我国农用飞行器的应用与发展探讨



我国农用飞行器的应用与发展探讨

■田冬梅秦海生

农用飞行器是农业发展到一定阶段必然出现的巨大需求。目前我国农机化水平超过61%，成为农业生产的主力军；新型农业经营主体逐成主流，对农机化提出了更高要求。适时把握这一变化，探讨农用飞行器（农用飞机、农用低空遥控飞行植保机等）的应用与发展，满足农业生产对农机化的新需求，是时代赋予农机化工作者的历史责任。

1　飞行器应用于农业生产的优势

（1）国外发达国家已普及推广应用。美国早在1918年就开始使用飞机喷撒农药杀灭棉虫；加拿大、苏联、德国和新西兰等也是较早将飞机用于农业生产的国家。特别是随着化学杀虫剂、除草剂等农药相继出现，迫切需要一种高效率的喷洒机具，于是发达国家纷纷将过剩的飞机转用到农业生产中，农用航空得到迅速发展。美国的农用飞机大约有20多种机型，大部分机型是有人驾驶的固定翼飞机，基本上都使用活塞型发动机。日本由于种植规模较小，以小型直升飞行航空喷雾设备为主。采用农用无人驾驶轻型直升飞器进行农业植保已成为发展趋势。

（2）农用航空植保高效安全。以农用飞行植保作业为例，由于其雾化效果好，可以实现超低量喷洒作业，作业效率达320～2000hm2/班，是地面作业机械效率的20～80倍，是人工作业效率的600～1000倍。农用飞行植保作业可以实现无人自动化飞控导航，最大限度地减少了操作人员接触农药的机会。农用飞行植保等作业采用微小型无人机，作业高度低，药液雾化效果好；旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，同时可减少作业中的飘逸损失，增大药液在作物单位面积上的附着覆盖率，使喷洒更均匀、作业效果更高、减少用药量。有利于节约用药，减少对环境和土壤的污染。

（3）适应性强，易于推广应用。在农业生产中，农用航空应用的领域多、适宜作业范围广阔，既可喷药施肥也可用于林业、草原飞行播种；既适用于小麦、大豆、水稻等低秆作物，也适用于玉米、高粱、棉花、向日葵等高秆作物和林果作业。它不受地理因素的制约，无论山区或平原、水田还是旱田，以及不同的作物生长期，农药的喷洒一般都不影响。特别是对于滩涂、沼泽等地面机械难以进入的地域，或是蝗虫等虫害滋生地域，都可顺利高效完成作业任务；与地面机械田间作业相比，飞机作业还有降低作业成本、不会留下辙印和损坏农作物的特点；在农业应用领域，无需专用航站建设投入，近地低空飞行可实现精准作业。移动方便，可实现跨地区转移作业，易于普及推广应用。

2　农用飞行器推广成效及发展预测

我国农林牧业在治虫除草、飞播施肥、催熟矮化、绿化荒山、防火巡护、抗旱增雨和防汛泻洪等作业项目，对农用飞行器的需求非常迫切，同时也取得了推广应用成效和经验，推广应用优势凸显。

（1）新型农业经营主体对农用飞行器有迫切需求。目前我国新型农业经营主体迅猛发展，对农用飞行器需求迫切。据统计，2014年全国农业合作社达128．9万个，入社农户9227万户，约占农户数的35．5%，流转土地面积近2667万hm2（4亿亩）。全国经工商注册登记的农机合作社4.74万个，甚至出现了一批流转土地超万亩，固定资产上亿元的大型农机合作社。农机合作社完成的作业服务面积占13%，服务农户达4500万户，经营收入达757亿元，相当于社均年服务收入168万元。规模化经营的新型农业经营主体、较大规模的家庭农场和龙头企业，对农机提出了大型化、成套化、智能化、节能环保和复式作业的新需求，以满足高效和精准农业发展之需。由于农用飞行作业表现出的高效、节能、环保和降低作业成本的优势，成为增添农业装备之首选。

（2）农用飞行器推广历程及研发现状。我国从1951年开始用飞机参加防治东亚飞蝗、护林防火和播种造林等工作。1956年中国民用航空局设立专业航空机构，开展多种农业航空业务。目前，已有6个机种400多架飞机在大面积的垦区和农场从事农业航空工作。主要机型包括“农业5”、“Y5B”、“Y1l”、“海燕650B”等固定翼飞机。作为农业用途的无人驾驶轻型直升飞机在国内目前处于初级研究阶段，参与研发和生产企业达40多家。通用轻型直升飞机代表机型主要有：江西苍岚轻型直升机有限公司生产的CLH的轻型直升机，北京航空航天大学研制的蜜蜂16共轴式无人驾驶直升机，中国人民解放军总参第六十研究所开发的“Z－3”无人直升机，鹤壁鹤翔航空技术有限公司开发的WDIO0型无人直升机等。青岛天骄无人机遥感技术有限公司开发了TJ－1型无人机遥感系统。金泰航空工业公司专门开发、制造的农用无人飞行器，在四川巴南投产。这种以电池组（件）为动力的多轴无人机，是目前国内首创的大型农用无人飞行器。该产品性能稳定，技术成熟，操控简单易学，有效任务载荷达30kg，作业效率为国内常用无人植保机的6倍。

