在獲得了兩項(xiàng)奧斯卡提名的2012年的電影《迫降航班》中，出現(xiàn)了超出常識(shí)的一幕：機(jī)長(zhǎng)讓飛機(jī)上下倒著飛。飛機(jī)顛倒飛行真的科學(xué)嗎？若是按照許多教科書的理論，這是不可能的。

雷鳥飛行表演隊(duì)在北極雷霆航空展上表演倒飛

上鼓下平的機(jī)翼（正彎度機(jī)翼）和不同的迎角

可是這些教科書中的理論是錯(cuò)的，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）還專門制作了一個(gè)網(wǎng)站來批判這些理論。

這種盛行的錯(cuò)誤理論是，機(jī)翼上部比下部更長(zhǎng)，使得空氣分子在上部的移動(dòng)距離更長(zhǎng)，因此速度必須更大才能和下部的空氣分子匯合。這種理論接著解釋，根據(jù)伯努利定律，速度增加時(shí)氣壓減小，因此機(jī)翼上部的氣壓比下部低，機(jī)翼就被往上推了。

事實(shí)上上下對(duì)稱的機(jī)翼，甚至下部更彎曲更長(zhǎng)的機(jī)翼也能產(chǎn)生升力;這種理論也無法解釋空戰(zhàn)和飛行特技中飛機(jī)顛倒著飛的情況。

此外，雖然機(jī)翼上方空氣的流速比下方更大，但是上部的速度快到無法和下部的空氣在機(jī)翼末端匯合，因此這個(gè)理論是有問題的。不過，機(jī)翼上部的氣壓確實(shí)小于下部，這一點(diǎn)真實(shí)不虛。

那么到底是什么讓飛機(jī)飛翔呢？關(guān)于飛機(jī)如何獲得升力存在許多理論，也存在很大爭(zhēng)議，尚未達(dá)成統(tǒng)一，但現(xiàn)在能確定的是，物體獲得升力的過程很復(fù)雜，迎角與機(jī)翼的形態(tài)和升力密切相關(guān)。

機(jī)翼的形態(tài)比較好理解，我們平時(shí)看到的機(jī)翼都是上鼓下平。迎角指的是機(jī)翼迎風(fēng)的傾斜角度。事實(shí)上在70多年前，人類發(fā)現(xiàn)了迎角和升力之間的重要關(guān)系：對(duì)于特定的機(jī)翼來說，在一定范圍內(nèi)，迎角越大，升力就越大。

機(jī)翼的迎角在5～6度時(shí)獲得的升力遠(yuǎn)超1～2度時(shí)的情況。在起飛前的一瞬，飛行員會(huì)讓飛機(jī)昂頭，這就是為了增加迎角，從而增加升力的操作。即使是完全扁平的機(jī)翼在調(diào)整了迎角之后也能起飛，放風(fēng)箏就是這個(gè)原理。

如果把各種機(jī)翼設(shè)計(jì)的迎角和機(jī)翼的性能——升力系數(shù)（升力系數(shù)和升力成正比，一般來說升力系數(shù)越大越好）作圖，那么我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同機(jī)翼的數(shù)據(jù)構(gòu)成了一條直線。

這個(gè)知識(shí)最初來自1945年NASA的前身美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì) （NACA）公布的一份關(guān)于機(jī)翼的資料——NACA Technical Report 824。這份報(bào)告里面包含著許多機(jī)翼在風(fēng)洞中的測(cè)試數(shù)據(jù)，它在日后成了各種機(jī)翼設(shè)計(jì)參考書的基礎(chǔ)。有趣的是，如果把機(jī)翼上下顛倒再測(cè)試，升力的數(shù)據(jù)和迎角之間的關(guān)系也是類似的。

在一定范圍內(nèi)，迎角（橫坐標(biāo)）越大，升力系數(shù)（縱坐標(biāo)）越大

實(shí)際上，把常見機(jī)翼上彎下平的設(shè)計(jì)倒轉(zhuǎn)過來的翼型叫做負(fù)彎度（negative camber），只要迎角夠大，負(fù)彎度的機(jī)翼也能飛起來。只不過在同樣的迎角下，它們獲得的升力要小一些，也就是說飛得要吃力些。

如果飛機(jī)能飛起，那么飛機(jī)會(huì)帶動(dòng)桿子向上移動(dòng)。大家可以看到，倒著飛的時(shí)候，飛機(jī)模型在風(fēng)洞里也能升起，只不過效率降低了。在飛行史上，首次讓飛機(jī)倒著飛的人是法國(guó)傳奇飛行員 Alphonse Pégoud。1913年，他駕駛著一架 Blériot 型號(hào)的單翼機(jī)，展示了倒著飛的特技。

1914年，一位德國(guó)勇士也學(xué)會(huì)了倒著飛的特技。這個(gè)叫做 Gustav Tweer的小伙子更野，他不但讓一架Grade型號(hào)的單翼機(jī)倒著飛，還倒著落地?，F(xiàn)代意義上的客機(jī)也曾有倒著飛的記錄。

在2000年1月31日的阿拉斯加航空261號(hào)班機(jī)空難中，由于機(jī)械故障，一架MD-83型號(hào)的客機(jī)失控，頭向下俯沖了一段時(shí)間。后來機(jī)組人員努力使機(jī)頭保持水平，在空中上下顛倒地飛了大約1分鐘。但不幸的是，此時(shí)飛機(jī)已經(jīng)非常接近太平洋，最終墜落在了海中。《迫降航班》中客機(jī)倒飛的情節(jié)也來源于此。

雖然機(jī)翼上下顛倒并不會(huì)使機(jī)翼失去升力，不過現(xiàn)代客機(jī)倒飛時(shí)會(huì)面臨其他問題。其中一個(gè)大問題就是供油。普通飛機(jī)的油箱中為引擎供油的管子開口貼近油箱底部，而且無法移動(dòng)。如果飛機(jī)倒著飛，油管的相對(duì)位置就會(huì)變成油箱頂部，那樣就無法為引擎提供燃料了。

而能倒著飛的特技飛機(jī)的供油管巧妙地解決了這個(gè)問題。這類飛機(jī)常會(huì)采用能夠活動(dòng)的管子（flop tube），它的尾端比較重，而且能夠活動(dòng)。在飛機(jī)倒轉(zhuǎn)時(shí)，油管也會(huì)跟著翻身，繼續(xù)為引擎供油。

特技飛機(jī)的另外一種策略是使用特殊的油箱，如位于機(jī)翼下方的 header tank。一些特技飛機(jī)，比如 Super Decathlon 型號(hào)的飛機(jī)的油箱在飛機(jī)上方，飛機(jī)正飛的時(shí)候，重力使燃油向下流入燃油泵。但是在機(jī)翼下方還有一個(gè)油箱 header tank，它也和燃油泵相連。在飛機(jī)倒轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)油箱就到了機(jī)翼上方，可以利用重力為引擎供油。這些技術(shù)就是特技飛機(jī)可以在空中玩蛇皮走位，但客機(jī)不行的小秘密了。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號(hào)，有刪節(jié)）