本机在后世评价上被认为是二战主力战斗机中综合性能最出色的机型，有别于美军当时主力战斗机以大型气冷发动机与涡轮增压器强化各空层性能的方式，P-51由于非美军内定机种因此设计初期无法取得涡轮增压器；因此采用与P-40相同的液冷发动机，但修改进气方式降低空气阻力，并纳入了层流翼设计强化高速性能，为了保障长时间在高空作战，本机亦是在单发战斗机中首先把增压座舱成为标准配备。而且起落架的轮距较大，所以在整理不良的地上降落时，较以前的同级战斗机稳定，所以得到常在战地机场上的起降的飞行员好评。

P-51的机身设计简洁精悍，搭配着层流翼剖面型、标准翼厚比的主翼与五段式襟翼（后期还改进了控制面，使低速到高速都有良好且均质的操控品质），使得 P-51拥有绝佳的飞行性能。而滑油和冷却水的冷却器顺势由机尾向前延伸至机翼下方，由于不像喷火式等战机将冷却器装置在机翼上，因此P-51拥有较一般 战机更大的燃油筹载。早期的P-51由于政策与配额问题，没有涡轮增压器可用，因此是配备美制的艾利森V-1710一级增压发动机。V-1710虽然较扎 实抗损，且妥善率高，辅以野马的机身设计，使早期的艾利森野马拥有相当突出的低空性能。但缺乏两级机械增压器让P-51在高空时必须面临马力不足的问题， 连带使得初期机型的高空表现不尽理想，早期的艾利森动力野马虽一度是当时欧陆的低空速度王者，却无法适应当时欧洲主流的高空高速空战生态，只能屈居低空高 速侦查与扫射的次要角色。直到1942年开始换上英制梅林发动机后，P-51的性能始突飞猛进、为其赢得大量的订单，并在1943~1944年之间赶上盟 军最重要的长程护航需求，继承P-38和P-47的战果并将之扩大，快速扭转了欧陆上空的战力天平，终于赢得“史上最伟大战机”的美名。

早期野马（P-51A、A-36A）采用艾利森V-1710发动机，这一系列的发动机仅有一级一速机械增压器，当飞行高度超过12000英尺之后，输出功率下降很快，使得高空性能不佳，之后的型式改装由英国劳斯莱斯公司授权美国派卡德公司生产的的梅林发动机（V-1650），装有两级两速的机械增压器，充分改善15000英尺以上的功率输出，这就是后来最着名的P-51B/C/D。

1945年初，一架在中国战场的美军P-51C被日军掳获，随即运往日本做测试。日方对此是相当重视，甚至出动了当时在日本本土因稀有而被限制运用的油罐车，将自开战前库存、原本仅被允许用于国产新锐测试机、当时已经相当稀缺的100号汽油运至飞行场，供掳获的野马作性能测试，并在之后与该国各款新锐机作了多场模拟战。当时包含留德返日的佐贯亦男等各方航空学者对此机做了相当程度的分析。地勤对其精良的组装品质大为惊骇，飞行员也对其座舱仪表布置和防弹设施的完备感到赞叹。

专精桨叶研究的佐贯氏与其他设计海军紫电改螺旋桨的学者，对使用高级橡胶固定桨座、连桨叶剖面都采用层流翼型的野马深表拜服：“竟层流化至此地步…！” 并在日后手记中表达了当时的敬佩与挫败感。（事实上，日本二战中号称采用或局部采用层流翼设计的机种，在风洞和试飞报告中都仅仅得到"成果不明显"的失望结论，因此各厂人员对成功运用层流效应达成高性能的野马式有敌对意识或挫败感的证言，在战后并不少见）

