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。
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飞机颠倒飞行真的科学吗？$ { C- d$ _# a! M5 {1 W9 @2 h9 Y
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若是按照许多教科书的理论，这是不可能的。: Z, T2 s) }9 x5 G# F0 U9 _- H
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+ y" Q0 D+ O$ d) h0 f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。
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. s' z. y" J1 Q' g+ H- _ E! WNASA 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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' e( d9 v) q- V( g! ~% d6 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 , W: d+ l1 y% {2 z! ]9 u7 x! ?7 R
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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。3 l! ]1 g$ j: w$ T- ~9 e
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不过，机翼上部的气压确实小于下部，这一点真实不虚。! Z2 c6 K, i; ~! k/ N" s
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. x" V% Y1 B( R' B( h( ~. O那么到底是什么让飞机飞翔呢？
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: Y1 P( ]4 v- f1 E! cNASA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" i& K* g7 B( l9 E( S: w5 I' ^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。! e) D$ g: x- i8 |
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) U+ h! s, @7 X: J" z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。+ ?1 r# V: i* w/ p7 ?1 V! }( Z
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) d/ \2 B; N7 K, G0 {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。
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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：FAA. d& N6 c" b# V4 v
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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。, v" {% [7 P x: {. F; L8 f
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; i5 n( G$ i* S' [; B3 Y6 T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。. D) ?) \8 `/ y2 ]7 E- {" }# h& t
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5 h2 V) z5 \+ |6 }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。# Y: u" P7 W6 @
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/ _- W! o' N8 L0 T& G8 l# K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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, }8 o7 S+ x& ?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。1 j5 L# f% l: |( L& n" c4 H) c
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( S" L S: b- d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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- v% ? K$ |0 l7 t& B9 a& ]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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V/ c& Y2 q1 r" i! f# H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。$ t( `! a) s" j- F1 L8 K& J2 I. I
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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。 : _2 j. g1 k1 ~) E* V# [
图片来源：flying magazine . d. Q% c# W8 S: ?( Y* T) l
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$ R5 j& @) f1 W! _现代意义上的客机也曾有倒着飞的记录。4 `( M& F8 ?# z: b* V( E# y
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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。* Y/ Q& l, [9 t v9 X2 y" x
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& A( h, @7 _" T3 n6 W& c( n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。4 r* h' ]5 W0 s5 O @: {8 d4 M* J! L, @
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3 {7 r1 Z+ E2 ]4 z0 S) n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。 ]1 D0 o. t9 C8 Q3 c; X
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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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3 ?; F4 a) A& o# u$ p# F" S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。( G2 ^) Q7 C: U* O: Q" h6 X+ m
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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。3 d& g0 ]5 D! o. y" D) H" o
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