图为Grumman Ag Cat农用飞机为大豆喷药
继长春、广州两地试点之后,我国低空空域管理改革试点区域有望继续扩容。据了解,目前北京、兰州等5个地区已经上报各自的试点规划和实施方案,这对通用航空来说无疑是令人振奋的消息。所谓通用航空,是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动,包括农林等作业飞行和科学实验等飞行活动,它与运输航空共称为“民航双翼”。其中,农用飞机在通用航空领域占有不可或缺的地位。
简单说来,农用飞机是指为了农业目的而制造或改造的飞机,它们通常执行空中喷洒农药、空中施肥的任务。在一些发达国家,农用航空已经发展成为一个很成熟的产业,有着巨大的产值和就业人数。而我国的通用飞机制造还处于起步阶段,具有广阔的市场发展前景。因此,了解国外农用飞机的历史与现状,并对其未来走向作出展望,对于我国农用航空事业的发展有着十分重要的借鉴意义。
已知的对于空中应用农用设备的记载是由约翰・查特(John Chaytor)在1906年使用移动系绳热气球在新西兰的谷地上进行播种的尝试,而早期使用农用飞机喷洒杀虫剂的实践是在20世纪10年代于德国开始的,但留下的资料不多。1921年8月3日,Coad博士在宣传空中施肥效果时,由约翰・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,取得了令人较为满意的效果。而随着杀虫剂、杀菌剂和除尘剂逐渐发展,农用飞机的应用成为大势所趋,不仅局限于欧美,而且遍及世界各地。这一蓬勃发展的势头,直到后来人们发现广泛使用化肥和杀虫剂对环境的影响,特别是雷切尔・卡森(Rachel Carson)的着作《寂静的春天》出版后才有所放缓。
农用飞机通常体积很小,结构简单但坚固耐用,其与普通飞机的最大区别在于喷洒系统,通常是内置到机翼中由风力涡轮机驱动的泵作为动力。首批广泛使用的农用飞机主要改装自第一次世界大战后的双翼机,如“德哈维兰虎蛾”和“斯蒂尔曼”。20世纪40年代,随着更有效的杀虫剂和杀菌剂面世以及空中施肥方法成熟,专用的农业固定翼飞机变得非常普遍。
就技术角度来讲,农用飞机的作业高度不能太高;作业速度不能太快;喷幅一般可达20-30米宽。飞机需要在作业区超低空飞行,不断爬升、盘旋、下滑、拉平,有时还要飞越周围的树林、高压电缆、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、肥料等喷施在预定田块,目前也有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。一般来说,农用飞机的有效载重可达飞机总重的35%-40%。由于每次载药量有限,且又多在外场作业,飞机还要在简易的跑道上频繁地起飞和着陆。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的奇思妙想层出不穷,如前苏联的安-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,体积更大、功率更高的飞机投入农业使用,其中包括涡轮螺旋桨飞机,代表机型有洛克希德公司的“北极星”等。
在农用飞机的应用方面,新西兰政府做出了很多努力。上世纪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”这样的中大型飞机来进行农用飞机领域的研发。他们曾把呈粉末状的过磷酸钙装在“复仇者”飞机改造后的长程油箱中进行试验,结果被认为是非常有前途的。而道格拉斯DC-3型则被送往英国进行改造,加装了重达一吨的料斗。这些试验成功之后,农民团体轮番游说新西兰政府和空军对农用飞机作业提供资助,甚至希望政府对更大型飞机进行改造研发。但后来,政府的工作逐步被民营企业所取代,越来越多的前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商业飞行,他们时间灵活,收费便宜,而且愿意为较小规模的农场服务。因此,新西兰空军的重点回归到国防领域,政府也基本不再参与商业运营。
美国的农用飞机发展在上世纪30年代至60年代之间,没有新西兰出彩,但进入70年代以后,农业航空扩展到精细农作物的种植。例如用飞播代替传统上费时费力的水稻种植,用空中喷洒除草剂代替人工稻田除草作业、空中施肥等。此前,美国因农业劳动人工成本太高,一度放弃国内的水稻种植,大米全部进口。后来使用了航空作业,到20世纪70年代末期,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十分广泛的国家之一,也是世界上采用飞机喷洒农药较多的国家之一,有资料称其每年处理面积27%。除了2001年因受“9・11”恐怖袭击影响曾暂停农用飞机升空之外,政府对此一直持大力支持的态度。
此外,英国、澳大利亚和俄罗斯等国家的农用飞机使用率均在世界上名列前茅。为适应世界农业航空事业的发展,1960年在荷兰海牙成立了国际农业航空中心(IAAC),创办了《农业航空》杂志。1976年该中心迁入英国克兰菲尔德技术学院,以开展学术研究,培训专业技术人员,交流世界各国农业航空应用技术经验等为主要活动内容。自上世纪80年代以来,随着科学技术的发展,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也用于农业,开辟了航空遥感新业务。
自1960年以来,由于有关飞机喷洒农药带来的环境问题越来越为人们所重视。另外,由于行业开始对水土保持进行关注与研究,农用飞机的负面影响已经出现。为了尽量减少影响,不少国家对飞机喷药施肥进行了一定的限制。例如在瑞典,更是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、效益高等优点并没有丧失。特别是近一段时期,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。
Antonov An-2是首个为专门为农业设计的飞机