世界農(nóng)用飛機發(fā)展現(xiàn)狀與技術創(chuàng)新簡述

■張亦弛

農(nóng)用飛機是指為了農(nóng)業(yè)目的而制造或改造的固定翼飛機，配駕駛員1位，有的可搭載乘員。通常執(zhí)行空中噴灑農(nóng)藥、施肥、插種、森林滅火等任務，在一些發(fā)達國家農(nóng)用航空已經(jīng)發(fā)展成一門產(chǎn)業(yè)。據(jù)報道，全世界擁有農(nóng)林飛機3萬余架，每年作業(yè)面積1億hm2（15億畝）以上，飛機作業(yè)面積占總耕地面積的17%，其中美國、俄羅斯等國家的飛機作業(yè)面積高達50%以上。

1 農(nóng)用飛機基本技術

1921年8月3日，約翰·麥克雷迪（John A.Macready）駕駛一架美國空軍“珍妮JN4”飛機進行了空中噴灑農(nóng)藥作業(yè)，當時飛機播灑了鉛砷酸鹽來殺滅毛毛蟲，取得了令人滿意的效果。隨后農(nóng)用飛機在歐美得到廣泛應用。

第二次世界大戰(zhàn)結束以后，大量輕型飛機被改裝為農(nóng)業(yè)飛機。1950年代以后出現(xiàn)專門設計的農(nóng)業(yè)飛機，其中著名的有蘇聯(lián)的安－2、美國的“農(nóng)用馬車”、澳大利亞的“空中卡車”PL-12等。農(nóng)用飛機通常體積很小，結構簡單。大多數(shù)農(nóng)用飛機只裝有一臺氣冷式活塞發(fā)動機或渦輪螺旋槳發(fā)動機,功率為110~440kW,飛機的總重量在3t以下；多用途飛機裝有1臺或2臺發(fā)動機，但功率不超過735kW（1000馬力）,飛機總重近6t。儀表和無線電設備簡單,但比較完善。許多飛機采用前緣縫翼、雙縫襟翼或襟副翼等增升裝置，不僅可以改善飛機在簡易跑道上的起飛和著陸性能，而且能提高超低空飛行時的安全性。與普通飛機的最大區(qū)別是安裝了噴灑系統(tǒng)，主要由藥桶、風扇攪拌器和噴撒裝置等組成。首批使用的農(nóng)用飛機主要是第一次世界大戰(zhàn)后的雙翼機改裝，如“德哈維蘭虎蛾”和“斯蒂爾曼”。20世紀40年代，專用固定翼農(nóng)業(yè)飛機的應用越來越普遍。農(nóng)業(yè)飛機的作業(yè)高度為1~10m（距作物頂端），作業(yè)速度為100~180km/h，噴幅寬一般可達20~30m。飛機不但需要在作業(yè)區(qū)超低空飛行，還須不斷爬升、盤旋、下滑、拉平，有時還要飛越周圍的樹林、高壓電線、農(nóng)場上的建筑等障礙物。作業(yè)時，過去通常都以地面信號作標志，將藥物、種子、肥料等噴施在預定地塊?，F(xiàn)在已普遍采用電子自動定位導航系統(tǒng)，利用地面小型電臺網(wǎng)導航的農(nóng)用飛機。農(nóng)用飛機的有效載重是飛機凈質(zhì)量的35%~40%，由于每次載藥量有限，飛機須要在簡易的跑道上頻繁起飛和著陸。為了適應簡單崎嶇的短距起降，各種關于渦扇發(fā)動機、雙層機翼和適應不同功能的轉(zhuǎn)換裝置等的設計改良層出不窮，如蘇聯(lián)的安-2、波蘭的M-15和加拿大的DHC-2“海貍”等。但在農(nóng)場面積較大的國家，體積和功率更大、效率更高的渦輪螺旋槳農(nóng)業(yè)飛機得到發(fā)展。

2 農(nóng)用飛機在發(fā)達國家的應用

在農(nóng)用飛機的應用方面，新西蘭政府做出了很多努力。20世紀40年代末，新西蘭空軍專門成立了一個部門，甚至動用了道格拉斯DC-3、Gruman“復仇者”等中大型飛機來進行農(nóng)用領域的應用開發(fā)。如將道格拉斯DC-3型飛機送往英國進行改造，加裝了重達1t的料斗；把呈粉末狀的過磷酸鈣裝在改造后“復仇者”飛機的長程油箱中進行試驗，為大面積推廣應用取得了可靠數(shù)據(jù)。這些試驗成功之后，農(nóng)民合作組織紛紛要求新西蘭政府和空軍對農(nóng)用飛機作業(yè)提供資助。后來，政府的工作逐步被民營企業(yè)所取代，越來越多的新西蘭空軍飛行員在退役后購買價格低廉、前置料斗的小型飛機投入農(nóng)業(yè)領域進行商業(yè)飛行。

