión debajo de las tracas aumenta la eficiencia de la entrada.

Mientras que el F-15 fue optimizado para velocidad y agilidad transsónica dentro del rango de ángulo de ataque habitual, el Su-27 (y el MiG-29, que usa el mismo diseño básico) están optimizados para poder volar en todos los ángulos de ataque posibles que podrían encontrarse en el combate aire-aire. Los diseñadores del F-15 se detuvieron cuando la forma en planta y las tomas de aire eran lo suficientemente buenas. TsAGI solo se detuvo hasta que ya no pudieron mejorar el diseño.

Ahora a sus muchas preguntas detalladas:

¿Cuál es la principal diferencia entre estas dos configuraciones de motor?

No hay uno, todo se reduce a los detalles. Ambos diseños son compatibles con motores largos de poscombustión, muestran poca guiñada cuando falla un motor y las tomas permiten velocidades Mach 2+. Los detalles son una menor susceptibilidad al deslizamiento lateral en el caso del F-15, porque el fuselaje ayuda a ajustar el flujo de aire, y un mejor ángulo de ataque alto en el caso del Su-27.

¿Cuáles son las diferencias entre los aviones que tienen las tomas debajo de la cabina en comparación con los que las tienen a los lados?

Nuevamente, la principal diferencia está en el rendimiento fuera del diseño.

¿Cuáles son las diferencias aerodinámicas?

Ahora corro el riesgo de repetirme. Uno es mejor en guiñada, el otro en cabeceo. Puedes decidir por ti mismo qué es más útil en el combate aéreo.

¿Cómo afecta esto a la velocidad/señal de radar/maniobrabilidad de la aeronave?

Estas son en realidad tres preguntas, envueltas en una. En velocidad, la admisión del F-15 tiene una pequeña ventaja si se aprovecha la mayor libertad para ajustar la geometría de la admisión al número de Mach. Esto significa que el labio superior se puede ajustar, no solo el labio inferior y las rampas internas, como es el caso de la admisión del Su-27.

Para la firma de radar, ambos diseños son una mala elección. Son básicamente reflectores de esquina , al igual que las colas verticales. Puedes ver que el sigilo no fue considerado en ambos diseños.

Para la maniobrabilidad, es la forma en planta del ala lo que más cuenta. Aquí el Su-27 gana sin duda alguna.