1943年秋，P-51战斗机在远东和太平洋战场上参战。中印缅战区的第311战斗机大队和中国战场上的中美航空兵部队首批装备了P-51战斗机。在抗日战争最后两年中，中美飞行队的P-51战斗机以广西、湖南西南部地区为依托，发挥其作战半径大的优势，不断深入到湘北、鄂、粤及沪宁一带日军占领区，猛烈袭击日军的机场、运输船队。在P-51等飞机的冲击下，日军失去在中国的制空权。1945年春，P-51战斗机对日本本土进行大规模空袭，立下了大功。
　　1945年8月，日本宣布无条件投降后，中美混合团第5大队的6架P-51战斗机将1架日本百式运输机押解到湖南芷江机场。日本洽降代表、副总参谋长今井武夫在这里正式向中国军政当局投降。P-51战斗机与“芷江受降”一道载入了中国抗日战争史册。
　　在第二次世界大战中，P-51战斗机立下了显赫的战功。据不完全统计，仅在欧洲战场上，P-51战斗机就出动13873架次，投弹5668吨，击落敌机4950架，击毁地面敌机4131架，被誉为“歼击机之王”。

第一个P-51王牌是第354大队的詹姆斯.H.霍华德（JamesH.Howard）少校。1944年1月11日，他连续击落5架德国战斗机成为“一日王牌”，并由于这个壮举获颁荣誉勋章。
　　第357战斗机大队，原先也隶属于第9航空军，很快就被划拨到第8航空军执行轰炸机护航任务。在1944年2月11日进行了首次P-51B护航任务。1944年2月23日，第363战斗机大队在成为欧洲的第3个P-51B单位。
　　第15航空军成立于1943年11月，部署在地中海战区，有3个装备P-38闪电的大队。1944年4月，梅林动力的野马取代喷火装备了第31和第52战斗机大队，并将这些大队从第12航空军划拨给第15航空军。第31大队在1944年4月21日进行了首次任务，为轰炸罗马尼亚普洛耶什蒂（Ploesti）石油精炼厂的B-24护航。
　　加入第15航空军的第三个战斗机大队是第332大队，这是一个完全由在塔斯基（Tuskegee）训练的黑人飞行员组成的大队。1944年6月他们在意大利福贾（Foggia）基地换装了P-51C。第332大队的飞行员在与第三帝国战斗的同时还要与种族歧视作斗争，战绩最佳者是利尔.阿彻（LeaArcher），有5个空战胜利和6个地面摧毁战绩，但有一个空战战果后来分给了另一名飞行员，而没成为王牌。第332大队最骄傲的是在其护航期间从未损失过一架轰炸机。
　　1944年3月，梅林动力的野马伴随B-17飞行堡垒和B-24解放者轰炸机直飞柏林，总航程1,769.9km。护航战斗机能够伴随轰炸机编队一直飞到目标上空，扔掉空的副油箱后仍能有效地拦截德机，这对推动美国陆军继续昼间轰炸攻势起了相当大的作用。

　　1943~44年有大约100架P-51B/C提供给了中国空军。
　　1944年末，法国获得一些F-6C，并在1945年1月起在德国上空进行照相地图绘制。
　　获得野马III之后，RAF觉得其座舱视野太差，不适合欧洲战场环境，为此将向右打开的铰接座舱盖改为向后滑动的气泡状有机玻璃无框座舱盖。这种鱼缸般的座舱盖给予飞行员更多的空间和更好的视野，几乎可以直视后方。这种座舱盖的生产和安装由英国的R.马科姆（Malcolm）公司进行，因此也称为"马科姆座舱盖"。马科姆座舱盖安装在了RAF的多数野马III上，第8和第9个航空军的许多P-51B/C战斗机也进行了这种改装。
　　"马科姆座舱盖"
　　为了更彻底地解决P-51B/C的座舱视野问题，一架P-51B（43-12101）安装了泪滴形全向视野座舱盖，型号改为XP-51D。证明了这种方案的有效性后，在生产线上的两架P-51B-10-NA（42-106539/106540）也安装了气泡座舱盖，型号改为P-51D，这些飞机成为着名的P-51D系列原型机。

