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。" m: z; l3 r6 I2 M) F" o
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飞机颠倒飞行真的科学吗？/ n2 X9 @* [* [* k/ r
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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。% e3 J4 N+ U; F5 f
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% S$ n4 E4 }5 D' {: N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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, V, H1 B* o# K! p, L# _6 K. A6 R7 ]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。9 K9 I; ^- M8 w9 B
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; t: O- W- D5 H; c% n1 O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
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0 s' j7 A' N. ?- G/ g" e W4 ?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。
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5 _9 ^$ ~* D" U2 C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？3 O/ G. M" I0 A" `, b- J
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; y2 f; Q6 {! c5 u7 DNASA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
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% r+ D: T( q; K4 ]* |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。* k/ r/ L4 l5 e. Y+ U
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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。/ N J( a, Y( I+ P6 Y1 {8 b3 }
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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。4 C: K; ^0 h- e& n; H
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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：FAA8 w `- W' h# O* Z" C3 p
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! ]1 E3 B; G" M" P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。
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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。
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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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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。- l% J; O0 {: Z2 G6 g
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: n4 j) t. ^- j" c. E* T8 H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。9 [6 W. x! H( F4 `& O$ t
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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.
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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。. l5 T; u6 {6 f, R3 E9 V
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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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$ A9 R7 X. h0 m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。
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( P* f' M+ c! X: r& o/ r# R# gBlériot 型号的单翼机。图片来源：wikipedia 8 ^# F( l; b [- p$ T
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- A: Z0 O8 N) Y/ C2 S8 k! { Z7 I7 Y7 l' x1914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。" O2 n. U4 w- X7 a2 c' m$ O: B; g0 ~
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! w: B& y- u$ C5 A& X- A1914年，经常倒着飞的德国飞行员 Gustav Tweer 让飞机倒着着陆。
' ]/ J/ s) P# B9 `0 l图片来源：flying magazine + _: S. {" p' k5 w( ]3 x a: _0 w8 }6 ?
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- W. M5 i% X# @现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。+ D7 ?6 Y: |2 h+ h6 Y- J2 u
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! E! _/ Z4 B8 C$ R. l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。
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2 I3 K* _" h0 U3 q3 `) Y2 @- 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。
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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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( _/ c i1 }6 k# @; k; X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。& a* ?) n% l* x$ R' ?8 S- Y: Z
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y7 ?5 c9 t$ o$ a. 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。
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# e# Z# h1 v+ W' L' S. S8 l; u3 o6 D; F) k8 p
$ q7 E; P1 n" m& b6 x8 r: ^7 e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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