有人駕駛航空器植保技術的研究與應用

摘要 航空植保噴霧作業是一種控制農作物病、蟲、草害的有效技術手段。2022年，我國可用于航空植保的有人駕駛航空器達600余架，年飛行作業時間近4.5萬h，由于其高效、靈活等特點在我國現代農業植保工作中應用廣泛。文中簡述了有人駕駛航空器噴霧作業國內外的發展歷程、現狀與趨勢，對我國有人駕駛航空器噴霧作業有關的作業前地面試驗、流量等技術要求；作業中飛行高度、飛行速度、噴幅寬度、側風修正等主要技術環節和大田中實際應用技術進行了較為系統的總結。對提高我國航空噴霧作業的質量、效率和安全性，制定航空噴霧有關技術規范，推動航空植保事業的高質量發展具有一定意義。

關鍵詞 有人駕駛航空器；噴霧作業；技術與應用；展望

中圖分類號：S 477.5 文獻標識碼：A DOI：10.16688/j.zwbh.2024134

有人駕駛航空器噴霧作業是我國航空植保的傳統產業，由于其載藥量大、作業效率高、突擊性強、適應性好，在我國航空植保生產中占有重要一席之地，在新疆團場、黑龍江農場等平原廣袤地區以及森林病蟲害、草原病鼠害等防治中發揮了不可替代的作用。據統計，2020年，我國有近100家通用航空企業開展了農業航空噴霧作業，約占實際運行企業總數的17%，2022年有人駕駛航空器噴霧飛行作業時間近4.5萬h。近年來，年均使用航空器控制農作物病蟲害面積近100萬hm²，防治草原蟲害面積60萬～70萬hm²，小麥田噴施葉面肥達130多萬hm²，防治森林病蟲害面積200多萬hm²，為我國農作物穩產增產和生態屏障建設做出了重要貢獻。

有人駕駛航空器植保作業是使用飛機或直升機并配備專業噴灑設備或裝置，將噴液按相關技術要求從空中向靶標區噴灑的作業方式，按噴灑劑量一般可分為常量噴灑、低容量噴灑和超低容量噴灑；按作用原理可分為常規航空噴霧和航空靜電噴霧。在長期的航空植保生產實踐中，由于飛機噴霧釋放位點高、飛行速度快，霧滴飄移現象普遍存在，如何提高飛機空中高速作業條件下的施藥安全和作業質量，是有人駕駛航空器噴霧作業中需長期深入研究和改進的技術問題。

本文對有人駕駛航空器常規航空噴霧作業的主要應用技術進行闡述和總結，并簡要梳理其發展歷程，扼要描述其發展現狀和發展趨勢，以此為航空噴霧作業技術的研究、改進和發展提供借鑒和參考。

1發展歷程

1.1國外發展歷程

世界航空噴霧起源于20世紀初，最早由德國人于1911年提出，通過使用飛機噴藥來控制森林害蟲。1918年美國嘗試用飛機噴灑砷制劑防治苜蓿害蟲；1921年8月，在美國俄亥俄州用柯體斯JN-6H雙翼機播撒砷酸鉛藥粉防治梓樹林毛蟲取得成功，標志著世界農業航空史的開端；1922年美國使用軍用飛機JN-6的改良型噴藥用以防治棉花害蟲，同年蘇聯在蝗蟲防治中開始應用飛機；1923年美國Huff-Daland飛機制造公司制造出第一臺改進型飛機用于農業，并開始在佐治亞州商業化作業；1928年，美國南方商業集團收購Huff-Daland飛機制造公司，在其農業航空部門的基礎上成立了第一家專門的農業航空服務公司一達美公司（美國現在第三大航空公司達美航空的前身）；1948年澳大利亞用飛機進行航空噴霧并于次年成功撲滅虎蛾Agaris-tidae。1949年美國開始專用農用飛機的研制，并于20世紀50年代開始多用途農業飛機的設計與制造；隨著農業航空的發展，20世紀50年代末，直升機也開始應用于農業航空噴霧。農業航空機型的增多與飛機性能的不斷發展極大促進了航空噴霧技術的進步，噴灑量從大于30L／hm²的常量噴灑，逐步發展到低量噴灑（5～30L／hm²）和超低量噴灑（小于5L／hm²），如美國1944年采用低量噴霧方式（噴液量為9～28L／hm²）的作業已達50%，到20世紀60年代，噴灑量已降低到300～900mL／hm²。據統計，目前美國65%的化學農藥采用飛機噴灑完成，每年處理的耕地面積達40%以上，其中水稻施藥100%采用航空噴灑，全美農業航空對農業的直接貢獻率達15%以上。

在航空噴霧技術方面，美國是世界上技術應用最為成熟的國家，1966年美國農業部農業研究服務署（USDA-ARS）設計出一種電動旋轉靜電噴頭，最早開展了農業航空靜電噴霧技術的研究；隨著計算機、通信和信息技術的發展，20世紀80年代，利用現代信息識別技術確定有害生物靶標的位置，精準噴霧技術開始應用到航空噴灑領域，隨著這些新技術的研究和廣泛應用，航空施藥的精準度和效率得以顯著提升。

