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为提高列车旅行舒适度的特种玻璃

——智能调光不增速玻璃

小组成员:

张 珏（10211155）
陈立丰（10223002）
薛寒星（10212054）为提高列车旅行舒适度的特种玻璃
——智能调光不增速玻璃

在高铁技术高速发展的今天,怎么为旅客们营造一个舒适愉快的旅行环境成为人们研究的一个重要方向。在这里，我们小组通过对于车窗玻璃的改造希望能够给予旅客们舒适安详的感受。
在这里，我们面临两个需要解决的问题：
1、 众所周知，普通玻璃是一种“增速玻璃”，它会让外界景物的运动看起来比实际更快，而在高速移动的列车上，我们需要解决的是如何通过玻璃让列车移动速度看起来和实际速度一致——和没有玻璃时一模一样。
2、 外界光线无时无刻不在变化中，如何通过电控让玻璃的透光度随着光线的强弱智能变化。
通过小组成员查阅资料，经过几次系统的讨论和实践，我们从这两个方面给予了解决方案。
解决方案：
一、 不增速玻璃
为什么在车上看窗外会有不同的速度感？
1、 视角不同。人感知物体运动速度快慢的参数是角速度（单位时间内角度的变化），而不是线速度（单位时间内距离的变化）。相同线速度的运动物体，如果观察的距离与角度不同，其角速度是完全不同的。如图1:

图（1）
一点状物以速度V由a运动到b，对于不同角度、不同距离的4个观察点A、B、C、D来说，角速度是完全不同的。A点与运动方向在同一直线上，没有角度的变化，即角速度为0，是感觉不到速度的；B点与运动方向夹角大，且距离近，角速度最大；C点虽然与B点位于同一方向，但由于距离较远，角速度也较小；D点不仅与运动方向夹角小，而且距离也较远，所以角速度更小。由此可见：不同的车，由于车头长度、玻璃斜度、座位高度等均有不同，所以视角就会不同，能看到的最近参照物物距离也不同，角速度就会不同，感觉速度就不同。这是主要原因。
如图（2）所示

图（2）
上面为高档小车，由于引擎部分较长、玻璃斜度大、驾驶员坐姿低等，这样视线就越平，驾驶员能看到的最近点为B，距离A-B反映到驾驶员的角度为∠1；下面为紧凑型小车，由于引擎部分较短等原因，驾驶员能看到的最近点为D，比高档车的最近点B要近得多，与A-B相同的距离C-D反映到驾驶员的角度为∠2，显然角∠1小于∠2，因此高档车的速度感明显比紧凑型车要慢。
2、 减震性能不同。减震性能不好，汽车行驶时会有不规则的颠簸，看外面的景物就会有不规则的晃动，如同看一幅不停晃动着的画面，就容易使驾驶员视觉疲劳，这就是晃眼，感觉就快。减震好的车，这种不规则的颠簸就小，景物晃动也小，感觉就慢。显然，高档车有更好的减震性能，感觉速度就慢。
3、 玻璃质量不同。好的玻璃具有良好的光学性能，没有明显的光畸变，能非常真实地反映外面景物的物理形态与运动状态，和没有玻璃时的视觉效果一样。不好的玻璃由于厚度不均、表面平整度差等原因，就会有光畸变，看物体会变形，就会给运动物体叠加一个不规则的变量，同样给你快的感觉。
为什么通过前窗和侧窗看同一景物速度感不同？
还有人通过前挡玻璃和侧窗玻璃的比较，观看同一景物发现前者速度明显慢很多,于是就认为前挡玻璃有减速效果。这是怎么回事呢？其实还是前面说的角速度不同的问题，与玻璃没有任何关系。如图3：

图（3）
A-B=C-D，但∠1显然比∠2小得多，所以通过前窗看与通过侧窗看同一景物速度感是完全不同的；同样通过侧窗看远处的景物速度感也会变慢，如图E-F=C-D，但∠3显然也小于∠2。
因此，在高架桥上。为了让乘客感觉不到快，我们需要清除玻璃近处的障碍，提高玻璃的透光度，清除玻璃内部的杂质，近处没有妨碍视线的障碍，离景物较远，看远处的景物角速度小自然就慢了，如图3的∠2与∠3。这就好像在高速飞行的飞机上看地面的景物移动很慢一样。由于人眼具有随速度加快而视角变小的现象，称为隧道视，随着速度的加快人会本能地缩小视角，朝更远的地方看，近处快速运动的景物就被忽略掉了，所以才感觉不到很快。
二、 调光玻璃
为了实现调光玻璃的功能，我们利用PVB中聚乙烯醇链段含羟基具有较强的水溶性，对湿度较为敏感的特性，将其作为夹层添加到玻璃内部，在不对调光玻璃施加电场的情况下，此调光玻璃呈强烈的光散射状态。当调光玻璃施加电场后，此调光玻璃呈透明状态，电场关闭后，此调光玻璃又呈强烈的光散射状态。
PVB（聚乙烯醇缩丁醛）作为夹层已经有30多年的历史，PVB中聚乙烯醇链段含羟基具有较强的水溶性，对湿度较为敏感，而且使用PVB需要消耗更多的能源，成本随之上升。PVB加工的成品雾度大，一般雾度都在10%以上，透过率小于70%，另外其特定的化学结构决定对醋酸、醇类及酮类物质的耐受性较差，甚至可被溶解或软化以至丧失粘结力。

调光玻璃的调光功能是由夹层调光膜实现的，原理图如下:

玻璃的雾化状态：
调光膜是由两片透明导电膜中间夹着一层塑胶-液晶芯层构成，塑胶-液晶芯层包括液晶球和聚合物，液晶分子指向矢近似平行于玻璃基板，聚合物环绕在液晶微滴周围。聚合物的折射率为nP，与玻璃折射指数近似，约为1.5，是各向同性的物质；液晶的非寻常光折射率和寻常光折射率非分别为ne、no。当垂直入射的可见光透过玻璃、透明导电薄膜后入射到液晶球和聚合物界面时，由于ne不等于nP，因此发生散射，STG呈雾化状态。
玻璃的透明状态：
当施加外电场后，两片透明导电薄膜之间形成电场，液晶分子指向矢沿电场方向排列，垂直入射的可见光透过玻璃、透明导电薄膜后入射到液晶球和聚合物界面时，由于no方向垂直于光线传播方向，且no等于nP，因此透射，此时调光玻璃呈透明状态。
通过我们小组的上述研究和讨论，我们成功解决了那两个问题。随着人们生活水平及文化素养的不断提高，对日常生活、工作的室内环境的要求越来越丰富。舒适的旅行生活，已成为改善高铁技术的一种追求和时尚，展现出一种时代风貌和精神文化需求。智能调光不增速玻璃的产生 是顺应时代发展和人类物质和精神文明发展的必然结果，改善旅行环境, 提高人们的生活质量，起着举足轻重的地位。