飞驰的高铁列车上，挡风玻璃被时速540公里铝弹击中会碎吗？

　　出品| 网易新闻

　　作者| 黑科技鉴定团

　　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？

　　没错，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不会感到眩晕。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394.3公里/小时（国产“和谐号”CRH3型动车组纪录），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纪录，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和意大利进口，交货周期长，成本也极高。

　　经过一系列技术攻关，目前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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　　编辑| 于冉帝