1.2國內發展歷程

飛機航空噴霧是我國民航最早開展的飛機作業項目，1951年5月22日，軍委民航局派出1架C-46型飛機在廣州市上空噴灑滴滴涕油劑防治蚊蠅，標志著我國通用航空事業的誕生，成為我國航空噴霧作業項目的開端。1951年6月，空軍派出波-2型飛機，首次開展噴撒“六六六”粉劑防治蝗蟲; 1953年5月至6月，中國人民航空公司派波-2型飛機赴江蘇微山湖地區噴藥66t，滅蝗面積7204hm²，開啟我國通用航空第一次大規模作業；1954年9月，民航專業航空中隊使用波-2型飛機，在河北省國營蘆臺農場的秋麥田首次進行了國內航空追施葉面肥試驗；1955年7月至9月，民航派出安-2型飛機，首次在江蘇大豐縣噴灑25%滴滴涕乳劑，防治棉花蕾鈴期害蟲；1956年5月至11月，民航局專業航空隊派出安-2型飛機在河南、甘肅等省噴藥防治小麥吸漿蟲，作業飛行114h，作業面積2.5萬hm²，為我國首次大面積航空噴灑防治農作物病蟲害作業；1959年5月，民航航測大隊使用運-5型飛機在內蒙古大興安嶺地區防治落葉松球果花蠅Lasiomma laricicola和興安落葉松鞘蛾Coleophora dahurica，開啟我國首次航空噴藥防治林業病蟲害；1959年7月，黑龍江省延壽縣使用飛機噴灑2，4-滴選擇性除草劑等農藥混合液，對水稻田進行除草、施肥和治蟲試驗，作業面積2370hm²，作業飛行150h，其中除草飛行25h，這是我國首次使用飛機開展航空化學除草；1969年7月，在天津市郊區農場，首次使用直-5型直升機開展黏蟲防治。

在噴灑作業機型的引進、研制、更新方面，Y5型飛機是在20世紀50年代中期，我國在仿蘇聯An-2型飛機基礎上，第一款自主成功研制的農業航空噴灑主力機型；至80年代中期，國產Y11型飛機研制成功，開始在農業生產中應用；隨后從澳大利亞和波蘭分別引進空中農夫和M-18 2種機型，期間我國自行研制的農林專用機型N-5A、多用途機型Y5B型也相繼投入使用；2000年以后，又從國外引進了空中拖拉機和GA-200農用機型。使用直升機型開展航空噴灑作業，最早是20世紀60年代末期我國自主研制的直-5型直升機；2005年開始從美國首次引進Bell-206機型并在航空噴灑中應用，后又陸續引進了AS350、R-22／-44、En-strom等機型。

在噴灑技術的應用上，我國航空噴灑作業技術70余年來的發展，可以概括為以下幾個主要階段：1） 20世紀60年代末期到70年代初期，航空噴霧取代航空噴粉；2）70年代中期以后超低容量噴灑技術開始應用；3）進入80年代，農藥與作物肥料進行混合噴施的綜合作業技術開始出現；4）到了20世紀90年代，發展到精準作業技術應用新階段。

2發展現狀

2.1國外航空噴霧技術的發展現狀

以當今航空噴霧技術最為發達的美國和日本為例。

2.1.1發展規模

由于土地種植面積的不同，美國主要使用固定翼有人飛機進行航空噴霧作業，而日本則以輕型直升機、無人機為主。

據有關資料顯示，目前美國在役農業飛機4000架左右，每年開展航空作業的耕地面積近3400萬hm²，占全部耕地年處理量的25%，森林病蟲防治100%采用飛機噴霧方式。隨著精準農業技術的發展，一些生產作業輔助信息系統、經營管理系統等陸續得到應用，如全球定位系統（global positioning sys-tem，GPS）、地理信息系統（geographic information system，GIS）、遙感系統（remote sensing，RS）、作物生產專家管理系統以及有關的新裝備及部件，促進了飛機噴霧效率的提升，為農業航空業用戶增長了效益。

日本是一個農戶平均耕地面積較小的國家，以種植水稻作物為主。據日本農林水產省統計報告，近年來，使用航空作業的土地規模在350萬hm²左右，其中由于農用輕型無人直升機具有噴施率高、用藥量小、機動靈活、作業效率高、藥液飄移少等優點，其作業面積目前已增加到100多萬hm²。在日本，農業生產上采用無人駕駛輕型直升機作業已成為發展趨勢之一。

