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。3 S5 n7 f$ Z8 C, Y
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飞机颠倒飞行真的科学吗？$ C6 `( t1 p) C1 l0 [( }
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2 b0 @: E+ W7 V# L: D3 j若是按照许多教科书的理论，这是不可能的。
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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。
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* z. j1 [9 y6 i+ h# i0 i, V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。; ^7 c- [0 i( v) j' M Y# I' |
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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 ; w$ d4 E- E# `
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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。* @7 J- c3 X( |
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1 |8 ]9 H1 n1 e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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7 K5 H5 r% o: o! E" [3 @; i那么到底是什么让飞机飞翔呢？# L# D* {- Y* g
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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 & w2 w' M6 A- h" p5 [* I$ ?
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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。, [* `& f* Z" m: z
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) z% P) f+ m" r1 T% O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。
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% @) y. H% U/ N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。5 M! O0 n; x4 ?
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/ Y( V! K1 K) u7 A X8 e+ _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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: j$ v! D" u1 I- j/ N/ @1 D+ W6 F; b2 _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。8 N' V8 `9 L+ [+ M- c
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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。& W1 h" e) w D+ q; t; Z2 H
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8 t3 _4 `, C. @4 i! H- h* v7 L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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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。
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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。- W! |. E4 y9 {. i
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! w' f8 @$ Q2 b% Q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 p' z3 y) T6 Y" M& ^$ V
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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。; a" ]# S& P+ Y5 F
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, A2 m+ D2 v6 s+ K: h我们还可以看荷兰特文特大学用模型飞机做的演示。+ o9 f, r4 V" n
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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。; b( z5 n& O( J; a5 g/ Z' u
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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。& i" Y7 ~6 E4 s8 q; [
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Blériot 型号的单翼机。图片来源：wikipedia
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5 f- A& H3 C0 [$ H1914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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) U* q! X, f3 n W0 k1914年，经常倒着飞的德国飞行员 Gustav Tweer 让飞机倒着着陆。 8 y8 w5 B3 g* o) g* J
图片来源：flying magazine * b$ p9 k/ j5 N/ O% X" a) @- |
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现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。
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) o/ B d2 I) |# l& a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。9 O0 h2 V* x4 [! v8 m
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0 k. Z9 \/ W6 J5 L4 o, 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。
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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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* g& p) d( X6 H3 r' G$ C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。" j: w) p' S0 x$ Z
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& n( }7 j0 u* \9 F7 S: y- S T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。
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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。
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