世界最先进的碳纤维飞机：Liberty XL2飞机

　　Liberty　XL2轻型飞机是获得美国FAA颁发的适航和生产许可证的机型，是目前世界上最先进的碳纤维轻型飞机之一。该机高2.26米、长6.19米，机翼宽8.76米，最大航程可达1089公里，最大巡航速度为240公里/小时。

　　在通航飞机市场里有两类机型是最具竞争力的。第一类是久经考验的经典设计，最好的例子是赛斯纳172型。这些机型随技术的发展不断更新改进，但整体看仍然保留了最初的设计与理念。第二类是成功的全新设计，或称“白纸设计”。在航空业里搞白纸设计注定风险大，不但设计本身要出类拔萃，产品市场定位也要精准。从设计定型到下线首航，从试飞到认证，再到保质保量的批量生产，每一个环节都是冗长困难的。很多机型甚至整个企业都未能在这个流程中存活下来，但是成功者却大有人在。Liberty Aerospace 公司的Liberty XL2就是其中之一。

　　从外观看XL2，小巧玲珑，机身前宽后窄，头尾线条弧度很大。内行的人看到这样的机体弧线首先想到的一定是“碳纤维”。不错，同西锐的SR22和波音787 一样，Liberty XL2的机体是用碳纤维制造的。与传统的铝材构架比较，碳纤维的优点很多，例如重量轻、强度高、可塑性高、抗腐蚀等等。这些特点使它成为当今航空制造业炙手可热的材料新宠。XL2的整个碳纤维机体外壳重量不到50公斤，整架飞机净重在500公斤左右。这样轻的质量为XL2的各项优异性能指标打下了坚实的基础。它的机翼与轻巧的机体相辅相成，翼展不到9米，比赛斯纳172短两米多。机翼厚度薄，上下表面平整光滑。

图：Liberty XL2轻型飞机

　　看着这短小精干的机翼，很难想象它与协和超音速客机的机翼同出一位设计师之手。飞机机翼的设计是空气动力学，航空设计学与结构材料学的交会点，是任何一架固定翼航空器设计的重点。升力与低阻力是机翼设计中的鱼与熊掌，难以间得，但一位好的设计师可以像一位魔术师，用有形的机翼支配无形的升力与阻力，在无数的运动和状态组合中取得升力与阻力比的最大化。XL2设计翼展小，从而减小了阻力，但同时又把升力的损失控制在最小，使其高速与低速性能都很出众。

　　Liberty XL2这样轻重量，低阻力的整体设计使得它的几项主要性能指标做到可圈可点：高速巡航速度222公里/小时，和赛斯纳172SP相当；长距离巡航航程 1013公里；满燃油载重量189公斤。两个人加上行李从北京自驾到青岛只需要3小时时间。落地吃个午餐，再飞3小时就到上海了。

　　驾驶舱仪表板的中央区域是通讯与导航设备，其中最引人注目的莫过于那一部Garmin GNS530卫星定位器。它功能强大但也价格不菲，除定位导航外还可以显示地形、气候和空中交通信息。驾驶员正前方安装了俗称“六件套”的标准圆形飞行仪表，它们的下面有一个我从没见过的淡绿色液晶屏幕。经飞机主人丹尼尔。斯皮泽医生介绍才知道这是Vision MicroSystems 1000显示屏。在这个屏幕上汇总了所有与发动机相关的信息，例如歧管压，螺旋桨转速，气缸温度，机油温度与压强，排气管温度，燃油流量等等。这个显示屏是发动机系统的组成部分之一，而这个发动机系统正是Liberty XL2先进设计的核心。

图：Liberty XL2飞机

　　打开发动机盖你会看到一个体积不大的四缸活塞风冷航空发动机，这台大陆IOF-240B 发动机最大马力125匹，在私人飞机中算是很小的，比较来说赛斯纳172SP的发动机是180马力，而西锐SR22则高达310马力。但这小小的发动机里却暗藏乾坤，是当今世界上任何其它一架活塞式飞机都不具备的。那就是全自动电子发动机控制系统（Full Authority Digital Engine Control – FADEC）。FADEC的概念是用电脑取代飞行员来执行监视和控制发动机的任务。装备有FADEC的发动机在每一个气缸和排气口都安装了诸多压力和温度感应器，通过它们以每秒几十次的频率对每个汽缸的每一个冲程进行数据采样，安装在发动机和驾驶舱之间的两部电脑对这些数据进行分析，然后依据分析结果来自动控制喷油量，点火时机等的一切发动机运作机制。

　　在传统驾驶舱里飞行员要通过三到四个控制杆来操作发动机，不仅任务繁重精准度也远不及电子系统。安装了FADEC后，驾驶舱里的发动机控制简化到了点火钥匙和油门。启动时飞行员不需要控制燃油进入发动机的时机，只要转动钥匙电脑系统从打火到注油一气呵成。FADEC油门杆和发动机油门之间其实没有了任何直接联系，它已经演变成了一个电脑输入设备。飞行员用这个操作杆来告诉电脑他需要多少发动机功率，从起飞的100%到巡航的75%-55%直到降落时的0%，电脑遵循这些飞行员的指令精准高效地操作发动机。

　　FADEC 这个人与机器之间的“电子中间人”具备很多独到的优点。它简化了人工操作，把飞行中的发动机控制变得和开车一样简单，从而减小了人为错误的几率，避免了因误操作损伤发动机的可能。电子燃油控制大幅度提高了经济性，确保了以最低的耗油量产出最大功率。222公里/小时的巡航速度只需要23升/小时的燃油，这样的效率在Liberty XL2诞生之前是闻所未闻的。按比例计算，没有任何其它批量生产的飞机可以用125马力达到XL2的高速度或者低耗油量。节油以外它的结构简单可靠从而降低了维护成本，大大减少了运营开支，如此杰出的经济性使它成为了另一个通航市场的青睐对象 — 飞行学校。

　　标准空机重量

　　1165 磅

　　529 Kg

　　最大起飞重量

　　1750 磅

　　794 Kg

　　有效载荷

　　588 磅

　　265 Kg

　　着陆重量

　　1750 磅

　　794 Kg

　　满燃油载荷

　　417 磅

　　189 Kg

　　巡航范围（ 30 最小 Res - 65 ％功率）

　　505 nm

　　935 km

　　最大范围（ 55 ％功率）

　　588 nm

　　1089 km

　　在海平面的最大巡航

　　125 kts

　　144 mph

　　152 kph

　　经济巡航 - 55 ％功率