（3）农用飞行器的主要试用示范领域。2010年以来，我国成功地进行了多场次农用飞行器展示和推介活动。据2014年在北京全国农业展览馆举办的第五届中国国际现代农业博览会暨农用航空技术装备展览会信息，包括中航工业集团旗下荆门航空、西安飞行自动化控制研究所、贵州飞机等40多家农用飞机厂商联合参展。除中航工业集团旗下单位以外，安阳全丰、无锡汉和、中航天宇、珠海银通、山东新晨、高科新农、韦德沃德、深圳高科新农、天津中科遥感等知名农用飞行器研发制造企业与通航作业公司也集体亮相。从农业应用领域方面看，主要有三个方面。一是农用低空遥控飞行植保。近几年通过农机部门的大力推动与推广，低空无人植保机得到了快速发展，水稻生产区的每个县几乎都在示范性推广使用。二是人工增雨。飞机人工增雨是一个发展的重要方向，市场潜力大。随着环境的变化，我国遭遇干旱天气也越来越多，目前，国内飞机人工增雨作业普遍使用的催化剂是碘化银，把碘化银溶解在丙酮里制成碘化银丙酮溶液，利用丙酮见火易燃的特性，高温燃烧碘化银丙酮溶液生成碘化银气溶胶粒子。农用飞机这是重要的播撒工具，成为农用航空发展的一个方向。三是飞播牧草及草原鼠害控制。草原开发具有深远的意义，飞播牧草既能有效防治沙漠化，还能发展牧业，造就良好生态环境等。草原鼠害破坏性很大，必须用航空作业予以控制和消灭。飞播草地的寿命约6～7年，此后需要重播，飞播造林的成本远低于人工种树的成本。据测算，未来10年我国农用飞机的需求量约8500架，加上无数的农用低空飞行植保机，潜在市场规模巨大。

3　农用飞行器产业化发展的问题

（1）农用航空发展存在的制约因素。从技术和体制层面看：一是大中型专用农用飞行器少。以改装型居多，在作业中都存在一定的缺陷；小微型农用飞行器研发和生产一哄而上，没有国家技术标准，企业急功近利，乱象丛生；使用缺乏培训，存在大量的安全隐患。二是投入不足。国家的研发投入几乎是空白，没有专业的农业航空技术研究机构，致使农业飞行设备落后，不能适应农业作业要求。农用飞行基础设施落后，固定翼农用飞机没有专用、兼用或临时机场，农用航空企业飞机陈旧，不能适应农业航空发展的需求。农业航空企业规模小，不能适应市场化竞争的需求，难以实现规模化发展。三是机制不顺。大部分农业航空机构内部管理带有浓厚的官商作风，企业缺少活力。农业航空作业活动没有完全市场化，企业间竞争力弱，经济效益不明显，投资环境差，制约了企业的发展，也影响了新资本的注入。四是农业飞行作业申报审批手续复杂。作业申报审批手续复杂，提高了农业飞行作业成本，还延误了最佳作业时机，甚至导致作业失败。

（2）农用飞行器性能有待提高。目前我国农用飞行器的配套动力有燃油动力机、电池动力机和油电混合动力机三种。从驱动形式上分，有单旋翼和多旋翼两种。大中型农用航空器以单旋翼机为主，小微型农用飞行器以多旋翼机为主。燃油动力机噪音大，维护保养成本高，维修较为复杂，对操作人员素质要求较高；电池动力机作业能力小，抗风能力差，续航时间短，电池价格高且寿命短，电池充电时间长，电池使用成本高。油电混合动力机质量不高，性能低下，导致使用成本高。由于目前农用航空器处于快速发展期，售后服务跟不上，对推广应用产生了负面影响。