2.1.2作業技術

美國農業航空應用規模大，是世界上農業航空技術研發、設備制造最發達的國家。其航空噴霧作業技術主要反映在：1）GPS導航噴灑技術。對噴藥田塊、作業路線以及飛機的作業位置實現實時顯示，幫助飛行員進行動態監控和及時修正，并便于實現“斷點續噴”。2）噴嘴模型應用技術。通過噴霧霧滴與噴嘴類型、噴霧壓力、氣流速度的關系，預測作業的噴霧效果，為確定適宜的作業參數提供參考。3）航空飄移模型預測技術。利用建立的相關模型，通過輸入作業機型、霧化器、噴液、氣象因子等參數，預測噴霧飄移情況，達到提高農藥利用率、減少飄移損失的目的。4）航空變量噴灑技術。根據作業地塊空間單元的數據與多源數據（如病蟲草害程度、小氣候、土壤質地等）進行疊加分析，有針對性地調整噴灑量進行噴灑。5）航空靜電噴霧技術。航空靜電噴霧具有有效降低施藥量、提高霧滴沉積率的優勢，但由于靜電噴霧施藥量小于美國農藥使用時其標簽規定的標準，加上航空靜電噴霧設備的成本與噴霧效果等問題，限制了這項技術的廣泛應用。

農業航空噴霧在日本，主要應用于病蟲害防治、施肥、播種等方面，其中病蟲害防治（以水稻為主）占了95%以上。航空噴霧技術研究主要包括以下幾方面：1）航空噴霧主要影響因子（作業機型、設備、氣象條件等）研究；2）航空噴霧沉積特性影響因子（飛行高度和飛行速度等飛行參數）研究；3）基于防治目標、作物種類及生長期、作業田塊等作業對象的噴灑航路優化設計；4）噴灑藥劑（低量）以及配套作業規范的研究；5）航空遙感監測在病蟲害防治，以及有關成果的商業應用。

2.2國內航空噴霧技術的發展現狀

2.2.1航空器與作業規模

從航空器的選擇和使用上，以作業面積指標來衡量，國內的航空噴霧作業仍以固定翼飛機為主，但直升機與無人機的使用規模，近些年發展迅速。

根據相關資料顯示，截至2022年，我國農林業上使用的固定翼飛機500架左右，直升機100余架，防治農林業病蟲草害和施肥的面積近500萬hm²，作業時間4萬多h，與農業航空發達國家相比差距明顯。農用飛機擁有量僅占世界農用飛機總數的0.13%左右，農業航空作業面積占耕地面積的1.70%。

使用的主要機型有：1）固定翼飛機：Y5B、Y1l、Y12、M-18、GA-200、AT-402、N-5B、海燕650B、蜜蜂等固定翼飛機；2）直升機：貝爾（Bell-216／-404）、小松鼠（AS350）、恩斯特龍（Enstrom 480B／280FX）、羅賓遜（R-44／-22）等。

2.2.2作業設備系統

目前，我國應用于固定翼、直升機的航空噴灑設備，主要有以下幾種類型：

1）GP-81型噴灑設備：主要適用于國產Y5／Y5B型系列飛機，由徐州福利達民用航空地面設備公司生產。設備配套有低量、常量噴頭和旋轉霧化器，載藥量800～1000kg，噴幅寬度50～60m，可實現常量、低量和超低量噴灑作業。

2） DTM-4型噴灑設備：該型噴灑設備由美國Apollo Spray公司設計制造，主要適用于羅賓遜R44直升機。作業效率15hm²／h，水箱容積200L，噴幅寬度18m。

3） 3900-35082型噴灑設備：該型噴灑系統是美國Isolair公司針對AS350型直升機設計的專用航空噴灑設備。液體存儲箱容量1022L，噴桿長度8.8m，噴幅寬度12～18m。

4） Model 244型噴灑設備：該型噴灑設備由美國Simplex公司設計制造，主要適用于羅賓遜R-44、R-22直升機。載藥量284L，噴桿長度8m，噴幅寬度14～17m。

2.2.3作業技術

在航空噴灑技術的研究和應用上，主要圍繞以下幾個方面：1）航空噴霧設備及組件對噴液霧化、沉積飄移的影響；2）作業參數（包括飛行高度、飛行速度、噴幅寬度等）、氣象條件等對霧滴沉積飄移的影響；3）根據防治靶標、作業田塊、作物種類、作物生長期等作業對象的噴灑航路優化設計；4）航空變量噴霧及靜電噴霧技術研究；5）適合航空噴霧特點的藥劑劑型研究；6）航空施藥安全性相關作業標準等的制定。

3我國有人駕駛航空器植保主要應用技術

根據有關技術文獻，結合筆者30余年來從事有人駕駛航空器植保相關技術研究的心得和經驗，將我國有人駕駛航空器植保主要應用技術歸納總結為以下幾個方面。

3.1作業準備技術

3.1.1地面試驗

盡管農藥使用標簽給出了一些情況下的使用說明，但由于有人駕駛航空器載藥量大、噴灑面積大、噴灑效率高，農藥使用不當給農業生產造成的損失比地面器械、無人機噴灑要大得多，挽回的難度要高得多，因此，對有人駕駛航空器噴灑來講，地面噴灑試驗是不容忽視的一環。作業前應根據防治對象，使用的農藥品種、配方以及防治次數等先期進行地面小區試驗。在地面試驗時，應著重考慮以下幾個方面：