美國農(nóng)用飛機發(fā)展在20世紀30年代至60年代之間，據(jù)美國農(nóng)業(yè)航空協(xié)會提供的數(shù)據(jù)，美國現(xiàn)有7000余架農(nóng)用飛機應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。進入70年代以后，農(nóng)業(yè)航空擴展到精細農(nóng)作物的種植，如用飛機播種、空中噴灑除草劑、空中施肥等，農(nóng)業(yè)飛機的大量應用使美國一躍而成為世界上主要的稻米出口國之一。美國一直是世界上農(nóng)用飛機應用最廣泛、政府支持力度最大的國家，但在2001年因“9·11”恐怖襲擊影響有一段時間曾暫停農(nóng)用飛機升空。

此外，英國、澳大利亞、日本和俄羅斯等國家的農(nóng)用飛機使用率均在世界上名列前茅。在日本，有超過1000架的農(nóng)用飛機投入使用。

3 中國農(nóng)用飛機的推廣與發(fā)展

我國農(nóng)業(yè)航空應用已有50多年的歷史，20世紀五六十年代，一些大型國營農(nóng)場開始推廣使用農(nóng)用飛機。現(xiàn)全國擁有農(nóng)用飛機約300架，主要機型有：Y-5B型飛機，發(fā)動機功率735kW，載藥量1000kg，作業(yè)高度（距作物頂端）5~7m，作業(yè)效率80hm2/h；Y-11型飛機，功率210kW（單臺發(fā)動機），載藥量800kg，作業(yè)高度3~6m，作業(yè)效率70hm2/h；M-18A型飛機，功率735kW，載藥量1350~1500kg，作業(yè)高度3~15m，作業(yè)效率140hm2/h；GA-200型飛機功率184kW，載藥量500kg，作業(yè)高度3~5m，作業(yè)效率60 hm2/h；N-5A型飛機和PL-12型飛機，功率294kW，載藥量700kg，作業(yè)高度3~5m，作業(yè)效率74hm2/h。黑龍江是全國農(nóng)用飛機擁有量最多、作業(yè)面積最大的省份。1985年5月，黑龍江墾區(qū)組建了我國最大的農(nóng)林專業(yè)航空企業(yè)——黑龍江龍墾通用航空公司。2009年4月18日，龍墾通用航空公司又從波蘭引進15架M-18B型農(nóng)用飛機，此時龍墾航空的農(nóng)用飛機數(shù)量達到8種機型共52架。主要經(jīng)營農(nóng)林超低空噴灑農(nóng)藥、播種、勘探測量、人工增雨、森林滅火作業(yè)，以及搶險救災、公務飛行、飛行員培訓等業(yè)務。公司擁有飛行、機務及地勤服務人員196人，為我國糧食安全以及大、小興安嶺森林資源的有效保護發(fā)揮了重要的作用。在十二五期間，龍墾通用航空公司農(nóng)用飛機計劃發(fā)展到80架，年作業(yè)面積在134萬hm2以上。

4 農(nóng)用飛機技術創(chuàng)新方向

自1960年以來，有關飛機噴灑農(nóng)藥所帶來的環(huán)境問題越來越受到人們的關注。為了減少農(nóng)用飛機的負面影響，不少國家對飛機噴藥施肥進行了一定的限制，如瑞典全面禁止飛機噴灑農(nóng)藥。但無論如何，農(nóng)用飛機同地面機械作業(yè)相比，所具有的速度快、范圍寬、用工少、效率高、成本低、效益高等優(yōu)點仍凸顯。自20世紀80年代以來，在一些國家的農(nóng)用飛機上已采用彩色氣象數(shù)字雷達、固體數(shù)字測距儀和電子導航等先進技術裝備，并進行夜間作業(yè)飛行。為適應農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設的需要，遙控飛機模型、充氦飛船和空間衛(wèi)星等現(xiàn)代航空器已越來越多用于農(nóng)業(yè)，開辟了航空遙感新業(yè)務。特別是近幾年，農(nóng)用飛機朝著專用、小型、輕體和采用高效率渦輪發(fā)動機的方向發(fā)展。在飛機上大量采用現(xiàn)代先進技術與裝備，進一步提高飛機的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，并著重解決霧滴飄移和作業(yè)信號定位自動化問題，將使農(nóng)業(yè)航空在發(fā)展農(nóng)業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。