　　许多飞行员将有马科姆座舱盖的P-51B/C视为整个野马家族中最好的型号。P-51B/C更轻更快，操控性也比P-51D更灵活，并且全向视野并不差。它的主要弱点在军械，只有4挺机枪，且经常卡壳。P-51D针对供弹系统进行了改进，并按此标准对P-51B/C进行了修改，避免了常见的卡壳现象。这样经过改进的P-51B/C可以说比P-51D更优秀，且没有困扰D型的结构问题，起飞特性也更好。
　　北美一共生产了约3,740架P-51B/C，其中有些一直在一线服役直到战争结束，还有被改装成双座教练机。P-51B/C在1948年时型号改为F-51B/C，最后一架在1949年退役

外形优美的具有气泡座舱盖的P-51D/K是野马家族中最着名的型号，也是生产数量最多，使用最广泛的型号，共生产9,602架，英格伍德生产了6,502架P-51D，达拉斯生产了1,600架P-15D和1,500架P-51K。
　　梅林动力的P-51B/C一大问题就是座舱视野不佳，特别是后向视野。“马科姆座舱盖”是早期解决方案，但北美还在一直寻找更好的解决方案。1943年1月，马克.布雷德利（MarkBradley）上校在英国期间看到了最新发明的喷火和台风的气泡座舱盖，能够提供全向360­视野。他在六月回到赖特机场，并立即开始研究将气泡座舱盖安装到美国战斗机上的可能性。
　　共和首先将气泡座舱盖应用到P-47D雷电上，布雷德利驾驶其中一架直飞英格伍德展示给金德博格看。在与英国进行了讨论并且检视了后期型喷火和台风上吹制成型的“泪滴”座舱盖后，北美与陆军达成一致：在野马上测试类似的座舱盖。

　　P-51B的缺点之一是只有4挺机枪，火力不足，除此之外，供弹带弯曲角度过大，时常因供弹不畅引发卡壳。北美航空利用生产新型野马的机会来解决这一问题，彻底重新设计了机枪的安装，每侧机翼安装了3挺MG53-212.7mm机枪，机枪水平放置，供弹带得以平顺伸展。内侧机枪每挺带弹400发，其余270发。当然使用者也可以拆除一挺机枪改为每侧机翼两挺机枪的配置，这样每挺机枪佩弹400发，实际上确实有一些飞行员选择了这一配置。
　　P-51D的另一项外观改动就是增加了翼根的弦长，机翼前缘的折线更加醒目，而P-51B的折线几乎难以分辨。主起落架经过加强以适应增加的重量，机轮保持了27寸直径，轮舱和舱门也经过修改。
　　不要以为所有的P-51D都有气泡座舱盖，在P-51D-5-NA下线（公司型号NA-109），之前，已生产出4架B型座舱盖的P-51D-1-NA。
　　P-51B上由于后机身油箱导致的方向稳定性问题在P-51D上更加严重了，这是因为削平了机背，损失了一些等效的垂直安定面。为了增强方向稳定性，从P-51D第10批次起在垂尾前增加了背鳍。一些较早的P-51D以及P-51B后来也改装了这个背鳍。背鳍增加的重量和阻力非常小，但在改善方向稳定性方面助益良多，尤其后机身油箱全满时。

　　甚至在朝鲜战争结束以及1957年最后一架野马从ANG退役后，野马的传奇还未结束。许多野马根据对外军援计划被送往国外，在许多国家中一直保持着一线装备的地位直到1970年代。另外还有数以百计的剩余野马被卖到民间市场，其中多数用于无限制圆周竞赛，至今仍有改装野马在参赛。在看到退役野马的市场价值后，骑士（Cavalier）飞机公司从北美手中购买了野马的设计修改权，尝试在美国和海外市场上销售野马。1967年和1972年，USAF从骑士购买了两批野马，大部份赠送给了南美和亚洲的参与军援计划的国家。这些飞机利用F-51D的机身翻新，安装新的V-1650-7发动机，新的无线电及F-51H的高垂尾。另外加强了机翼，内置6挺12.7mm机枪。翼下设置6个承力点，可以挂载两枚453.62kg（1,000lb）炸弹和6枚5寸火箭弹。保留了F-51D的标准座舱盖，但在飞行员后增加了一个观察员的座位。这些翻新的野马涂上了完整的USAF机徽和新的序列号，意味着野马重回空军服役。

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