1）農藥選用。由于航空噴灑作業的特殊性，在藥劑（化肥、微肥）的選擇上要求較為嚴格，即要考慮安全、有效、經濟、適用，又要考慮是否適合于飛機使用，溶解性差、雜質多、腐蝕性強的藥劑（化肥、微肥）一般不適合于航空使用。2種以上的農藥混合使用時，混配之前應了解藥劑的理化性質，防止混配造成農藥理化性能改變和不同農藥間的拮抗作用而造成農藥藥效的降低。

2）配方試驗。根據防治對象、靶標作物，選擇與航空噴灑區域長勢相近、生育期相同的作物小區，在防治適期進行藥（肥）等處方試驗，找出經濟、有效的配方，為空中噴灑作業做準備。

3）藥害試驗。根據農藥使用標簽（說明書）開展農藥使用劑量、用量、次數等的藥害試驗，避免農藥使用量、噴灑時期不當造成藥害事故。

4）噴灑時期。根據作物、防治對象確定最佳防治時期，以最好地發揮藥效，提高作業效果。在防治時期的選擇上，一般要確定在作物抗藥能力強，蟲害、病害、雜草抗藥能力弱的時期，也就是說，選擇在害蟲的低齡期，病害發病的初期，雜草草齡小的時期防治效果最佳。如小麥黏蟲Mythimna separata的最佳防治時期應該在3齡以前；水稻穗莖瘟的最佳防治期是水稻的始穗期至齊穗期；防治稗草Echi-nochloa crus-galli的最佳時期是稗草2～3葉期；大豆葉面施肥的最佳時期是大豆的盛花期至鼓粒期。

3.1.2流量調試

流量調試是航空噴灑作業中重要的基礎性工作，作業前，應對噴灑設備進行試噴校正，使流量符合噴灑量的要求，一般流量誤差不超過噴灑量的10%（特殊藥劑例外）；在作業中，需經常檢查噴灑時間，發現超過規定誤差時，應及時通知機務人員進行調節。

流量調試一般是在空中完成，在飛機藥箱中加入一定量的水（一般調試以水為介質），根據作業項目要求，首先確定噴頭數量、噴嘴型號（或霧化器）、安裝角度以及噴灑壓力等，計算出每分鐘的總流量。測試時，當飛機起飛后達到作業速度要求時，打開噴灑開關，同時計算噴灑時間，根據事先計算好的時間及噴灑所用時間來確定流量的準確性。當流量誤差大于允許值時，應對噴灑系統進行檢查和調整，如檢查噴灑壓力是否到位，噴嘴、噴桿有無堵漏等。

3.2噴灑設計技術

3.2.1作業方式的選擇

作業方式即航空噴灑作業時的飛行方法。一般分為：1）單向式。一個方向的噴霧作業，即航空器每個噴幅都朝同一方向通過目標區。如在草原上的噴灑作業。2）穿梭式。航空器在相鄰噴幅往返方向通過作業區的方式。3）包圍式。一種飛行路徑首尾相連的環形作業方式。通常用于寬度較大或者兩個位置大致平行、面積基本相等的地塊。4）串聯式。在一架次作業中能夠將2塊以上的零星小地塊串在一起完成的作業方式。

農業航空噴灑作業期間，一般農時緊、任務重，最佳施藥期很短，提高作業效率是需重點考慮的技術措施之一。在保證飛行安全的前提下，采取最經濟合理的噴灑作業方式能有效地提高作業效率。根據作業地塊大小與分布確定適宜的作業方式：1）在狹長地帶上作業，可引導飛機采用穿梭法進行；2）在位置大致平行且面積基本相等或寬度大于1200m的地塊，采用包圍法效率高；3）對小塊分散且基本處于同一條線段上的地塊，可以采用串聯式。

3.2.2噴灑方式的選擇

航空噴灑方式分為常量噴灑、低容量噴灑、超低容量噴灑3種。

根據民航有關航空噴霧作業質量技術指標標準的規定：常量噴灑為噴液量大于30 L／hm²（含30L／hm²）；低容量噴灑為噴液量大于5L／hm²、小于30L／hm²；超低容量噴灑為噴液量小于5L／hm²（含5L／hm²）的噴灑作業。目前，生產上飛機噴灑大多采用低容量噴灑技術，噴灑量為20～25L／hm²，并結合作業對象的不同作適當調整；超低容量噴灑主要應用在森林滅蟲和草原滅蝗上。

3.2.3飛行高度的確定

飛機噴霧時的飛行高度不能低于安全飛行高度。為保證作業質量和效果，可根據噴灑方式、作業項目、氣象條件作適當調整。

飛行高度是從作物頂端到噴桿的距離。低容量噴灑飛行高度一般要求在3～5m：當側風風速小于3m/s時，飛行高度可適當提高到4～5m；當側風風速大于3m/s時，飛行高度降低到3～4m。這樣根據風速的變化適當調整飛行高度是生產上經常采用的作業技術之一，有利于確保有效噴幅內霧滴均勻度和霧滴覆蓋密度。除草作業時，由于霧滴粒徑較大，為保證有效覆蓋密度，同等作業條件下，飛行高度普遍要低些（3～4m），有效作業噴幅相應也要變窄一點。如M-18A型飛機除草作業時飛行高度3～4m，作業噴幅40m；進行其他噴灑作業時飛行高度4～5m，作業噴幅45m。

