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。) W4 |8 a% C# T. N4 y9 f; k2 v& N' e
0 Z0 S9 \! U, Z- q2 f, B
+ y* B7 f9 X+ c9 W7 ]; k0 D
9 I |' w3 g: X b6 @
: [6 C' z2 y2 r
/ m6 v3 m3 ?) W9 k" h
. ~& f% f) i; C2 M) |7 ]% ^' N: ^& L/ j" V3 Y" f' g1 _
飞机颠倒飞行真的科学吗？
. E, w: z. z( ^/ I: B2 D2 P* c' f7 G9 s/ q& t5 J, V4 Q
! C, \+ N; w: H# d* J2 ?9 U: n' T
若是按照许多教科书的理论，这是不可能的。& c& g% D+ D. t& i1 Z1 T
# u# S. D! L& L% N/ {
# j( l/ N! l: S* s7 Z4 R9 K: s8 [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。
. S9 Z6 t! g9 ~; H1 O, N9 {- _- {' Y/ n; U: Z; p
4 n6 w- H" W2 v7 M( z) I
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。
$ n0 q6 I5 ]. c2 g* t% t2 K/ ?; {& ]" G1 j, h. m1 H) Z
9 I7 Y: c: B0 q" v
8 P5 V- U* M) S
$ D/ v9 C# }9 s4 w6 t5 P+ o4 d5 k- y
3 p3 b s# j$ `" d9 I# u4 d2 V( L( }; G, m; c, f0 U
$ Y0 c1 D# y; |& j
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。, t! t, g/ w T8 j1 o
3 `0 J7 ], w* P! G) ?, F; }7 }5 ^. x9 D
( H. X( U3 U; o+ T9 y- Y
9 q A- j$ C+ C: S; R% D
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 5 d( m6 k2 P1 D3 O
- S/ M6 P* ~& x# c4 R/ s
7 V: P* P; b7 L7 [) Z9 V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。
4 X5 z* @0 o( D2 h$ `8 a& D( p. i$ E) C
3 L, `- ?, n; I0 Z' {不过，机翼上部的气压确实小于下部，这一点真实不虚。1 M9 x* T: {; w8 g: I5 l
3 e$ z9 s' k- _9 j
" [; f. u" P; g+ l' T9 S
那么到底是什么让飞机飞翔呢？1 H" |# ]. M+ H; H% |) U
% u b7 t$ x7 j
0 b3 h9 x$ @7 i+ N! Y1 a) N6 m- i9 \/ W5 q
0 [/ m Q: J: U& c( [$ z" K9 |( V( SNASA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 " Z4 P) T9 L! a* l% f/ ]
( j& p& H" ^, ?2 P2 G% ?4 j! w9 K3 U0 T8 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。9 |4 X# R) S4 k5 o1 {3 |3 C5 f
% f+ J% X9 B9 U9 u2 }& ~ \& {' s* r+ r! V
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。
0 p8 M& ^$ H! l; h: A/ D& `$ o1 m9 ?) d( S% o
[5 C7 o, E- H1 O4 u' c
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。
+ u; |( A8 [& J5 W6 ^6 O
5 k( x- O- y1 e8 Z6 A5 B, U6 X- E
; u2 t" C9 z; ~) `3 u
2 B! c; k/ S) M& `# J4 O" o8 F# Z- E5 I
上鼓下平的机翼（正弯度机翼）和不同的迎角。图片来源：FAA3 Q8 M6 b% B" n7 Q+ p! @
1 N0 r8 O8 ?1 e6 S, ? \( e5 G2 z2 c1 z& y& ]
; j5 {4 C7 R/ H; b# j0 }% _ r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。: ?3 C4 D+ T+ @9 ~' a
1 `1 ^' ^! U& K( N! B% I( t
Y, B P" J, F( q0 V
6 s# N, o: E6 e; E
7 Q1 `- O" K' y
: u% I8 k& K2 N6 i7 a
$ x' s+ a8 r( e* c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。
3 p5 N+ h2 ]1 p& Y
6 Z& h4 E: X! x8 {9 {% k4 {
/ O$ O7 r$ ~. U. {4 G! O9 |6 r9 P1 G+ m# ?; i" A: K
, L Y5 `0 F" w* Q) 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
/ H# r8 n6 E) d( }8 {
0 \. K2 w# [( g& S" b
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。
9 i& G+ w8 O& }: \+ i
) w! q0 k) V# K1 y, D" [5 w& N, Q: N: R9 B0 I* |) m
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。" ~3 m, r! F" n7 l2 D. ~$ S0 m
% d8 M# z& `3 L' C" |% p: [' J
# \- y' f# |1 {% F. P" `$ b! F# A. A. x E' k. v5 v
. G* Q# C0 {& |( k. i0 s6 J/ S; Z* F
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.
