在获得了两项奥斯卡提名的2012年的电影《迫降航班》中，出现了超出常识的一幕：机长让飞机上下倒着飞。) K1 B- a p' y C: W
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飞机颠倒飞行真的科学吗？
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若是按照许多教科书的理论，这是不可能的。! N: o: l4 n5 @! o0 H/ X
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可是这些教科书中的理论是错的，美国国家航空航天局（NASA）还专门制作了一个网站来批判这些理论。3 v: ]. s( p' z
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这种盛行的错误理论是，机翼上部比下部更长，使得空气分子在上部的移动距离更长，因此速度必须更大才能和下部的空气分子汇合。这种理论接着解释，根据伯努利定律，速度增加时气压减少，因此机翼上部的气压比下部低，机翼就被往上推了。
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NASA 介绍，事实上上下对称的机翼，甚至下部更弯曲更长的机翼也能产生升力；这种理论也无法解释空战和飞行特技中飞机颠倒着飞的情况。( ], G5 V! u: N
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( k' |4 V3 R! x3 Q美国空军雷鸟飞行表演队在2012年的 北极雷霆航空展上表演倒飞。图片来源：wikicommons 0 J$ W) W' R$ r
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此外，虽然机翼上方空气的流速比下方更大，但是上部的速度快到无法和下部的空气在机翼末端汇合，因此这个理论是有问题的。( E5 z; R) ]: n: _6 G( N
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' M! F6 W( v3 g; g& F2 k不过，机翼上部的气压确实小于下部，这一点真实不虚。
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那么到底是什么让飞机飞翔呢？
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" U: L" ]. O0 Y7 C- N- d8 E/ D4 oNASA指出，升力的产生存在巨大的争议，许多教科书的解释是错的。图片来源：www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/lift1.html ( x7 A+ c8 J: M0 J
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; A1 W. {. w; u! f& `- t6 g9 fNASA 介绍，关于飞机如何获得升力存在许多理论，也存在很大争议，尚未达成统一，但现在能确定的是，物体获得升力的过程很复杂，迎角和机翼的形态和升力密切相关。
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机翼的形态比较好理解，我们平时看到的机翼都是上鼓下平。/ B$ D$ Z- G6 W# B* G
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迎角指的是机翼迎风的倾斜角度。事实上在70多年前，人类发现了迎角和升力之间的重要关系：对于特定的机翼来说，在一定范围内，迎角越大，升力就越大。$ j, z+ P; D% ^7 l" y
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上鼓下平的机翼（正弯度机翼）和不同的迎角。图片来源：FAA
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: i& _; L3 f4 E2 h' K/ Z( Q机翼的迎角在5-6度时获得的升力远超1-2度时的情况。在起飞前的一瞬，飞行员会让飞机昂头，这就是为了增加迎角，从而增加升力的操作。即使是完全扁平的机翼在调整了迎角之后也能起飞，放风筝就是这个原理。2 |$ g" h1 h) @ g7 T
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" n' c8 o; ~0 W3 g! b$ @; ?4 {( T+ p6 m
; K- A. \9 ?& ~: `9 B如果把各种机翼设计的迎角和机翼的性能——升力系数（升力系数和升力成正比，一般来说升力系数越大越好）作图，那么我们就会发现，不同机翼的数据构成了一条直线。* l; ]) ~8 W: T* t7 J7 A
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在一定范围内，迎角（横坐标）越大，升力系数（纵坐标） 越大。 图片来源： wikipedia
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G* j8 Z1 j* A& D& P6 ?- U这个知识最初来自1945年NASA的前身美国国家航空咨询委员会 (NACA)公布的一份关于机翼的资料——NACA Technical Report 824。这份报告里面包含着许多机翼在风洞中的测试数据，它在日后成了各种机翼设计参考书的基础。5 |4 L; Z$ G: Y: g) C3 B: ?' z4 w8 u