3.2.4飛行速度的確定

飛行速度一般為作業機型正常的平飛速度。目前生產上常用作業機型的飛行速度為：Y5型為160km/h，Y5B型為170km/h，M-18A型為180km/h，Y11、N-5A型為170km/h，GA-200型為168km/h。為保證飛行安全，高原地區（海拔1500m以上）作業飛行速度應根據高度的增高而相應減小。

3.2.5噴幅寬度的確定

選擇適宜有效的噴幅寬度是保證不重噴不漏噴，提高航空噴灑質量的重要措施。航空噴霧霧滴沉積具有正態分布的特征，1個單噴幅兩端霧滴數量達不到作業質量要求，但2個單噴幅兩端部分適當重疊后，重疊部分的霧滴密度可達到設計要求，這時2個相鄰單噴幅重疊后霧滴密度達到質量要求的兩噴幅中心線間的距離就是有效噴幅寬度。

有效噴幅寬度受作業機型、噴灑設備、作業項目、防治對象等多方面的影響。如飛機葉面施肥作業：Y5B、M-18A、Y11、N-5A、GA-200型飛機其有效噴幅分別為：50、45、45、35 m和20m。就同一機型不同作業項目而言，其有效噴幅寬度也不同，如GA-200型飛機：除草作業有效噴幅為18m，葉面施肥與防病作業為20m，森林滅蟲作業為30m。有效噴幅是經過多次反復測試及在生產上驗證其實用性和經濟性的基礎上得出的，一般保持相對不變。

3.2.6側風與順逆風修正

在飛機噴霧作業中，霧滴飄移是普遍存在的現象，霧滴飄移不僅造成藥液的損失，污染環境，還會造成藥害，在噴施除草劑時這一問題顯得尤為突出?？刂旗F滴飄移是目前飛機噴霧所面臨的技術重點和難點之一。

霧滴飄移是噴灑作業時由于風、湍流等因子造成的，一般霧滴的飄移距離計算公式為

D=（H×U）／V。

式中，D為霧滴飄移距離（m）；H為飛行高度（m）；U為側風速度（m/s）；V為霧滴降落速度（m/s）。

從上述公式可知，當霧滴粒徑、飛行高度確定時，風速是霧滴飄移的主導因素，風速越大，飄移距離越遠。為了避免和減少藥液飄移流失，提高霧滴的回收率，作業時應首先根據防治靶標、藥劑種類等正確選擇霧滴直徑，同時在作業時根據飄移距離對作業航跡進行修正。

3.2.6.1側風修正

有偏流修正和移位修正2種方法。1）偏流修正法：應使飛機飛行的航跡與設置的信號保持平行。偏流修正度數一風的垂直分量（m/s）×1.3（偏流修正系數），風的垂直分量一風速×Sin a（a為側風角）。2）移位修正法：為飛機航跡移向信號線上風方向一定距離，使藥液噴灑在預定地帶。移位距離（m）=藥液沉降時間（s）×風的垂直分量（m/s）。

3.2.6.2順逆風修正

打開噴灑設備距起始信號距離（m）=噴灑設備開啟延滯時間（S）×飛行速度（m/s）±藥液沉降時間（S）×順逆風風速（m/s）；關閉噴灑設備距終點信號距離（m）=[噴灑設備關閉延滯時間（S）+殘積物拖延時間（s）]×飛行速度（m/s）±藥液沉降時間（s）×順逆風風速（m/s）。

進行噴灑作業時應盡量選擇側風噴灑。根據作業區域的風向、風速，作業前計算好修正，并將修正后的數據及時通知機組。

3.3不同作業場景綜合配套技術

3.3.1大田噴灑防治病蟲

1）作業噴幅。M-18A、Y5B型飛機噴灑作業一般噴幅為50m；N-5A型飛機一般噴幅為35m;Yll型飛機噴幅為50m；GA-200型飛機作業噴幅為20m。R-44、S-300C型直升機噴幅一般為30m；Bell-206B、AS350、Enstrom型直升機噴幅為35m左右。

2）飛行高度。飛行高度一般為距作物頂端5～6m;草原滅蝗蟲作業的飛行高度為5～7m。

3）噴灑設備安裝調整。M-18A型飛機如果安裝Au-5000型旋轉霧化器，霧化器數量為10個，槳葉角度分別調為：55°、45°、45°、45°、55°，在機身兩側對稱安裝；Y5B型飛機安裝CYD-1型旋轉霧化器，數量為10個，槳葉角度和安裝位置與M-18A型飛機相同；N-5A、GA-200型飛機使用噴嘴，一般使用噴嘴數30個，安裝角度為90°，噴嘴型號根據防治要求調整。R-44、EN480、AS350、Bell-206型直升機使用噴嘴數量因噴桿長度各異，一般在30～50個，噴頭間距15cm左右。