! Y4 N# ^) V) d+ J' B- y7 o
I. O& v w2 N! y4 s7 e1 P& O' X
8 c- }. J p* A' `! o/ ?9 ^* o: c% L; Y* o. w
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。
- K/ n( ^, N, r. ]1 r. b" p) D5 J$ J2 l
' Z# b0 L/ a$ z" Q V我们还可以看荷兰特文特大学用模型飞机做的演示。
. A$ n, f" W( R. K8 L2 v4 d% G! V. P) a' X; `
3 w9 X/ D2 [, z, U+ v) k' y- g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。
, O7 a6 M S3 x8 n- I7 u+ z; N9 I. d" H8 n, \
* t: y9 i6 U1 \3 T+ K' F. p
0 [4 w t$ Z0 G% t m
& [! M( M8 w9 U3 R) ?! P1 f, b; y' o' n# p: 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。
1 U+ K* f# f9 M( v7 V' m( F" h9 A- S6 B1 E# o) H' v" N& x
q+ K4 Q+ m) w5 \/ v5 {! u3 m, V! r% R: n+ ?3 G- @
! J* j# S# ~/ z$ X
Blériot 型号的单翼机。图片来源：wikipedia
: q# C+ u5 V: F! h F) A) y% k( u7 y% O l$ {' d
% z4 Y* y1 o# h3 D8 T) W7 K1914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。
8 r9 O# e3 X: k W+ n. h% o( e1 M' y5 {+ f
' k% _: v( ~# g4 x0 d) @% C
( p5 V' v% `% z" z
+ ]/ g+ |# w# [" a5 {6 d3 x1914年，经常倒着飞的德国飞行员 Gustav Tweer 让飞机倒着着陆。 2 ?0 Q, ^# o4 @" i L6 M, r' P
图片来源：flying magazine
+ X& [/ i9 ^4 P& m Q- D2 D/ _, Y1 q4 V, p/ _' D6 s
) t4 _! [8 z5 D" l- r! ]7 N( y0 g
现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。
" q/ U' F% [1 E& _
6 ?5 K1 m3 U d8 T+ Q r/ I! O. K- g( m) B. R j
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。
0 [' n+ a+ x+ x5 }* x5 a* w7 g! J! T2 i1 L* N+ ?
' h8 O# \1 T, T
) I' o( Z( v" S% D5 V
! n1 J+ {: X6 q6 \" X; l. ]
( h) u- }6 b7 I( g$ _( u6 t: z+ y
! s/ ^9 S6 `8 K e. m8 |7 I! A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。
& O/ r# h1 M! W- T9 M' W$ J& M
. v% \$ g: w& ?' n k5 w; U4 C. K
6 h5 l( |- o" _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。* v( N. M# Q3 ?/ i2 S
, C/ D4 r8 k ^; f; w2 b
( D( G* t T! n" S$ O7 t& v2 V+ J: B: F2 g5 y0 Y
/ n O& s, Y# g7 D! h3 m9 S$ @' R3 y
. n- B+ \/ k/ M2 c9 T0 Q/ X5 n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。
, [2 q6 p/ z. ]
% M7 P/ G; ?- Q5 w2 p; @
z# Q& ?0 _" D9 U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。5 D5 S6 D( `& E4 m0 \
; a u u6 {5 {7 W7 O. _1 N
* X! ]+ u' z& v$ a
; g2 F% }5 y$ a# |
7 d; W# c* v. J+ E! b: u8 n% m! G
* q5 h z9 ~( B$ E8 T
3 ?9 P# Y" a) @7 V) ^) D J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。
& h9 n8 Z6 T0 Q' n: P
|
