作战方式
1965年, F-4到越南战场, 使空战进入了新阶段。F-4装备的较为先进的雷达火控及武器系统使其空战攻击能力与以往的美军战斗机相比有着大幅度的提高，特别是中远距离的攻击能力得到了空前的改善。其多用途能力明显增强，既可以进行空战，也可以胜任对地攻击、乃至精确打击的任务。
其典型的作战方式为，
1、空对空截击
火力配置是4枚AIM-7“麻雀”导弹，起飞重量为20900kg，作战速度在M数2.2以下，升限21000m，以M数0.9～0.92的速度返航，作战半径为650km。
2、制空战斗
火力配置是2～4枚AIM-9“响尾蛇”导弹和1个副油箱，起飞重量为20900kg，以M数0.7～0.91的速度巡航，滞空时间2h，在1830m左右的高度作战5min。如果在战斗前抛掉副油箱，则最大速度可达M数2.4。作战半径在925～1290km之间。
3、F-4C/D对地攻击
火力配置是MK82和M117通用炸弹、AGM-12“小斗犬”空对地导弹、LAU-3火箭弹发射器等空对地武器+3个副油箱，包括副油箱的总外挂物重量不超过6000kg。采用在12000m以上巡航飞行和在目标上空作5min低空超音速飞行的“高-低-高”作战剖面时的作战半径为925～1290km；采用“低-低-高”作战剖面时的作战半径为550～740km。
F4H-1 (F-4A) 携带炸弹
采用空中加油时，其作战半径可以增大。
实战情况
F-4B/C/D三型战斗机都参加过越南战争，在空战中F-4战斗机总共击落107架米格战斗机，占被击落飞机总数的78%以上。被击落的飞机中包括33架米格-17、8架米格-19、66架米格-21。
F-4B战斗机主要执行护航和空战作战任务，曾在东京湾发生过僚机把长机击落的恶性误伤事件。但其很快就被其他两种型别的飞机取代。
F-4C在空战中共击落了42架米格战斗机，其中米格-17和米格-21各21架。
F-4D于1966年开始参加越南战争。在空对空作战中，1967年6月5日，F-4D在河内近郊首次击落米格-17，在整个战争期间共击落了44架米格战斗机，其中有12架米格-17、4架米格-19和28架米格-21。在空对地作战中参加了攻击桥梁等重要目标的战斗。例如，1972年5月12日，第8战术战斗机联队的16架F-4D战斗机攻击了杜梅桥，其中4架飞机每架带2颗907kg的GBU-8/B电光制导的炸弹，其余的12架每架带2颗907kg的激光制导炸弹。
以色列的F-4G“野鼬鼠”参与了贝卡谷地之战。1991年美军的同一型号参与了海湾战争。
问题与缺点
但是，F-4在实战中也暴露了很多缺点。美国飞行员当时采用的战术是根据自动导引系统的指令实施程序飞行, 借助雷达瞄准具用空空导弹攻击敌机。实战表明, 这些战术是不成功的。因为第二代战斗机，例如F-4的最大飞行速度虽已达到M2左右, 但不能进行超音速持续飞行,而且超音速机动能力较差, 空战主要是在亚音速范围内进行。另外，当时的“麻雀”空空导弹的作用范围、作战效能还都很有限，实战效果十分不好。由于敌我识别技术尚未完善，存在着错误识别的危险，F-4不得不放弃了视距外发射导弹攻击敌机的能力。所以，F-4的空战方式与以外的战斗机相比，不可能有根本性的变化。
右图为一架F-4C正在转向越军地面目标。越南战争实期, 美国战斗机被用来实施对地攻击。越南用机动性能较好的亚音速战斗机来对付载弹的F-105飞机很有效。美国随即建立了战斗机掩护编队, 用空空导弹迫使米格-17放弃攻击, 但空空导弹的命中概率相当低, 经常只有百分之几。越南空军在空战中经常采用一些新战术, 如利用速度较小、飞行高度较低的米格-17作诱饵, 而让装有导弹的米格-21在较高高度上待机, 当担任掩护飞机攻击米格-17时, 米格-21即发起突然攻击, 这使得美国战斗机的损失率不断上升。
越南战争和其后的一些局部战争中, 协同作战仍然显示重要作用, 战斗机的空战绝大多数仍为编队空战。各种战术机种编队任务的变化, 是战斗机战术上的新发展。编队常由伴动队和突击队组成。显示佯动队假意图的有很多战术方法, 如割裂敌机战斗队形, 引诱敌机进入突击队所在区域等等。力图在敌机下方实施攻击。越南战争和中东战争的实战经验表明，F-4不能满足未来空战的要求。其中一些经验教训总结如下：
1.预警指挥机对空战胜负起着关键的作用。它保证了每天24小时连续不断的警戒,并能向已方在空中巡逻的战斗机通报敌情, 并引导战斗机进入有利攻击位置。据称, 预警指挥机能使空战效果提高7.5 ～30倍。F-4与当时的预警机的协同开始使得上述特点的优越性得以体现。
2.超视距空战日显重要。由于预警指挥系统和机载探测系统的发展, 战斗机远距探测能力明显提高。F-4代表了这一向超视距空战的转变的趋势。
3.近距空中格斗仍是空战的一种重要形式。现代空战包括超视距空战和目视格斗空战两个阶段。由于空空导弹已具有全向攻击和良好的离轴发射能力, 所以在空战中应尽快使机头指向目标。这不仅是一种重要的空战战术, 同时对飞机的敏捷性和机动性提出了新的要求。F-4在这一方面不能满足未来的需求。
4.空空导弹已是空战的主要武器, 航炮已降到辅助地位。F-4服役时，中距空空导弹不具有很好的机动能力，近距格头导弹也不具有全向攻击能力。空空导弹的可攻击区不大, 命中概率不高, 航炮并不能被完全替代。随着机载火控系统和航炮性能的提高, 航炮的作战效能也有所增强, 仍不失为一种辅助性的空战武器。
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