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。
5 e+ F) N U9 B2 @ C X& h6 r+ ?5 L
% A* b; Z! i3 U$ E+ ?2 z
8 \, j2 u, e7 y8 v1 c3 n5 U N, |! Y9 [* R5 A
# Z: l) J% L% H/ a/ y
+ h1 [, z( E( t' c
1 X X1 k4 R* l
+ j$ A4 t, g- N飞机颠倒飞行真的科学吗？
+ b0 a# V5 W/ C( {$ i x" a" L4 Z: ^; n5 l8 m! o
1 y, D! T7 c. q1 B5 L h& V7 {若是按照许多教科书的理论，这是不可能的。
5 i1 o- \. F) t: s$ m! }) Q
1 ]- i9 M# \8 n0 v2 h1 e; ~! o
3 w2 ], j" Y4 B/ ]/ H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。
% R) n7 a1 m. x9 h3 F6 I
3 {% S8 P6 D. g
; ?) _: k9 d0 e' ^& I5 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。
5 b2 s: E5 F1 b8 t) U. v7 e( ^$ P0 m) Z0 t
, X; G/ R7 B8 b" `) f3 o* D) U
; a% h% e. x* Z5 |; a" D2 I" w
! b, w9 e; o: R, \
( f2 G& m) ?" d6 Y* F% F6 a' `% y7 ~8 W- S% X
- ?9 j. g: i4 s8 G7 |% L1 n
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 z6 R# a0 G6 a% C/ I6 Q
; j5 C9 w9 D$ b% m
% m8 M6 |2 ^$ d% C% B' g' a) M0 e0 F; ~8 E( x
" @; y' |6 j! i- A: v. M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 % M, A5 j6 f( }' ], _1 u( j
, G2 g z( R, o! c' E$ w
" T$ } G( z8 U7 n9 j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。! S8 X' b- a1 s" ~
8 R) W8 o: R; B6 _. C# x/ N5 \* ]' \1 E" P9 x# r2 E
不过，机翼上部的气压确实小于下部，这一点真实不虚。
0 i, `& ~0 [- t% L/ f7 U z8 p
0 W2 ^- ^1 k4 h1 A1 H- _: r8 c- E- u& X0 O
那么到底是什么让飞机飞翔呢？
) e9 S3 c2 j5 ]/ |, M1 W
8 i% {" \6 D: V3 [7 L6 A
+ l, _) m9 `- L2 {, }) I) C* B( J* D1 G: F
- p5 |1 x5 D6 E3 g/ z0 ]
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 5 _+ Z9 \5 k* O3 ~& t6 S
$ x ^7 Y( J. ]! G8 Q. m
4 \9 X& \( H9 l. G/ T# p* s" ]( yNASA 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。
! ], f4 e/ c/ h! P8 v$ S* {$ ^4 N U5 l5 d0 f; W+ m) u
/ {# z3 v5 m6 I- a% 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。+ d' v( |; g3 y( I6 S v9 H
' p0 L+ h) I- O8 a
, i$ _3 t( l% F4 T0 ?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。
: g0 I" R9 e; a8 N6 @5 G r- ^- N6 W7 o7 w
, m. p* H& Y2 c- J
7 `# R! \8 ^" Q0 E- x
$ j& T! `% T$ @上鼓下平的机翼（正弯度机翼）和不同的迎角。图片来源：FAA7 P. c- _( l0 ^ ]. v: P
! l8 C5 m6 b ^ {; C
5 l5 z( Q! N" b% s
& e, I/ [1 G- T6 k% ^4 H) a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。
5 {2 s4 A) {. Y& _' l; p6 z; U9 e4 ~
( R3 {7 P+ E4 U2 m3 r9 T- o; a# w! f& U) m9 b
# ^3 X1 A2 p$ V& l# T$ F. p
3 i0 j3 w) Z( J7 b
) _# a- q, G. J/ b3 S+ G. g. K/ n( H4 x2 m6 L9 X, z
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。1 I, v4 D* w, j+ d+ ]' Q! p5 `
) c3 Z7 ~: r4 E2 B) v8 s. u3 N
0 ^$ w1 t! F% T, T
* _5 K' t, m) o
0 x( h; O+ r/ s, z
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
5 P$ H6 z; h1 T' `/ S( p- g+ |1 T8 l% G" l, 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。
9 b! ]& t: u3 d* r+ @
z- k% d7 H1 {/ w3 F9 g+ m3 l$ w4 s) j9 R, ]* w, T
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。; G, k' o; Y- _7 t% e2 e, P
# x g T# q8 _* }
( G! u! M+ _: x
# r% _' H) Z8 E+ @* b; x. s
2 R) F( L7 M) d1 D7 b6 U8 C
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.- k( {5 ?3 m9 q( L8 M* {! d# s3 X
6 _$ s1 l, g+ j% w$ x& K
2 v0 ]* f" |/ T4 _
, L7 {3 w; z1 g3 G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。0 i2 k5 o$ q) ~1 j& N
/ y2 E+ C& i+ g) P0 r, r
6 f5 b; s0 O% Q$ g我们还可以看荷兰特文特大学用模型飞机做的演示。
: v }& p- L3 U5 W9 \( B* |4 R3 w0 D) p) n2 c0 u) ?
