极速穿越 第6期

人们出行，会选择各种各样的交通工具，短距离骑自行车，远距离乘公交车，空调公交车冬暖夏凉固然好，但车窗不能随时开启，一旦出现突发事件要逃生，只有车门可以选择，若车门打不开，或者车门很窄、乘客很多，逃生就很困难。

22岁的代膨岭，大学刚毕业，为找到满意的工作，每天东奔西跑。他最怕挤公共汽车，人多时得等四、五辆，好容易挤上车，接下来发生的事，让他一生难忘。

那次，公交车发动机突发故障，车内瞬间烟雾弥漫，而这时两个车门也因线路受损无法开启，代膨岭和其他乘客慌忙逃离，却找不到出口。后来凭借车内安全锤打碎车窗，一车人才得以逃生。

事故有惊无险，但奋力逃生的那一幕，却引起了代膨岭的思考。为什么事故发生时，拿着安全锤的乘客，尽管使出浑身力气，却迟迟不能将车窗敲碎呢？

公交车采用的钢化玻璃，是一种预应力玻璃，是普通玻璃经过750度高温软化后，又急剧风冷到常温而生成的一种高强度玻璃。在相同厚度下，钢化玻璃的抗冲击强度是普通玻璃的5倍。

普通玻璃很容易破碎，在破碎后，会出现锋利的尖角，对人体产生伤害；而钢化玻璃破碎后，只呈现出蜂窝状无锐角的小碎片，不会对人体产生二次伤害。因此钢化玻璃被广泛用于汽车制造和建筑业中。

钢化玻璃到底有多高的强度呢？

公交车车窗通用的5毫米厚钢化玻璃，具有很高的强度和很好的抗震抗击打性能，对它进行试验检测。

当车辆突发事故时，人们首先想到的往往是用脚猛踹车窗。试验也首先由一个人用脚猛踹钢化玻璃，玻璃竟然纹丝不动。再三个人同时用力踹，仍然踹不碎。借助一块木头来击打，可任凭怎样敲击，钢化玻璃没有任何反应。换一根长棍敲击，钢化玻璃依旧如故。被称为高强度的安全玻璃，确实不是徒有虚名。再换铁锤试验，用力敲打7、8下后，钢化玻璃才破碎。

钢化玻璃并不是无懈可击，它不能承受硬度比它高的尖锐物体敲击。可是安全锤采用的就是尖锐的钢铁材料，为什么它也很难将钢化玻璃击碎呢？

通过反复试验，代膨岭发现，用安全锤敲击钢化玻璃，需要用很大力气反复多次地敲击，并且还要掌握一定的敲击技巧，才能将钢化玻璃击碎。而且多次敲击后，锤头的两端明显迟钝，再也敲不碎钢化玻璃。

安全锤材料不适用，该采用什么材料来做破窗器件呢？

经过近半年的摸索，代膨岭找到了新的敲击材料――强度很高的钨钢合金，工业上用它做切割金属的刀具。钢化玻璃怕尖锐物体敲击，代膨岭就将钨钢合金的锥度，设计成60度。代膨岭想照此设计，用他发明的公交车安全破窗器来击碎钢化玻璃，应该是件很容易的事。

首先找一块5毫米厚的普通玻璃，稍一用力，破窗器就把普通玻璃击碎。同等厚度的钢化玻璃，又会怎样呢？意外的是，代膨岭用了很大的力气，多次敲击后才将它击碎。

仅采用强度高、尖锐的钨钢合金作破窗材料是不够的，还需要对力的巧妙运用。代膨岭发现自己采用跟普通安全锤一样的敲击方式，不但费力，还需要反复多次敲击，能否找到一种省力的方式呢？

反复试验后代膨岭发现，把破窗器固定粘贴在钢化玻璃上，再通过手掌拍击破窗器，产生冲击力击打钢化玻璃，是个好办法。为保证有较强的冲击力，代膨岭在合金钢钉与钢化玻璃之间，留有一定的行程空间，在拍击力作用下，钢钉可与钢化玻璃瞬间接触，达到击碎玻璃的目的。