（3）专业研发及协作攻关不强。一是要优化农用飞行器设计，防止低水平重复，提高自身性能和可靠性，使之便于操控；通过应用GPS或北斗导航系统，实现“傻瓜式”操作，降低操作复杂性。二是对农用航空作业进行专门研究，针对不同作业项目特点研制专用作业器具。如植保作业，应对农药雾滴的沉积和飘逸规律进行研究，对不同旋翼直径的机型进行对比试验，从而优化作业高度、作业幅宽和农药雾滴直径。三是加大高效低毒农药在农用航空作业中的应用研究，提高农药应用效率。要注重农药剂型在农用航空作业中的应用研究，对油剂、水剂、乳剂的应用效果作定量研究。四是建立飞机喷雾的雾滴分布仿真数学模型，通过模型分析雾滴沉降规律，研究喷施高度、风速、不同机型对雾滴粒径及雾滴漂移的影响。

（4）产品的适用性须进一步改善。目前电动无人机续航能力仅有10分钟左右，需要多组电池交替使用，严重影响到其作业效率；油动力小型机续航能力仅有10～30分钟，油电混合动力机续航能力超过60分钟。国内农用低空遥控飞行植保机一般来说载重能力为5～30kg，油电混合动力机可达20～40kg。就目前使用来看，电池动力机大幅度提高载重量比较困难，油动力机实现这一目标则要容易些，但须进行飞控升级，增加智能化模块和程序化设置，用以弥补人工操作之不足。

4　加快农用航空技术发展的对策

（1）建立适应市场化的管理运行机制。一是农用航空站建设以方便适用为标准。针对农用特点，应购买适宜超低空喷洒、适应服务当地地形地块特点的飞机。农用航空站投入资金有限，主要进行农业生产服务，不应盲目追求高精尖，防止无效投入。应以方便农用飞机起降、维护修理、储存物品、对外联络等适用为标准。企业要因地制宜，在考虑自身盈利的同时合理建立航空站。二是农机部门要严格农用飞行作业安全监管。航空机保企业要配匹化学产品专业技术人才，认真执行规章制度和操作规程，加强农用飞行器超低空飞行安全管理，严格化学药剂监控，防止造成损害后果。三是建立农用飞行管理法规。建议给予农用飞机低空飞行空域的自由度，方便使用；简化基础设施建设，以降低筹资压力，降低农用航空建设与使用成本；规范农用飞机超低空飞行安全程序、标准、要求。加强操作人员培训，提高安全使用和经营水平。

（2）制定发展规划及行业技术标准。农机主管部门应联合相关部门制定我国农用飞行器的制造标准、鉴定标准及作业服务标准，深入开展农用飞机技术的宣传和试验示范及推广工作。为使这一新兴行业健康发展，建议对农用飞行器进行分类管理。借鉴其它农业机械分类方法，可以从农用飞行器班作业能力入手，将其分为大、中、小型机：有人驾驶的固定翼飞机以及班作业能力为1333.3～2000hm2的，定为大型农用飞行器———农用飞机；班作业能力在333.3～1333hm2（5000～19999亩）的，定为中型农用飞行器；班作业能力在333.3hm2以下的定为小微型农用飞行器———农用低空遥控飞行植保机。从发展布局看，东北、西北、华北及其广大平原地区和国有大型农牧场，以发展大型机为主，中部及丘陵区以中型机为主，南部及山区以发展小（微）机为主。

（3）实施政策倾斜和资金扶持。国家应对农用飞机基础设施建设应给予政策和资金扶持；将农用飞行器正式纳入国家农机购置补贴，同时对农用飞行作业实施作业补贴。可借鉴河南等省发展农用航空的做法，农民或农民专业合作组织购置农用低空遥控植保机，享受国家农机购置补贴1/3、同时省财政专项资金累加补贴1/3、购机者自筹1/3。

（4）加强研发和推广应用。一是加大农用飞行器研发力度，由推广应用部门根据农业生产需要提出农用飞行器研发思路和架构，引进相应的国际先进飞行器，进行消化、吸收、创新、提高，通过再创新过程，逐步形成适合我国国情的农用飞行器系列产品。在研发环节，应由龙头企业牵头，国家给予适当的资金支持，力争在基础性、共性、关键性部件和典型样机研发上取得突破，形成自主知识产权，避免受制于人。二是加强相关配套技术研究，在农用飞行器各个应用领域逐步突破，指导推广应用工作。三是探索农用飞行器发展模式。随着农用飞行器的发展，客观上要求农业生产的规模化，因此应积极推动新型农业经营主体和国有农牧场率先推广应用，发挥示范作用。各级农机部门应加强调研和引导，根据当地农业生产实际需求，加大政策扶持力度，以机械化家庭农场、种植大户、农机合作社、农机服务组织（公司）为载体，统一规划和组织，建设区域性农用飞行植保服务实体，统一管理、统一作业、独立核算、自负盈亏，力促其健康发展。

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