; h9 N$ T8 Y' f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。
5 ?( f3 R: D/ l# P4 R
; W$ R, l2 }# b& E5 G# f, N/ ?9 b. i, ^! r/ G
0 r ~! ?; Q+ J1 u N+ R, q( c9 T
: D5 n' z" E, O: k6 v4 Q. Z
% W& i* _# Y' W& F- b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。 h( M# b9 ^* D4 n6 ?' g* M
& J6 d6 D5 L9 ~- o8 O* |6 x
5 j! @, S6 ^& w7 }3 t" Y" C
0 j& K. F+ j+ b5 f3 ]6 c5 o
; G/ Q" I' b. {; j. D
Blériot 型号的单翼机。图片来源：wikipedia - {1 ]& u% l+ \9 ]2 G
& }2 Z# ]2 w/ U" A# e) p
* ^8 H+ {8 W) i6 n& m6 P1 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。
1 [# J1 c! e8 h4 ~
; m5 l6 Q9 t- T' n) H
" ~) N4 W, g3 y5 d# S% x7 O9 |- Y
4 M6 o" S0 @% e! d$ S) X
, Y4 D1 M' j6 ~; Q3 ^1914年，经常倒着飞的德国飞行员 Gustav Tweer 让飞机倒着着陆。 & ?; \+ q: Z' [- B, _ K+ v! k+ c, |6 A
图片来源：flying magazine
4 E; w! d$ ^$ S0 K; }; \+ w, ]. ?$ u$ [7 g, c6 O
" o* w) m$ C" j1 d
现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。$ B& }$ V8 G0 [4 d8 l2 g2 ]
8 n) k+ l$ a; A2 @! ] A2 O
6 P D! U8 x- n( r% I& W+ c
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。
3 Z. O z2 M; g' [4 q8 b% |
- _8 T$ D( w% Q. u: K+ S( o/ y' s4 ~* t, G4 ^' i/ e6 k" Z* ? j
) M# e' S0 R6 E
) f1 X+ v0 e7 p
6 c5 x/ L" B' m# i9 E% A! t8 V
, |. v: d) ?( t" F& ~8 R& j) c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。
Q" B% ?9 Z( y; I0 P% s
+ d+ f& n, K M( k* z: o. V4 h( K% g4 l9 a" _, ?6 Y9 o7 J
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。
+ O Q; w0 _: L( Y( x4 L6 ?- O
2 G! b, R9 C2 |2 `6 l" d+ q5 M, S& v' v! V* {" Y5 @, r
( t. i7 B5 ~. m9 ~/ T/ W% c: s
, r9 ~# m* ~4 P0 z) }9 W5 |
; V E) I# }; ]$ F- |2 j2 M3 x! j3 Z: U+ 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。
! q; p) u3 Z/ V
( {$ y: p" D; n( I& D
6 @% {: E3 V# A8 c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。) j) i: K/ V- `7 B* N; c
( I( R: d' b# l( Q" t
' L" T8 m9 }$ v+ z( i, u
5 ?$ E' z' @ G! h
+ _# t ]; T( b$ z5 J
% @! D0 a a) u# }7 j
/ G; B, `, }5 b, a9 Q* r4 u* Y1 K
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。
) g% I, i( u4 l/ K" C3 k/ K
|
