世界农用飞机发展现状与技术创新简述

■张亦弛

农用飞机是指为了农业目的而制造或改造的固定翼飞机，配驾驶员1位，有的可搭载乘员。通常执行空中喷洒农药、施肥、插种、森林灭火等任务，在一些发达国家农用航空已经发展成一门产业。据报道，全世界拥有农林飞机3万余架，每年作业面积1亿hm2（15亿亩）以上，飞机作业面积占总耕地面积的17%，其中美国、俄罗斯等国家的飞机作业面积高达50%以上。

1 农用飞机基本技术

1921年8月3日，约翰·麦克雷迪（John A.Macready）驾驶一架美国空军“珍妮JN4”飞机进行了空中喷洒农药作业，当时飞机播洒了铅砷酸盐来杀灭毛毛虫，取得了令人满意的效果。随后农用飞机在欧美得到广泛应用。

第二次世界大战结束以后，大量轻型飞机被改装为农业飞机。1950年代以后出现专门设计的农业飞机，其中著名的有苏联的安－2、美国的“农用马车”、澳大利亚的“空中卡车”PL-12等。农用飞机通常体积很小，结构简单。大多数农用飞机只装有一台气冷式活塞发动机或涡轮螺旋桨发动机,功率为110~440kW,飞机的总重量在3t以下；多用途飞机装有1台或2台发动机，但功率不超过735kW（1000马力）,飞机总重近6t。仪表和无线电设备简单,但比较完善。许多飞机采用前缘缝翼、双缝襟翼或襟副翼等增升装置，不仅可以改善飞机在简易跑道上的起飞和着陆性能，而且能提高超低空飞行时的安全性。与普通飞机的最大区别是安装了喷洒系统，主要由药桶、风扇搅拌器和喷撒装置等组成。首批使用的农用飞机主要是第一次世界大战后的双翼机改装，如“德哈维兰虎蛾”和“斯蒂尔曼”。20世纪40年代，专用固定翼农业飞机的应用越来越普遍。农业飞机的作业高度为1~10m（距作物顶端），作业速度为100~180km/h，喷幅宽一般可达20~30m。飞机不但需要在作业区超低空飞行，还须不断爬升、盘旋、下滑、拉平，有时还要飞越周围的树林、高压电线、农场上的建筑等障碍物。作业时，过去通常都以地面信号作标志，将药物、种子、肥料等喷施在预定地块。现在已普遍采用电子自动定位导航系统，利用地面小型电台网导航的农用飞机。农用飞机的有效载重是飞机净质量的35%~40%，由于每次载药量有限，飞机须要在简易的跑道上频繁起飞和着陆。为了适应简单崎岖的短距起降，各种关于涡扇发动机、双层机翼和适应不同功能的转换装置等的设计改良层出不穷，如苏联的安-2、波兰的M-15和加拿大的DHC-2“海狸”等。但在农场面积较大的国家，体积和功率更大、效率更高的涡轮螺旋桨农业飞机得到发展。

2 农用飞机在发达国家的应用

在农用飞机的应用方面，新西兰政府做出了很多努力。20世纪40年代末，新西兰空军专门成立了一个部门，甚至动用了道格拉斯DC-3、Gruman“复仇者”等中大型飞机来进行农用领域的应用开发。如将道格拉斯DC-3型飞机送往英国进行改造，加装了重达1t的料斗；把呈粉末状的过磷酸钙装在改造后“复仇者”飞机的长程油箱中进行试验，为大面积推广应用取得了可靠数据。这些试验成功之后，农民合作组织纷纷要求新西兰政府和空军对农用飞机作业提供资助。后来，政府的工作逐步被民营企业所取代，越来越多的新西兰空军飞行员在退役后购买价格低廉、前置料斗的小型飞机投入农业领域进行商业飞行。

美国农用飞机发展在20世纪30年代至60年代之间，据美国农业航空协会提供的数据，美国现有7000余架农用飞机应用于农业生产。进入70年代以后，农业航空扩展到精细农作物的种植，如用飞机播种、空中喷洒除草剂、空中施肥等，农业飞机的大量应用使美国一跃而成为世界上主要的稻米出口国之一。美国一直是世界上农用飞机应用最广泛、政府支持力度最大的国家，但在2001年因“9·11”恐怖袭击影响有一段时间曾暂停农用飞机升空。

此外，英国、澳大利亚、日本和俄罗斯等国家的农用飞机使用率均在世界上名列前茅。在日本，有超过1000架的农用飞机投入使用。

3 中国农用飞机的推广与发展

我国农业航空应用已有50多年的历史，20世纪五六十年代，一些大型国营农场开始推广使用农用飞机。现全国拥有农用飞机约300架，主要机型有：Y-5B型飞机，发动机功率735kW，载药量1000kg，作业高度（距作物顶端）5~7m，作业效率80hm2/h；Y-11型飞机，功率210kW（单台发动机），载药量800kg，作业高度3~6m，作业效率70hm2/h；M-18A型飞机，功率735kW，载药量1350~1500kg，作业高度3~15m，作业效率140hm2/h；GA-200型飞机功率184kW，载药量500kg，作业高度3~5m，作业效率60 hm2/h；N-5A型飞机和PL-12型飞机，功率294kW，载药量700kg，作业高度3~5m，作业效率74hm2/h。黑龙江是全国农用飞机拥有量最多、作业面积最大的省份。1985年5月，黑龙江垦区组建了我国最大的农林专业航空企业——黑龙江龙垦通用航空公司。2009年4月18日，龙垦通用航空公司又从波兰引进15架M-18B型农用飞机，此时龙垦航空的农用飞机数量达到8种机型共52架。主要经营农林超低空喷洒农药、播种、勘探测量、人工增雨、森林灭火作业，以及抢险救灾、公务飞行、飞行员培训等业务。公司拥有飞行、机务及地勤服务人员196人，为我国粮食安全以及大、小兴安岭森林资源的有效保护发挥了重要的作用。在十二五期间，龙垦通用航空公司农用飞机计划发展到80架，年作业面积在134万hm2以上。

4 农用飞机技术创新方向

自1960年以来，有关飞机喷洒农药所带来的环境问题越来越受到人们的关注。为了减少农用飞机的负面影响，不少国家对飞机喷药施肥进行了一定的限制，如瑞典全面禁止飞机喷洒农药。但无论如何，农用飞机同地面机械作业相比，所具有的速度快、范围宽、用工少、效率高、成本低、效益高等优点仍凸显。自20世纪80年代以来，在一些国家的农用飞机上已采用彩色气象数字雷达、固体数字测距仪和电子导航等先进技术装备，并进行夜间作业飞行。为适应农业现代化建设的需要，遥控飞机模型、充氦飞船和空间卫星等现代航空器已越来越多用于农业，开辟了航空遥感新业务。特别是近几年，农用飞机朝着专用、小型、轻体和采用高效率涡轮发动机的方向发展。在飞机上大量采用现代先进技术与装备，进一步提高飞机的安全性、可靠性和经济性，并着重解决雾滴飘移和作业信号定位自动化问题，将使农业航空在发展农业中发挥越来越重要的作用。