Эволюция ветрового стекла: сумма технологий
Начнем с того, что термин «лобовое стекло» – вполне разговорный и устоявшийся, но не очень верный. В русскоязычных технических справочниках и документации доминирует исключительно «ветровое». В англоязычной традиции ветровое стекло именуют windscreen и windshield – дословно «ветровой экран» или «ветровой щит», но никак не лобовой и даже не передний. Так оно правильнее, потому что его первоначальное и единственное на момент рождения назначение – защищать экипаж автомобиля от ветра. Ну и заодно от «встречного» мусора с пылью и насекомыми.
Очки-консервы, коими пользовались автомобилисты-пионеры, почти сразу ушли в прошлое. Как только машины стали не уникальным артефактом, а товаром, пригодным для продажи, возникла идея установить ветровое стекло. На крытых конных повозках так не делали – применяли только боковые окна, поэтому пришлось вырабатывать концепцию с нуля: форму и методы крепления.
Триплекс и уплотнитель
Разобраться, когда и где впервые появился windscreen, непросто. Многие источники почему-то упорно называют Ford Model T 1913 года, упоминая, что стекло было круглое, защищало только водителя и крепилось с помощью держателя, установленного на рулевой колонке. Похоже, это неверно: ветровое стекло фигурирует и на фотографиях более ранних «тэшек», причем в нормальной прямоугольной конфигурации и в полноценной рамке. Да и на других моделях тоже, например Rolls-Royce Silver Ghost 1907 года – со сложной многосекционной конструкцией.
Поэтому больше доверия вызывают историки, указывающие на 1899 год, когда Марсель Рено построил полностью остекленный самодвижущийся двухместный экипаж.
Все стекла того времени, разумеется, были плоские, сначала – обычные строительные, чуть позже – закаленные. Хотя еще в 1909 году француз Эдуард Бенедиктус запатентовал многослойное ламинированное стекло Triplex. Осенило его, когда, уронив колбу с остатками нитроцеллюлозы, он обнаружил, что склянка растрескалась, но не распалась на осколки. Сообщается, что уже в 1911 году Бенедиктус создал предприятие по выпуску автомобильных стекол. Производство было сложное и кропотливое, а продукция дорогой, поэтому заказы шли, в основном, разовые — от многочисленных кузовных ателье.
Клеящей прослойкой между двумя стеклами был лист целлулоида, который по ходу эксплуатации довольно быстро мутнел и желтел. Потому изобретатели долго совершенствовали составы полимерного слоя, пока не добились достойных результатов – поливинилбутиральная пленка, появившаяся в 1938 году, всех устроила. К слову, модернизированная технология PVB применяется до сих пор.
На конвейеры главных заводов триплекс окончательно пришел в конце 1920-х. Проектировщики постепенно отказались от разного рода откидных, сдвижных и складных стекол, а устанавливать их стали «намертво» на резиновый молдинг-уплотнитель, обеспечивавший достаточную герметичность соединения. Забегая вперед, этот метод крепления прожил очень долго – первые машины с вклеенным ветровым стеклом появились только в 1973 году (Audi 100 в Европе и Oldsmobile Cutlass в США).
Надо гнуть!
В 1930-х на мировом рынке победила V-образная концепция – ветровое стекло из двух частей, с дополнительной стойкой посередине. Вертикальное или почти вертикальное расположение ушло в прошлое – только под наклоном! Эпоха угловатых «каретоподобных» экипажей закончилась. Этому предшествовали активные разработки и исследования «безумных ученых» в области аэродинамики – в их числе необходимо упомянуть Эдмунда Румплера и Пауля Ярая, оказавших огромное влияние на автомобильный дизайн.
Затем примерно лет десять ушло на мировую войну и создание технологии массового производства гнутых стекол. В этом направлении работали многие, и назвать кого-то самого первого затруднительно. Но, определенно, одним из технологических лидеров в этот период был Cadillac, автор множества новаций и законодатель мод. Считается, что именно на серийном Кадиллаке в 1948 году появились гнутые стекла – хотя и по-прежнему составленные из двух половинок. Но и тут есть альтернативный вариант – Studebaker в 1947-м.
Любопытно, что в этой области автопром СССР шел практически в ногу со временем, не особо отставая от американцев и даже опережая послевоенную Европу. В апреле 1956 года начался выпуск Москвича-402 с гнутыми ветровым и задним стеклами.
