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。6 `) b q4 p Z( y! _/ K8 y
, ?; d3 ?9 z x' i4 S% c7 r1 b
6 J% H @: u, _- @
- A. L& [( ` k* u8 p& r7 s6 }1 I
. W* e- I0 y' v8 x
% W( D) j k; l' z( H7 f9 B
3 G* X! {4 c9 u( d- X
, V( q. X% y4 Y, z7 _7 a: K飞机颠倒飞行真的科学吗？
1 G0 ~) u2 c$ ]" \ K
2 n0 ]5 K7 n% u( R
3 H" z' i r. j7 m* w5 z0 ^1 T S若是按照许多教科书的理论，这是不可能的。$ D9 f0 n. X3 h5 y8 U, p
& T; r" R/ @: ~; F/ U
! }! G/ T% m( V: b% c X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。& }# T" U5 K+ Y1 A( Y
6 x: X8 v- U7 z; K3 S3 O. G$ n @3 B
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。
1 e2 k' ^( \3 @% Q) @; I' N9 ]7 v/ u+ C5 t) h" m7 \. k7 O5 C/ \& _% X
( |9 E" i5 O0 K7 ~, \
1 K- A( I( l! ?6 k$ J
1 ?% @# t: n1 _1 I$ O" a8 g% o) U. r; K- l
8 z* C+ H8 |" o$ l8 j) x) T. g, c F7 y( w9 K
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。
3 c7 p* n0 i, i5 z* _1 j C& M H8 k) b, \" j
- _0 W8 m1 p9 r5 _
; E( ^" ?5 S7 D$ ?! i; D& W) V
9 m+ o8 D. H8 }: _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 6 C. x6 k& L' y0 M+ P# Y; N
3 H+ a' b3 ]7 s* r6 S8 }8 v+ W
c) q% a0 y6 I9 q0 [: s. T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。- y% }2 ]8 T* m8 s; p
. P0 h/ }% S6 w/ F9 T+ i6 t- x" r
4 P6 @; K4 Z7 M不过，机翼上部的气压确实小于下部，这一点真实不虚。4 ]' k! D, `, o
( ^3 ^1 y0 B: k. U0 d, F
8 @. r& B2 m' d" W7 c& P
那么到底是什么让飞机飞翔呢？0 ?; B" y6 G8 I- w8 N, y
8 W( F2 A# O! E- }8 l. q a
2 [& S; Y# ^, b; ]- M# v* e
2 u9 [) Y9 z2 e# e$ ?% _3 X
2 Y# a$ r5 _% R! E5 e$ o$ ]NASA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 + s% H6 K7 {0 s' Q6 l
& [ J8 v" e& a! S9 Z1 j8 f
2 O/ {1 b/ d! L! y J
NASA 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。% ^6 p3 i, D2 |* O& N. M6 q
" q- ~7 ?% J& [6 o0 A
$ G9 Y. l6 R" d1 ]' B
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。. [) F6 O7 \( I2 L
, p* q9 r$ S3 C9 [* M/ A- J
g2 L6 W! R/ Y0 q' w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。
% F3 e3 w0 c% d* P1 [. o9 q) `; v' |' D1 J& o2 y/ U
2 ^+ w+ ]" y' p) C2 K
# I1 r. P' |8 k* w, T% W4 \0 c
; F, {$ a5 C$ R& ^0 Q6 D" y7 ^
上鼓下平的机翼（正弯度机翼）和不同的迎角。图片来源：FAA
5 _ K9 z( m0 C. u! |0 v8 N & h6 U6 ~1 N3 L- q8 v' y
% r. v5 Y' j5 t* A0 m6 f2 |
% ?: d" x, O$ f$ B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。
/ f6 i5 k" |. w
" X) P- ^* o, j W; X1 r8 C6 x e. c5 P5 @! Z" J2 T O) G
1 P: z( {; e" q* S
. ]" U1 ]" h. d% A
+ X5 o) [/ T# o
1 S) H7 r8 F6 s, U+ M1 Q
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。
9 T- [4 e1 G! \# M" g2 R6 @) F8 [/ G* e" [; a' S3 y
" E; Z: A- b% F2 W, }3 ]* [$ A
Z( G. B& _, f- U' ~
6 X# |, _5 @2 L' f, p$ C$ Z0 z( u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
" F3 H& n6 R: Z: a& K
2 G- t6 g' \5 A" ~" x7 [' Q- F. a0 \6 |1 v, h, c
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。
0 K( _9 R, Y9 j$ t# C: W7 Q, P* e0 V5 O/ Q, w7 V" t6 M m% u
% w! k3 A! e# n, u) w, \
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。5 j3 O2 D7 x" }+ q! P. _
' j6 T4 W% W* U# w( L3 d- U, j5 b# O4 @5 s& k9 s
; {9 [7 h% h/ p+ E- r* W8 @9 @
+ |6 y4 H* O8 }) K- n" m
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.