4）噴液量與霧滴密度。由于滅蟲防病作業采用的是小霧滴作業，噴液量較其他農業作業的噴液量小，噴液量一般為10～15L／hm²，霧滴直徑150μm左右，霧滴密度25～30個／cm²。草原滅蝗蟲作業噴液量為1. 5～3L／hm²（超低量），霧滴直徑90～120μm，霧滴密度15～20個／cm²。使用直升機進行防病蟲作業，噴液量一般為5L～10L／hm²。

5）藥液配制。飛機防病滅蟲作業一般采用低容量和超低容量噴霧方式，噴霧霧滴小、密度高。在藥液配制或使用時，為了減少噴霧飄移和霧滴揮發，一般在噴液中應加入一定比例的航空噴灑沉降劑和植物油型助劑，有時也可加入一定量的尿素。

3.3.2大田噴灑除草

1）飛行高度。除草作業，飛行高度一般離作物頂端3～5m。實際作業時，飛行高度應根據噴灑地段的風向、風速進行修正。飛行高度過低導致噴幅變窄，易出現條狀漏藥帶；飛行高度偏高加重噴霧飄移，導致作業質量降低和產生藥害的風險。

2）作業噴幅。噴灑除草劑進行土壤處理：M-18A、N-5A、GA-200型飛機作業噴幅分別是35、25、18 m；莖葉處理噴施除草劑：M-18A、N-5A型飛機噴幅分別是40、30m。

3）噴液量。除草作業一般使用除草劑的濃度較高，并根據除草時期的不同其噴灑量也不同，一般苗前土壤處理的噴液量大于苗后莖葉處理的噴液量。以大豆田除草為例，苗前處理的噴液量為25L／hm²，苗后莖葉處理為20 L／hm²。

4）噴嘴配置。由于旋轉式霧化器產生的小霧滴易揮發和產生飄移引起藥害，飛機除草作業時一般不予采用，通常使用扁扇形噴嘴或錐型噴嘴。噴嘴配置根據機型和噴灑量而定：一般M-18A、GA-200型飛機土壤處理使用噴嘴數分別為75個和30個；N-5A型飛機土壤處理、莖葉處理使用噴嘴數分別為30個和32個。

5）防止噴霧飄移。為了減少噴液霧滴飄移，避免對敏感作物產生藥害，提高航空生產的安全性，在進行除草作業時，一般應在噴液中加入適量的植物油型助劑和航空噴灑沉降劑。

3.3.3大田噴灑施肥

1）作業噴幅、噴液量。不同機型作業噴幅要求不同：一般M-18A型飛機作業噴幅為45m，Y5B型飛機為50 m，Y11型飛機為45m，N-5A型飛機為35m，PL-12型飛機為25 m，GA-200型飛機為20m。

各機型噴液量為20L／hm²（1.33L／m²）左右，霧滴直徑為200～250μm，霧滴數為30個／cm²左右。

2）飛行高度。飛機葉面施肥作業，生產上常用的Y5B型飛機飛行高度一般為4～6m，其他機型的作業飛行高度為4～5m。

3）噴灑設備配置。根據不同的作業機型，結合生產上多年的實際應用，得出的參考值如下。

若使用旋轉霧化器，Y5B型飛機配置使用CYD-1型10個，流量為283L／min；M-18A型飛機配置使用Au-5000型10個，流量為270L／min。若使用液壓式噴嘴，Y11型飛機使用常用噴嘴74個，流量為255L／min；N-5A型飛機使用常用噴嘴36個，流量為198L／min；GA-200型飛機使用常用噴嘴30個，流量為112L／min。

3.3.4林區（果園）噴灑

1）飛行高度。由于飛機在山區飛行作業，地形較為復雜，在飛行高度方面，一般要求距離樹冠15～20m。直升機在林區作業，根據機型的不同飛行高度略有差異，R-44、S-300C型直升機：片林3～5m、山區10～12m、復雜地區15～18m；Bell-206B、AS350、Enstrom型直升機：片林3～5m、山區15～30m、復雜地區20～30m。

2）作業噴幅。噴幅寬度因機型而異，不同機型作業噴幅的經驗值為：M-18A、Y5B型飛機的噴幅為60m，N-5A型飛機的噴幅為50m，GA-200型飛機的噴幅為30m。R-44、S-300C型直升機噴幅寬度一般為35m；Bell-206B、AS350、Enstrom型直升機噴幅為40m左右。

3）噴灑設備調整。旋轉式霧化器：以M-18A和Y5B型飛機為代表，使用AU-5000型和CYD-1型旋轉式霧化器，每種機型可安裝10個；低容量噴灑，噴液量5～10L／hm²；超低容量噴灑，噴液量3L／hm²；工作壓力0.25MPa。噴嘴：以GA-200和N-5A型飛機為代表，進行低容量和超低容量噴灑，噴液量3L／hm²，噴頭數量一般按30個配置、安裝角度45°。

