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長這麼大才知道飛機可以倒著飛，但沒人知道飛機為什麼能飛

由澎湃線上發表于娛樂2021-10-17

機翼升力迎角飛機彎度

簡介htmlNASA 介紹，關於飛機如何獲得升力存在許多理論，也存在很大爭議，尚未達成統一，但現在能確定的是，物體獲得升力的過程很複雜，迎角和機翼的形態和升力密切相關

為什麼飛機上方流速大

原創萬物把科學帶回家

撰文七君

在獲得了兩項奧斯卡提名的2012年的電影《迫降航班》中，出現了超出常識的一幕：機長讓飛機上下倒著飛。

飛機顛倒飛行真的科學嗎？

若是按照許多教科書的理論，這是不可能的。

可是這些教科書中的理論是錯的，美國國家航空航天局（NASA）還專門製作了一個網站來批判這些理論。

這種盛行的錯誤理論是，機翼上部比下部更長，使得空氣分子在上部的移動距離更長，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，根據伯努利定律，速度增加時氣壓減少，因此機翼上部的氣壓比下部低，機翼就被往上推了。

圖片來源：wikipedia

NASA 介紹，事實上上下對稱的機翼，甚至下部更彎曲更長的機翼也能產生升力；這種理論也無法解釋空戰和飛行特技中飛機顛倒著飛的情況。

美國空軍雷鳥飛行表演隊在2012年的北極雷霆航空展上表演倒飛。圖片來源：wikicommons

此外，雖然機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翼末端匯合，因此這個理論是有問題的。

不過，機翼上部的氣壓確實小於下部，這一點真實不虛。

那麼到底是什麼讓飛機飛翔呢？

NASA指出，升力的產生存在巨大的爭議，許多教科書的解釋是錯的。圖片來源：www。grc。nasa。gov/WWW/k-12/airplane/lift1。html

NASA 介紹，關於飛機如何獲得升力存在許多理論，也存在很大爭議，尚未達成統一，但現在能確定的是，物體獲得升力的過程很複雜，迎角和機翼的形態和升力密切相關。

機翼的形態比較好理解，我們平時看到的機翼都是上鼓下平。

迎角指的是機翼迎風的傾斜角度。事實上在70多年前，人類發現了迎角和升力之間的重要關係：對於特定的機翼來說，在一定範圍內，迎角越大，升力就越大。

上鼓下平的機翼（正彎度機翼）和不同的迎角。圖片來源：FAA

機翼的迎角在5-6度時獲得的升力遠超1-2度時的情況。在起飛前的一瞬，飛行員會讓飛機昂頭，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翼在調整了迎角之後也能起飛，放風箏就是這個原理。

如果把各種機翼設計的迎角和機翼的效能——升力係數（升力係數和升力成正比，一般來說升力係數越大越好）作圖，那麼我們就會發現，不同機翼的資料構成了一條直線。

在一定範圍內，迎角（橫座標）越大，升力係數（縱座標）越大。圖片來源：wikipedia

這個知識最初來自1945年NASA的前身美國國家航空諮詢委員會（NACA）公佈的一份關於機翼的資料——NACA Technical Report 824。這份報告裡面包含著許多機翼在風洞中的測試資料，它在日後成了各種機翼設計參考書的基礎。

有趣的是，如果把機翼上下顛倒再測試，升力的資料和迎角之間的關係也是類似的。

正彎度（最粗的藍線），零彎度（上下對稱）和負彎度機翼（最細的藍線）的升力係數都隨著迎角的增加而增加。圖片來源：Gudmundsson， Snorri。 General aviation aircraft design： Applied Methods and Procedures。 Butterworth-Heinemann， 2013。

實際上，把常見機翼上彎下平的設計倒轉過來的翼型叫做負彎度（negative camber），只要迎角夠大，負彎度的機翼也能飛起來。只不過在同樣的迎角下，它們獲得的升力要少一些，也就是說飛得要吃力些。

我們還可以看荷蘭特文特大學用模型飛機做的演示。

如果飛機能飛起，那麼飛機會帶動杆子向上移動。大家可以看到，倒著飛的時候，飛機模型在風洞裡也能升起，只不過效率降低了。

在飛行史上，首次讓飛機倒著飛的人是法國傳奇飛行員 Alphonse Pégoud。1913年，他駕駛著一架 Blériot 型號的單翼機，展示了倒著飛的特技。

Blériot 型號的單翼機。圖片來源：wikipedia

1914年，一位德國勇士也學會了倒著飛的特技。這個叫做 Gustav Tweer的小夥子更野，他不但讓一架Grade型號的單翼機倒著飛，還倒著落地。

1914年，經常倒著飛的德國飛行員 Gustav Tweer 讓飛機倒著著陸。

圖片來源：flying magazine

現代意義上的客機也曾有倒著飛的記錄。

在2000年1月31日的阿拉斯加航空261號班機空難中，由於機械故障，一架MD-83型號的客機失控，頭向下俯衝了一段時間。後來機組人員努力使機頭保持水平，在空中上下顛倒地飛了大約1分鐘。但不幸的是，此時飛機已經非常接近太平洋，最終墜落在了海中。《迫降航班》中客機倒飛的情節也來源於此。

雖然機翼上下顛倒並不會使機翼失去升力，不過現代客機倒飛時會面臨其他問題。

其中一個大問題就是供油。普通飛機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。如果飛機倒著飛，油管的相對位置就會變成油箱頂部，那樣就無法為引擎提供燃料了。

而能倒著飛的特技飛機的供油管巧妙地解決了這個問題。這類飛機常會採用能夠活動的管子 flop tube，它的尾端比較重，而且能夠活動。在飛機倒轉時，油管也會跟著翻身，繼續為引擎供油。

特技飛機的另外一種策略是使用特殊的油箱，如位於機翼下方的 header tank。一些特技飛機，比如 Super Decathlon 型號的飛機的油箱在飛機上方，飛機正飛的時候，重力使燃油向下流入燃油泵。但是在機翼下方還有一個油箱 header tank，它也和燃油泵相連。在飛機倒轉時，這個油箱就到了機翼上方，可以利用重力為引擎供油。