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1 o+ N/ t5 P1 @( s, T- I+ S9 r# Z有趣的是，如果把机翼上下颠倒再测试，升力的数据和迎角之间的关系也是类似的。
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正弯度（最粗的蓝线），零弯度（上下对称）和负弯度机翼（最细的蓝线）的升力系数都随着迎角的增加而增加。图片来源：Gudmundsson, Snorri. General aviation aircraft design: Applied Methods and Procedures. Butterworth-Heinemann, 2013.6 B/ _0 d! p( E3 X9 J A- x1 s* Q
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7 t- b- s, q3 p% T2 {实际上，把常见机翼上弯下平的设计倒转过来的翼型叫做负弯度（negative camber），只要迎角够大，负弯度的机翼也能飞起来。只不过在同样的迎角下，它们获得的升力要少一些，也就是说飞得要吃力些。- O& N( V9 y9 {+ q; W
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- i2 W) q: C( m, ^" g$ ~0 o我们还可以看荷兰特文特大学用模型飞机做的演示。
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如果飞机能飞起，那么飞机会带动杆子向上移动。大家可以看到，倒着飞的时候，飞机模型在风洞里也能升起，只不过效率降低了。
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在飞行史上，首次让飞机倒着飞的人是法国传奇飞行员 Alphonse Pégoud。1913年，他驾驶着一架 Blériot 型号的单翼机，展示了倒着飞的特技。, Q( p& v6 v# ]5 q& l# `+ W$ E
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' O' a' p( u1 w7 VBlériot 型号的单翼机。图片来源：wikipedia 5 U+ ~' \" T& Q/ ?" i
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' O# L" e$ n6 B$ J, Y% U! q1914年，一位德国勇士也学会了倒着飞的特技。这个叫做 Gustav Tweer的小伙子更野，他不但让一架Grade型号的单翼机倒着飞，还倒着落地。
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1914年，经常倒着飞的德国飞行员 Gustav Tweer 让飞机倒着着陆。 ; }' f5 H' g8 l) S
图片来源：flying magazine / d6 v- _8 h4 o8 f* {8 G9 O
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( z* B7 h( H @0 x( L2 {4 c% [现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。
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在2000年1月31日的阿拉斯加航空261号班机空难中，由于机械故障，一架MD-83型号的客机失控，头向下俯冲了一段时间。后来机组人员努力使机头保持水平，在空中上下颠倒地飞了大约1分钟。但不幸的是，此时飞机已经非常接近太平洋，最终坠落在了海中。《迫降航班》中客机倒飞的情节也来源于此。( [; H6 j- q$ x7 _: \$ k
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虽然机翼上下颠倒并不会使机翼失去升力，不过现代客机倒飞时会面临其他问题。
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其中一个大问题就是供油。普通飞机的油箱中为引擎供油的管子开口贴近油箱底部，而且无法移动。如果飞机倒着飞，油管的相对位置就会变成油箱顶部，那样就无法为引擎提供燃料了。
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! R6 R ^2 n) Z而能倒着飞的特技飞机的供油管巧妙地解决了这个问题。这类飞机常会采用能够活动的管子 flop tube，它的尾端比较重，而且能够活动。在飞机倒转时，油管也会跟着翻身，继续为引擎供油。
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特技飞机的另外一种策略是使用特殊的油箱，如位于机翼下方的 header tank。一些特技飞机，比如 Super Decathlon 型号的飞机的油箱在飞机上方，飞机正飞的时候，重力使燃油向下流入燃油泵。但是在机翼下方还有一个油箱 header tank，它也和燃油泵相连。在飞机倒转时，这个油箱就到了机翼上方，可以利用重力为引擎供油。6 z7 [3 k4 T# u( s- }3 T* r9 X
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6 H8 f, A2 M! p; `! a$ X1 Z这些技术就是特技飞机可以在空中玩蛇皮走位，但客机不行的小秘密了。. W0 }$ O$ W( l4 f! B; M" J
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