В данной статье наглядно рассмотрим процессы, происходящие с F-4 по мере набора угла атаки, режимы, предшествующие сваливанию, и само сваливание.
Для этого рассмотрим график коэффициента подъемной силы F-4 и фрагменты из видео испытаний самолета на срывных режимах.
Данный график показывает не только изменение коэффициента по углу атаки, но и отображает, что происходит с самолетом при увеличении угла атаки.
Как можно видеть на графике, примерно до 9-11 градусов угла атаки коэффициент подъемной силы самолета растёт линейно. На этих угла начинается тряска, обозначающая начало срывных явлений на крыле. При 11 градусах управление по крену рекомендуется производить только с помощью руля направления. 15 градусов - оптимальный угол атаки для маневрирования (однако коэффициент подъёмной силы растет и до 18 градусов). При 17 градусах начинает работать "rudder pedal shaker" - механизм, вызывающий тряску на педалях, для предупреждения о близости сваливания. На угле атаки 18 находится первый максимум подъемной силы, после которого при дальнейшем увеличении угла атаки происходит её спад. На 18 градусах начинается т.н. "wing rock" - самопроизвольные колебания по крену с крыла на крыло, которые очень трудно контролировать и погасить.
Причина этого режима - срывные явления на крыле, которые характеризуются спадом подъемной силы. В условиях, когда подъёмная сила перестает расти с увеличением угла атаки, практически отсутствует аэродинамическое демпфирование крена, и колебания по крену достигают очень больших значений.
На 20 градусах начинается жесткая тряска. После 21 градуса подъёмная сила вновь начинает расти. При углах атаки 22-25 градусов начинается сваливание, происходит т.н. "nose slice" - из-за значительно снижения устойчивости по рысканью самолет самопроизвольно увеличивает угол скольжения и крена то в одну, то в другую сторону, как бы водя носом туда-сюда. Это явление несколько похоже на "wing rock", но имеет другую природу возникновения и динамику движения. На углах атаки 24-25 градусов устойчивость по рысканью окончательно теряется и сваливание переходит в штопорное вращение.
Второй максимум подъемной силы достигается на 27-28 градусах, однако практически это недостижимый режим при пилотировании, на этих углах самолет уже штопорит, в лучшем случае возможен лишь очень кратковременный "заброс" на эти углы, при котором штопорное вращение просто не успеет развиться.
Важно отметить, что приведенный график и фрагменты видео относятся к машине без выпущенной механизации передней и задней кромки крыла, испытания также как правило проводятся с выключенными вспомогательными режимами системы управления.
На большинстве модификаций Фантомов механизация (носки+закрылки) применялась только на взлетно-посадочных режимах, но в 70-е на F-4E/F и F-4S вместо носков ввели предкрылки, выпускающиеся и на маневре. Оба типа механизации меняли характеристики самолета на углах атаки в лучшую сторону и отодвигали сваливание на большие углы атаки (за счет носков/предкрылков). Однако, как видно на еще одном отрывке видео, в посадочной конфигурации с выпущенными закрылками режим "wing rock" также проявлялся.
Вспомогательные режимы системы управления (перекрестные связи, демпфирование) при их включении должны уменьшить колебания по крену и несколько уменьшить амплитуды скольжений, но существенно повлиять на режим сваливания они не могут, сваливание и штопор будут происходить на тех же углах атаки.
В целом по итогам рассмотрения графика можно сделать вывод, что на модификациях F-4 без маневренных предкрылок при маневрировании максимальный эффективный угол атаки ограничен 17-18 градусами. На углы атаки 18-22 градуса выходить не выгодно, по причинам спада подъёмной силы и развития различных режимов, предшествующих сваливанию и затрудняющих пилотирование. На углы атаки более 22 градусов выходить опасно по причине развития сваливания и риска входа в штопор.