# I+ F/ p' o9 O5 [% x
X- d( x8 Z5 j# N- M6 i, h0 [
% I. F: [9 ?: X' p0 {
3 E U# O9 P8 u# U3 r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。
: L$ u3 b4 q9 M$ J+ n; h6 u( T5 e
4 h" g! D# ?3 @" _# d& P% x. g+ o0 O$ _/ b9 g9 s1 W2 Q
我们还可以看荷兰特文特大学用模型飞机做的演示。- R9 N' F* f1 ]0 _! F
( e6 [3 q9 u/ ~% h; R
% W. d/ g l, n/ Y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。 Q0 ~ P6 R9 \* b
3 Q$ G9 r' G" E9 p
9 E$ L! F: q/ M$ `$ G; Y: r6 p; f& x, M8 l. w; a( O2 N( K% T1 u7 a
% F" `' k' M6 R) z8 _# D
' F! N% O2 ]* {* n7 }. x! \& d* s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。 V' {% q& |; d' O9 X
; ]2 |; ?' G2 _2 m2 i, k* {) }
, @4 [& I3 ^( D$ x2 O3 K# `3 f' l9 _- p% z. W4 d+ ?% m
! P* N( M7 {; E! r: x! x1 h
Blériot 型号的单翼机。图片来源：wikipedia
6 @4 f/ Z+ y) V! S7 J0 r+ U* Q, \; J
% ]+ G( Y: k- u& B! G
1914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。
0 x: x$ R( I7 `2 s; J d+ l8 e- A ^+ U6 {
' ~# S e5 b4 e8 h7 |1 F, r5 N o5 u) K+ @4 j* r" @
5 Q2 i5 i, C# H0 m6 D& R6 v1914年，经常倒着飞的德国飞行员 Gustav Tweer 让飞机倒着着陆。 ' J6 q3 Y1 a% T7 T# f! n4 E, K
图片来源：flying magazine ' l: c3 j0 W& ^& M& n9 X
1 F# c8 }, X, a6 _0 N0 e7 L9 [% m) ~/ ]$ U: K% p( ~
现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。. }* Y) u) c4 a7 z2 Q* W
" n: j+ J& I* _* Z! [/ j" O
# i- _2 M T+ r- t" H6 k3 [. U9 Z3 \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。) G0 W2 D7 ^2 K- x W+ U
; h* a) j- O9 c6 G6 C; r' g1 _9 ?$ m/ x' ?7 A! J( q. w, H
* G4 x* r% ~5 Q W
0 f, K% U! i, x" e
: O3 \7 w( d2 Z U6 L/ o7 i4 Y I; u
C/ O9 M% _, s: F: M8 E# m
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。
- g. D, B6 ~7 o+ ]/ Q' S, j* l2 ~# n+ R+ c' X& W
* M4 }" n( A* x# d4 b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。
( b0 p# H% s! U# r* ?( ]
/ X4 h; o; t7 O" y% D: t3 m5 v4 j$ X/ T% N9 p" O0 x1 \ c
' U6 W9 t) a8 P+ s6 ]2 k; X
. L5 \* l1 V+ [2 \
. e& M+ R( S0 S* n/ S9 ?
; Q2 m% c9 V7 d7 H j/ q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。
! P4 ~ I: ^! r0 `: ?8 [; ~
1 W+ }# u* @9 T" F. H/ z3 d: Q$ v: C* e6 Y) D( l0 E
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。
3 N8 z( b$ d z" f6 f" T! @' \! M8 x4 C, }7 ]
" z; {9 R/ w" s- z
! t& }0 K6 I; d; ]1 M% |
4 t! L* b+ m6 o2 M$ `' C
+ _, h' M8 M8 V& R( ~! r
/ Z& m1 Z7 j/ m7 M; w4 A/ A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。
/ B; }2 V9 H3 @3 Y" I0 R1 ^+ f4 D( j$ i5 R% d
|