它看似小巧，却有着巧妙的结构设计，它看似普通，却能够产生令人惊叹的威力，安全破窗器，真的能在危机发生时，帮助我们快速打通车窗这条逃生通道吗？破窗器能轻松击碎钢化玻璃吗？找来一块5毫米厚的钢化玻璃，破窗器一拍即碎。代膨岭发明的破窗器是可行的。（图1――1 图1――2）

破窗器钢钉的推动空间很小，怎么能产生那么大的力量，使一块坚硬的钢化玻璃瞬间破碎呢？首先，手掌到破窗器之间有较长距离，有一个势能。其次，钢钉行程距离虽然只有一厘米，却有一定的速度和质量，能产生较大冲击力。二者叠加，在尖端与玻璃接触点，生成了非常大的压强。据测量，破窗器在手掌拍击下，能产生50牛顿的冲击力，钢钉锥尖对钢化玻璃瞬间产生40000兆帕的压强。（图2）（图3）

平时破窗器主要起安全预防作用，如何防止备用期间误操作造成严重后果，代膨岭在设计上也有独到考虑。

给破窗器加一个锁扣装置，平时不用时是锁定状态，怎么拍，都不会击碎玻璃。如遇紧急情况，只要旋转90度解扣，一拍玻璃即碎。

破窗器试用效果不错，实际使用效果又如何呢？

一辆20座的空调客车，有8扇车窗，车窗使用5毫米厚的钢化玻璃。在其中一扇车窗上，安装一个破窗器。为了让乘客快速掌握操作方法，在破窗器上贴有操作标识。没有告诉20位乘客破窗器安放在哪里，怎样使用，以检验乘客能否在意外发生时，迅速操作破窗器，实现快速逃生。实验开始，尽管只安装了一个破窗器，车上的20位乘客，还是在30秒内，通过破碎的车窗顺利逃生。

项目总结：代膨岭发明的公交车安全破窗器，之所以能达到一拍即碎的效果，首先选择了钨钢合金作为破窗的材料。其次破窗器的钢钉，采用60度的锥度，保证所有力都集中到一点上。再次破窗器安放位置很科学，利用车窗四角应力不平衡的特点，放大了破窗效果。代膨岭的发明，其实是对力的巧妙运用，任何人不用大力，就可将5毫米厚钢化玻璃轻松击碎。

清华大学汽车工程系教授周青点评：

安全破窗器使用简单，在紧急情况下，普通乘客可按简单标识迅速操作。保护装置起到了防止意外击拍的作用。有一定的普及应用价值。

在公交车发生意外时，乘客都处于慌乱状态中，谁都希望尽快逃生。如果一块一块敲击玻璃，显然不符合乘客的急切心理。如果几块车窗玻璃或全部车窗玻璃一下子都能破碎，那该多好。

40岁的蔡群是湖南人，15年前只身下海到广东闯荡，经过十几年的奋斗，现在生活富足。但在他看来，不管生活过得好坏，安全永远是第一位的。他买车不追求豪华舒适，而是首先要求能更好地保障自身安全。

一次开车外出看到的公交车事故，给了他巨大震撼。

一辆行驶在路上的公交车突发事故，大火冲天，很多乘客未能及时逃离受了重伤。

一直把安全放在第一的蔡群想，如果自己也乘公交车出行，遇到这种情况又该怎么办？从此，蔡群就琢磨要发明一种能够帮助人们快速安全逃生的装置。

经对现有破窗器的分析研究，蔡群发现，它们都是用尖锐的钢性材料，通过增大压强的办法来破窗，虽效果不错，但都有弊端，就是需要人来操作。而人在极度恐惧情况下，会出现思维混乱，很难保证正确的敲击技巧，而且一次也只能击碎一块玻璃。能不能找到一次能同时击碎多块车窗玻璃或自动破窗的办法呢？

