飞驰中的高铁玻璃被时速350公里铝弹击中,会碎吗?
2017-06-22
来源:中国制造
标签: 高铁  时速  玻璃 
 有一个关于高铁的实验是这样的:用1kg重的铝弹以时速355公里的速度冲向高铁列车上的玻璃,你猜会怎么着?

  正如视频中所说,高铁玻璃碎了一地,但是!

  问题来了,这个实验竟然算成功的,实验结果说明高铁玻璃“坚不可摧”,这是怎么回事?

  不急,高铁玻璃的秘密多着呢,比如不管列车速度有多快,你通过车窗眺望远方的美景时并没有感到眩晕等。下面我们就来一一解答。

  (一)为何看窗外不眩晕,景物不变形?

  

  高铁车前窗玻璃属于双曲面的结构,玻璃本身有好多层,层与层之间保持高度的吻合,这样不会影响玻璃的光学效果,看东西还不变形。

  高铁侧窗玻璃视觉效果优良,改善了玻璃在厚度、平面度上的误差,并且做到了玻璃材质成分的充分均质,保证各处的折射率相同,看景物不会变形,和没有玻璃一样的视觉效果,看起来就舒服,不会晃眼。

  而普通玻璃由于存在一定的光畸变,透过玻璃看景物会产生变形,同时,对于高速运动的景物会产生速度的叠加,造成晃眼,带来晕眩感。高铁动车组列车的减震性能好,不规则的颠簸减少,景物晃动变小,运行非常平稳、宁静,给乘客以慢的感觉,乘客久坐了也不会有晕眩感。

  所以,答案就是——高铁玻璃折射率相同,列车减震性能好。

  (二)高铁运行过程中碰到小石子会被击破吗?

  当前高铁列车的最高运行时速为380公里/小时,高速度也就意味着高风险,高速行驶的列车会将周围的空气压缩,空气阻力大大提升,这让列车在行驶过程中犹如穿过一道道砖墙,阻力之大可想而知。因此,为了保证列车的安全性,列车中最脆弱的挡风玻璃都必须做到坚不可催。

  

  高铁玻璃冲击试验

  正如我们上述实验中提到,1kg重的铝弹以时速355公里/小时的速度冲向高铁列车上的玻璃,尽管满地都是碎玻璃,窗上被铝弹砸出了一个大坑,但是玻璃并没有被穿透及脱框,窗后并没有玻璃渣飞溅,用手敲打撞击部位依然很牢固,所以,那项实验是符合标准的,说明实验成功了。

  高铁特别注重玻璃材料的高速撞击性能,这也是玻璃加工企业生产技术上的一道门槛。以投入运行的CRH380A动车组为例,其要求前风窗玻璃能够经受得住1 kg铝弹以540km/h的速度撞击而不能被穿透。侧窗玻璃要求具有良好的视觉性能、安全性能、节能性能和环保性能。

  (三)两车交会时,就不会产生“破窗”事故

  中国标准动车组在郑徐客运专线进行的会车试验中,以每小时420公里的交会速度刷新了列车高速试验记录,这也是世界上首次在实际运行的轨道上进行的高速列车会车试验。

  

  中国标准动车组

  如此高的交会速度,对高铁玻璃质量是一次巨大的考验。

  为什么这么说呢,因为当两辆列车会车或列车进入隧道时,会在列车之间、列车与隧道之间产生极高的风压,会给交会车辆的侧窗造成很大的冲击,有可能出现破窗事故。

  在2007年没有提速以前,铁轨上长期跑的是时速160公里的车,两车交会时,就曾出现过一个时速200公里的车把时速160公里的车的车窗玻璃吸走,车窗掉下来的事故。

  因此侧窗也必须具有较高的机械强度和抗冲击强度。

  此外,当车窗受到外力破坏时破裂时,也要求玻璃产生的碎片必须要形成蜂窝状碎小钝角颗粒,外层玻璃均达到无碎渣剥离,内层玻璃完好。

  

  (四)所以,这样的玻璃是怎么造出来的?

  要想应用在时速300公里以上高速列车上, 高铁前窗玻璃三大必须解决难题:一是玻璃结构需更加优化,通过计算机辅助控制精密成型技术,可满足城际动车超大弧度全景式流线型设计需要,从而提高玻璃的光学性能;二是化学钢化工艺要有质的突破,这是决定前窗玻璃力学性能强度的关键;三是要设计出一种计算机控制加热丝布线技术,通电后加温均匀性达到相关标准要求。

  这三大难题还得各个学科配合,并最终在工厂生产中实验:机械学科负责曲面优化及热弯工艺研发;材料、化学学科联合突破化学钢化工艺;计算机学科则负责数值模拟加热丝布线技术。

  铯盐与钾盐要“搭配”合理

  普通的玻璃生产工艺是先从配料开始,然后将配置好的材料高温加热,形成均匀的无气泡的玻璃液,再让它冷却成形。

  这配料也得有讲究,玻璃的力学强度要求在这摆着呢。所以,科研人员调整了化学钢化试剂的配方。通过考察铯离子含量对单片玻璃力学性能的影响,科研人员最终发现当铯盐与钾盐质量比达到某一数值时,单片化学钢化玻璃平均抗弯强度可以达到705Mpa,相当于一个七万多吨的东西压在1平方米大小的水平面上承受的压力。

  实验用和工厂的热炉不一样!

  而到了高温加热这一步又有一个问题,最初实验室里出来的每块玻璃力学性能都不一样,最初的性能指标连车速200Km/h的都达不到,何况是400Km/h。

  后来,科研人员发现,实验用的500℃高温炉与实际生产用的电脑控制的高温炉在加热环境中存在差异。果然,对实验用高温改进后,加工后的玻璃性能稳定性大大提高。

  钨丝加热竟然不是灯泡是玻璃?

  电加热性能是影响高铁玻璃功能、可靠性、寿命的重要指标。电加热玻璃是具有一定光透过率,通电后可实现加热的光学透明材料。高铁前窗加热玻璃里面就缝着一根长达1500米细如发丝的钨丝,钨丝就是用来电加热的。

  不同形状的前窗玻璃布丝通电后各点温差要小于2℃,才能确保前窗玻璃电加热的均匀性。然而,传统的手工S型布丝,电加热玻璃温度场分布不均匀,导致内应力和光畸变,从而严重影响了玻璃安全性能。

  科研人员通过计算机分析整理出布丝图不同区域的温度场分布,模拟了现有布丝工艺温度分布效果,还优化设计了多线布丝、曲线环形布丝等多种布丝方案,最后找到了钨丝形状和间距的合理配置方案,以波浪形布丝方式,建立了高精度计算机辅助布丝技术。

  结语

  在2007年之前,中国高铁的前挡风玻璃一直依赖国际市场。那时,时速在300Km/h以上的高速列车所用的高强度风挡玻璃只能从法国圣戈班和意大利ISOCLIMA进口,交货周期长,成本也极高。

  经过一系列技术攻关,中国高铁玻璃的核心技术及产品已实现了国产化,国内企业占据90%市场份额。

  
 

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