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。1 g* I3 u* N4 g9 H7 e! K8 A
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飞机颠倒飞行真的科学吗？# N3 |0 K# q# d* U6 s+ ] A
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3 l( ?0 x t0 {+ n5 Y% T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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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。! V/ q$ t; V7 g+ V6 i. U% U" X. ]
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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。
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. y# {( q$ _4 }$ N$ w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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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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+ ]' |8 C" f3 o 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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9 \" q4 @, x% R2 q那么到底是什么让飞机飞翔呢？5 n$ }" [/ b1 y2 V* p5 Z& M
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6 I) y" L, T: l; A# ENASA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 ' x* x4 ^" {; u5 q- y+ B. ]
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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。
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7 O3 s9 d; ?! m& W9 \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。4 o2 f7 r0 V! C5 L1 I! c
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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。5 q X9 V# F- e5 j2 w, A% T. Y
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; A# \- G) N$ C ^* a5 a \上鼓下平的机翼（正弯度机翼）和不同的迎角。图片来源：FAA( Q% }1 Q% e* |" X3 S5 G7 G
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- o% n. q& l8 _0 n) ^9 n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。7 n8 w7 N" W3 {- @2 w+ w
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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。
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! {; ]/ ~" o! O N/ ~/ q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。
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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, 2013.8 P6 L0 H# b1 ?* j! k5 q
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( o5 S f3 P! C! k( d0 H8 E2 f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。
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; p$ v4 {3 U2 s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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5 K& q$ m9 U) E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。$ c5 b- A" \# {2 [ R
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% v( l. q2 R+ W9 c$ p8 N b2 g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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Blériot 型号的单翼机。图片来源：wikipedia
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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。& S1 }+ m2 F3 A" ?$ }- X2 w0 p6 t
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1914年，经常倒着飞的德国飞行员 Gustav Tweer 让飞机倒着着陆。
6 s9 x! q! t) U图片来源：flying magazine 8 D' ^" T5 z2 o$ y# s! e8 s2 a# ?
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% B9 a6 c Y1 t1 r现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。9 y7 y6 H2 s$ H+ _1 F5 [
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P% j6 ]8 }$ H( V 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。2 Q; n7 Z2 I; r0 c2 W+ b. c
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( I" y E& @1 M/ D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。# v9 i1 o% o# W; {3 g
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3 q9 w% w7 z. Q* ~' t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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L" b0 ?, g. V' f) l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。
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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。: C" t6 H' a/ O. k3 E' Y X
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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。' a$ M8 A( K5 d1 ]& K) P# K4 _
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