一次偶然发现，让蔡群有了灵感。射钉枪利用高压气体推动铁钉的办法，瞬间把钉子钉入木板。可否用气体推动一个尖锐的钢性材料去自动击碎车窗玻璃呢？

按照这个思路，蔡群做了一个装置，由气体发生器和钢钉组成。气体发生器里的化学制剂在发生化学反应后，瞬间产生高压气体推动钢钉击碎玻璃。因为汽车备有电瓶电源，蔡群采用电击发的方式来触发气体发生器。蔡群精心设计的装置能自动击碎钢化玻璃吗？

当满怀成功喜悦的蔡群查看测试结果时，让他意想不到的事发生了：钢针不见了。经查寻，原来钢针断成两截，里面一截在装置里，外面一截打飞了，找了半天，也没找到它的踪迹。

蔡群用瞬间产生高压气体推动钢钉，实现自动破窗的目的达到了，但用来破窗的钢钉，却成了一个会造成二次伤害的武器。用高压气体推动钢钉破窗的办法不可行。

既然气体在瞬间增压后，能产生如此大的威力，能不能直接用高压气体来击碎钢化玻璃呢？

经过近一个月的努力，玻璃自动破碎器研制成功。蔡群说，这个装置在通过电击发后，化学制剂会瞬间发生化学反应，产生32兆帕的高压气体，在0.002秒的时间里，对玻璃产生作用，自动击碎玻璃。（图4）（图5）

破碎器真的能自动击碎钢化玻璃吗？

用一个西红柿测试，西红柿被击成九块。

用6毫米、7毫米、8毫米厚度的钢化玻璃做测试。

6毫米的被击碎，7毫米的被击碎。

8毫米的会怎样？以前没做过。3、 2、1，随口令按下点火按钮，一声爆响，8毫米的玻璃被击碎。蔡群直说没想到。

要衡量破碎器是否安全有效，仅测试它的打击能力是不够的。意外发生具有很多不确定性，一旦汽车落入水中，电路会受到影响。需要电击触发气体发生器的破碎器，还能发挥作用吗？

把8毫米厚的钢化玻璃和破碎器全部放在水里，按钮点火。试验会给我们怎样的期待呢？

玻璃破了，水箱也破了，结果很圆满。（图6）

蔡群发明的自动破碎器，经受了考验，但这只是模拟测试，还要把它安装到客车上，检测实际使用效果。

把三角支架固定在车窗角上，再把破碎器固定在三角支架上，再把所有车窗上的破碎器并联，总控开关设在司机驾驶室。

蔡群说，破碎器不但能自动破窗，还能并联使用，一次操作，击破多个车窗玻璃，为乘客开辟更多的逃生通道。

一扇车门、8扇车窗的客车，可乘坐20位乘客。如果意外发生，20位乘客都从车门逃出的话，用时大约40秒。如果把所有车窗都击破，20位乘客，需要多长时间可以安全撤离呢？

车内施放了烟雾，示意意外发生，让乘客用自己的方式逃生，他们尽管使出浑身解数，仍然无济于事。这时驾驶员启动了自动破碎器，并联的8块钢化玻璃，瞬间同时被击碎，20位乘客，通过8个逃生通道，在5秒时间内，轻松安全逃离。（图7――1 图7――2）

项目总结：蔡群发明的玻璃自动破碎器，与代膨岭发明的安全破窗器，相同之处是都把装置的安放，选择在钢化玻璃的边角上，保证了最佳的破窗效果。蔡群设计的独到，首先在他利用气体发生器产生高压气体自动击碎玻璃，这种破窗方式能量大，效果好，而且对人不会产生任何的伤害。其次在于他采用电击发方式，可以并联多个装置同时破窗，瞬间增加了逃生通道，保证乘客在最短时间内安全撤离。

清华大学汽车工程系教授周青点评：

玻璃自动破碎器，基于高压气体在瞬间把钢化玻璃击碎，而且由司机专控。好处是电钮一摁，一下就把所有的车窗玻璃破掉, 增加了逃生通道，乘客安全撤离更有保障。