Площадь ветрового стекла планомерно увеличивалась: за счет большего наклона, увеличения амплитуды изгиба и высоты. Конструкторы таким способом улучшали обзорность, что способствовало повышению безопасности. Все это привело к появлению так называемого панорамного стекла, чьи боковины были сильно загнуты. Новатором-застрельщиком опять-таки выступил Cadillac с моделью Eldorado 1953 года.
Конец 1950-х ознаменовался множеством экспериментов с «панорамами». В эти же годы появились различные варианты тонировки и первые атермальные стекла. И кое-кто уже пробовал «загнуть» стекло, прихватив немного крыши – это создавало для водителя и пассажиров иллюзию увеличенных свободы и простора, а попутно позволяло лучше видеть светофоры.
Наступление панорамных ветровых стекол, однако, быстро затухло. Первичную дизайнерскую эйфорию развеяли объективные недостатки исполнения – в местах изгибов такие стекла искажали картину мира и сильно бликовали. Автопром (вместе с Кадиллаком) вернулся к обычным гнутым, относительно плоским стеклам, причем некоторые заводы вообще не успели перейти на «панораму».
Загрузить по полной
Дальнейшие изыскания были бы затруднены или даже бессмысленны без Лайонела Александра Бетьюна (позже именовался как сэр Аластер Пилкингтон) и разработанного им флоат-процесса, позволяющего изготавливать термополированное стекло с более высокими оптическими характеристиками. Эта технология, запущенная как производство в 1959-м, применяется и поныне – в мире насчитывается около 260 флоат-линий. Часть из них работает на нужды автопрома.
Небольшое затишье в 1970-х стало паузой перед затяжной революцией, которая, похоже, длится до сих пор. Технология вклейки ветрового и заднего стекол позволила увеличить жесткость кузова (к слову, в России ее впервые применили уже с большим отставанием — в 1994-м на «Газели»). А содержание ветрового стекла постепенно стало не менее важным, чем форма. Главная тенденция – попытки наделить ветровое стекло какими-то дополнительными возможностями, используя его многослойность.
Сначала – частично отражать или адсорбировать свет. Затем – служить антенной, отталкивать влагу, нести звукоизоляционные свойства и самостоятельно оттаивать посредством встроенного нагревательного элемента. Все это реализуется с помощью различных покрытий, наносимых как снаружи, так и на некоторые внутренние слои. Придумано ударопрочное стекло: у него не три, а пять слоев – два стеклянных, два из PVB и еще один – из поликарбонатной пластмассы.
Эти разработки позволили Porsche в 1996 году реализовать полностью стеклянную крышу – без какого-либо ущерба для безопасности. К нашему рассказу это, впрочем, относится косвенно, в отличие от технологии HUD (Head Up Display, «дисплей поднятой головы»). Проекция различных данных на ветровое стекло все-таки потребовала экспериментов с углом наклона и покрытием ветрового стекла в «зоне приема».
Сравнительно недавно внедрены гидрофобные (или водоотталкивающие) стекла – вернее, опять-таки не сами стекла, а покрытия. Первопроходцы в этом направлении – Toyota и Lexus, но тема влагоотталкивающих стекол все еще в начальной стадии развития. Полтора года назад химики Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США рапортовали об изобретении нового материала, представляющего собой механически устойчивую наноструктурированную пористую стеклянную пленку. По их словам, она в принципе не может намокнуть или запотеть – капли от нее отлетают, попутно забирая с собой грязь и пыль. О конкретном применении в автомобилях речи пока не идет, но очевидно, что автопром в первых рядах заинтересованных овладеть такой технологией.
Еще одно актуальное направление – «умное стекло», позволяющее добиться эффекта регулируемого затемнения. На сегодняшний день самыми передовыми являются SPD-технология (на взвешенных частицах), PDLC-технология (полимерный жидкокристаллический слой) и ECD-технология (электрохромный слой). Все они придуманы для других целей, но потихоньку приспособились и к автомобилям.
Как будет выглядеть ветровое стекло лет через тридцать? Скорее всего, оно просто перестанет быть. В тех аппаратах, где еще останется возможность вмешательства в управление со стороны водителя, его заменит некая непрозрачная панель, передающая изображение с камер даже более точное и объемное, чем в реальности. С непостижимым показателем обзора, функцией «посмотреть за угол» и возможностью поездок по виртуальным мирам. Если так произойдет, то большинство задач, возлагаемых сегодня на ветровое стекло, просто исчезнут. Вместе с тонировкой, обогревом и щетками стеклоочистителей. Зато, несомненно, останутся раритеты – автомобили-динозавры с обычными ветровыми стеклами.