长这么大才知道飞机可以倒着飞，但没人知道飞机为什么能飞关注风云之声提升思维层次导

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导读
坐飞机不怕晕机，最怕机晕。
撰文七君
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？
若是按照许多教科书的理论，这是不可能的。
【长这么大才知道飞机可以倒着飞，但没人知道飞机为什么能飞】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。
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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图片来源：wikipedia
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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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
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。
不过，机翼上部的气压确实小于下部，这一点真实不虚。
那么到底是什么让飞机飞翔呢？

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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
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。
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。
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
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
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——NACATechnicalReport824 。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。
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.Generalaviationaircraftdesign:AppliedMethodsandProcedures.Butterworth-Heinemann,2013.
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（negativecamber），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。
我们还可以看荷兰特文特大学用模型飞机做的演示。
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。