4）霧滴密度。森林滅蟲采用的是小霧滴噴灑技術。霧滴直徑范圍為100～120μm，霧滴密度一般不少于10個／cm²。霧滴直徑大小的調整是改變噴頭角度，一般采用向前45°。

3.4其他技術

3.4.1航空噴灑助劑的使用

大氣溫濕度對航空噴霧作業質量有顯著影響。溫度高濕度低霧滴易揮發，特別是小于100μm的小霧滴，容易偏離靶標物或蒸發掉。因此，在噴灑的藥液中加入適量的噴霧助劑，用以增加藥液的黏度利于藥液沉積，降低噴液表面張力、增加霧滴直徑來改善霧滴譜，進而減少藥劑的揮發和飄移損失，減少航空噴霧引發的藥害和環境的污染。一般航空噴霧助劑以使用植物油型助劑為主，植物油型助劑屬天然產品、無毒，易被植物和土壤微生物分解、利用，不污染和破壞生態環境。此外，植物油型助劑能有效提高航空噴灑的質量和效果，增強藥液在作物表面的耐雨水沖刷性，可顯著地擴展霧滴在葉表面的分布面積，有利于藥液的滲透和吸收。航空噴灑植物油型助劑添加量一般為噴液量的0.5%～1.0%。

3.4.2防止碰撞輸電線

在有架空輸電線路的地段區域作業時，安全飛行在技術上至少要做到以下幾點：

1）禁止從各種電線下方穿越。2）沿高壓線飛行時，飛機距離高壓線的側向距離不得小于30m，當風速超過5m/s，在電線上風頭區飛行時，上述距離不得小于50m。3）飛越高大構架的高壓線的高度，距高壓線不得少于30m，當風速超過5m/s時，高度還應有所提高。4）飛越一般輸電線的高度，距電線不得少于10m，當風速超過5m/s時，距電線不得少于20m。5）空中不易發現的電線須布置信號顯示。

在農業航空噴灑作業飛行中，刮碰高壓線的飛行事故時有發生，其原因多數為違規違章操作，作業人員應認真總結經驗教訓，避免飛行事故的發生。

4發展展望

4.1有人駕駛航空器與無人機植保作業的應用范圍

農業航空噴霧航空器分為有人駕駛和無人駕駛2種模式。在國際上，人均耕地相對面積較大的國家，例如美國、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、巴西等，基本上都采用有人駕駛固定翼飛機和旋翼直升機施藥。人均耕地相對面積較小的國家例如日本、韓國等，大多數將有效載荷小的無人機應用于農田病蟲害防治當中。

在我國，盡管近年來無人機技術快速發展，并已越來越多地應用于病蟲害防治工作中，但不同地區因管理方式和生產模式的原因，在東北三省、內蒙古、新疆等耕地面積較大的農墾地區，仍主要是大型固定翼飛機，少數為旋翼無人機；在南方的丘陵或地貌復雜的山地地區，主要為旋翼無人機。因此，在一些地區和場景下，大型固定翼飛機仍是重要的植保施藥器械。

4.2有人駕駛航空器植保技術研究和應用中應思考的問題

4.2.1噴頭及噴霧系統裝備研究

降低藥量、提高藥效是航空植保施藥的技術要求，研制變噴量旋轉噴頭、雙噴嘴航空靜電噴頭等噴施設備，利用現有的農用飛機平臺，研制農業航空高效精準同步變量噴霧控制系統等，以實現農用飛機低碳、環保、高效、安全的航空植保施藥。航空企業和科研院所應自主研發適合多作業機型的先進農業航空植保裝備，或者引進、消化吸收新型高效農業航空植保裝備，促進農用飛機植保裝備技術水平的不斷提高。

4.2.2作業技術及標準研究

研究不同航空噴施條件下飛控參數、噴霧參數、氣象因子等因素對噴幅、農藥霧滴沉積均勻性等的影響，以確定最佳的作業參數；研究航空變量噴灑技術，目前主要的變量噴施控制方式有壓力可變式控制及脈寬調制式控制，通過對變量噴施的深入研究，保證航空植保所需的噴霧量隨不同地域環境、農用飛機飛行速度變化而自動調節，既節本增效又可滿足農藥噴霧量的要求，并有效減少隱性的農藥殘留；開發適合航空施藥的高效防飄噴霧技術，飛行控制關鍵技術等；研究適宜不同地區、不同農作物、不同病蟲害的飛機植保精準高效施藥技術規范、管理規范、作業質量和防治效果評價標準以及環境風險評估標準。

