Как самолетам удается летать вниз головой?

Для спортивного пилотажа используются самолеты специальной конструкции, которая позволяет короткое время совершать полет в перевернутом состоянии, при этом изменяется положение руля высоты и элеронов. Обычные самолеты так летать не могут. Конечно, они выполняют фигуры высшего пилотажа, когда самолет занимает перевернутое положение, например, бочка и "мертвая" петля, но в этом случае подъемная сила крыла значения не имеет.

Это прием высшего пилотажа называется бочкой. А подъемная сила всегда направлена вверх. Вне зависимости от положения самолета. Есть плоскость. И она работает. Недавно. в американском фильме у самолета сломался руль высоты. И пилот вывел его из пике в положении вниз головой. Снизился. И почти удачно посадил в нормальном положении.

Так-то да, подъёмная сила работает с профилем крыла. Но у крыла есть механизация - закрылки и всё такое, то есть профиль-то не постоянный. И ещё рули высоты. Свернуть их на снижение, перевернуться, они будут подтягивать самолёт вверх.

За счет тяги двигателя, толкающего самолет вперед и компенсирующего потерю подъемной силы.

Вот когда тяги(скорости) недостаточно, то самолёт "сваливается", штопорит, и вычести его из штопора очень трудно, подчас невозможно.