4.2.3噴灑制劑及助劑研究

飛機航空植保大多數是低容量噴霧，適用的農藥噴灑制劑會改善霧滴霧化過程、減少霧滴飄失、提升農藥霧滴在靶標作物表面的滯留量使用適宜的農藥助劑有利于改善農藥制劑的噴灑性能，降低藥液揮發、減少細小霧滴的產生。目前航空植保采用的藥劑大多與地面施藥機械所采用的藥劑、劑型相同，缺乏符合航空噴霧特點、可以防止航空噴霧風險的專用藥劑或劑型；噴霧助劑的選擇也十分受限，導致飛機噴霧效果不理想，并因細小霧滴飄移對鄰近作物、蜜蜂、畜禽、水源等安全造成負面影響。因此，需深入研究符合航空植保特點的噴灑藥劑與專用助劑，提升航空植保的安全性和整體效益。

4.2.4運營技術配套研究

航空植保涉及范圍廣、環節多，有人駕駛航空器噴灑尤甚。在航空植保實際生產中，一方面農業經營主體要積極參與航空植保，積極配合專業防治組織完成航空植保作業，同時，要充分發揮政策驅動作用，引導航空植保服務組織搞好市場開發，做好防治服務；另一方面注重培訓飛行員，使航空植保作業運行人員比較熟悉作業技術和農藝技術，能夠安全使用各類農藥，針對不同的作物進行不同方式的噴施，有效地避免航空植保噴施農藥給生態和環境帶來的危害，促進飛機植保作業擴面、提質、增效。

4.2.5安全監管技術研究

研究并健全航空植保準入和運行的安全監管法規體系，構建航空植保安全監管技術平臺，開展航空植保機械質量檢測鑒定和檢查檢驗，審核培訓基地資質和質量，加強航空植保機械維修保養技術服務。

開展航空植保對環境和生態影響的跟蹤監測，研究監測航空噴霧后對鄰近敏感作物、蜜蜂、家蠶、水源等的影響，為航空植保提供技術參考。

4.2.6與無人機植保相結合共同發展

有人駕駛航空器植保與無人機植保各有特點和優勢，有人機植保適用大面積連片農林地區，作業效率高；無人機植保為小地塊、洼地塊、丘陵地塊等提供靈活、方便的植保噴灑作業，彌補了固定翼飛機噴施不精準等不足。二者相互補充，構建了我國完整的航空植保安全施藥技術體系。在實際的生產過程中，要因地制宜充分發揮和利用各自的航空植保技術優勢，為我國的農業現代化和確保國家糧食安全發揮更大的作用。

4.3發展前景

我國農業航空產業目前處在快速發展階段，農用有人駕駛航空器的數量達600多架，且逐年穩中有升，使用的航空器類型包括了Y5B、Y11、海燕650B、M-18系列、畫眉鳥510G、N-5B、Bell-216、AS350、Enstrom 480B、R-44等。隨著農業政策的調整，農業合作社、家庭農場等形式的規?；N植逐步形成，伴隨人口老齡化問題與農業勞動力短缺的矛盾不斷加劇和我國近年來流行性、遷飛性強的病蟲害頻繁暴發，現代農業對航空植保的需求正不斷增加。特別是對于占全國糧食種植面積60%以上的玉米、水稻等作物，由于其特殊種植模式和作物特性，使得普通地面高效作業機械難以進入田間，對航空植保的依賴更加明顯。

當前，我國航空植保施藥技術研究正逐步深入，航空噴灑基礎理論研究、低空噴灑沉降規律、航空靜電噴霧技術、航空植保精準施藥變量噴霧技術、航空安全施藥作業標準與規范等將是研究的熱點，基于航空遙感的病蟲害監測預報與作物營養監測與管理等方面也將是今后的研究方向。隨著航空植?；A理論和應用技術的提升，為提高有人駕駛航空器的作業效果，實現農藥的減量增效，降低農業生態環境污染提供了廣泛的技術支持，因此，在可預見的將來，有人駕駛航空器植保技術對推動“資源節約型和環境友好型社會”建設，促進我國現代農業可持續發展具有重要意義，具有廣闊的發展前景。

5結語

1）有人駕駛航空器植保作業是我國傳統的航空植保手段，具有高效、作業面積大、突擊性強的特點，在我國現代農業植保體系中占有重要位置并將繼續發揮應有的作用。2）無人機植保有著噴灑質量高、噴霧飄移少、經濟性強和易于操控等特點，近年來在我國發展迅猛。無人機規模、作業面積保持年均30%以上的增長，已成為我國航空植保領域的重要力量，它將與有人駕駛航空器植?；檠a充，共同發展。3）根據我國現階段有人駕駛航空器植保技術現狀和發展需求，應加強其相關的噴灑設備系統、組件和關鍵部件的研發，大力推動適宜的航空噴灑農藥劑型的研制，為不斷提高航空噴灑的安全性和效率提供條件和基礎。4）加強有人駕駛航空器植保新技術的研究和應用，特別是有關航空噴霧防飄減飄的理論研究、模型研究，航空精準施藥、變量施藥技術研究，有關新型航空噴灑助劑的研究，為不斷提高航空噴霧的質量和效益提供技術支撐。