Корабельный якорь. Теория и конструкции
Корветы пр. 20380 у причала. На форштевнях видны поднятые якоря системы Холла. Фото Минобороны РФ
Стандартный облик современного судна, вне зависимости от его класса и типа, включает целый ряд разнообразных корабельных устройств. Одним из обязательных его атрибутов является якорное устройство. С его помощью обеспечивается стоянка судна или корабля и его удержание на требуемом месте вне зависимости от ветра и течения. При этом якорь и якорное устройство в целом могут иметь разную конструкцию, дающую те или иные преимущества.
Теория якоря
На уровне общей концепции якорное устройство не отличается сложностью. Оно включает лебедку (шпиль или брашпиль), систему управления ею, якорную цепь, собственно якорь, а также набор различных вспомогательных средств и деталей. Предназначение устройства определяет его размещение на судне, а также комплектацию, тип якоря и т.д.
Для удержания судна на стоянке используется т.н. становой якорь. В этом случае якорное устройство размещается в носу корпуса. С целью предотвращения разворота судна и его удержания в заданном положении используются вспомогательные якоря меньшего размера. Такие устройства помещают в корме. Также существуют другие разновидности якорных устройств и якорей с иными задачами, в другом исполнении и т.д.
Адмиралтейский якорь со съемным штоком. Фото Wikimedia Commons
Работа якорного устройства достаточно проста. По команде экипажа, шпиль или брашпиль должен вытравливать якорную цепь и с ее помощью опускать якорь на дно. За счет своей массы и формы якорь сцепляется с грунтом и противостоит попыткам сдвинуть его. При использовании подвижных лап, последние буквально закапываются в грунт. В таком положении якорь удерживается на месте и держит цепь с судном. Извлечь его можно только при подъеме цепи непосредственно вверх.
Ключевой характеристикой любого якоря является т.н. держащая сила. Это отношение силы, требуемой для смещения горизонтально лежащего якоря, к его массе. Также используется параметр «удерживающая способность якоря», характеризующий силу, противостоящую перемещению судна под воздействием течения и ветра. Удерживающая способность является произведением держащей силы и массы якоря.
Держащая сила и удерживающая способность якоря определяются несколькими факторами. Это масса, материал и конструкция самого якоря, а также параметры и особенности грунта, наличие посторонних объектов на нем и т.д. Определенное влияние на общий результат оказывает длина и масса вытравленной якорной цепи, а также степень ее натяжения.
Ледокол "Урал" с якорем Холла. Фото ОСК
Развитие конструкции
Самые первые в истории якорные устройства были крайне простыми. В качестве якоря в них использовался камень подходящего размера, обвязанный веревкой. Отдача и подъем такого якоря осуществлялась вручную. Подобные примитивные конструкции используются до сих пор, но только на маломерных судах и зачастую при отсутствии альтернатив.
В дальнейшем появились более сложные конструкции с повышенной эффективностью. Особенно активно якоря развивались в последние века – на фоне общего развития кораблестроения и судоходства. В результате этих процессов достаточно давно сформировалась традиционная конструкция якоря, которую затем лишь дорабатывали, внося те или иные изменения.
Современные и исторические якоря традиционного облика изготавливаются из металла. В основном используется литье, но существуют и сварные конструкции. Это позволяет получить требуемую массу, прочность и устойчивость при разумной стоимости и технологичности. По тем же причинам используется металлическая цепь.
Якорь атомного авианосца USS John C. Stennis (CVN 74). Размеры и масса изделия соответствуют кораблю-носителю. Фото Минобороны США
Якорь традиционной конструкции имеет удлиненный центральный элемент, т.н. веретено, с которым соединены прочие детали. На одном конце веретена находятся рым и скоба для крепления цепи, на другом помещаются т.н. рога. Рога и веретено могут изготавливаться вместе; в таком случае место их соединения, тренд, выполняется упрочненным. Также внизу веретена может помещаться шарнир, на котором находятся поворотные (подвижные) рога / лапы.
Для улучшения сцепления с грунтом на рогах предусматриваются лапы большей ширины. Кроме того, вблизи рыма может устанавливаться шток – закрепленный или подвижный поперечный элемент, не позволяющий якорю лечь на грунт широкой стороной и ухудшить показатели.
Размеры и масса якоря определяются с учетом характеристик судна-носителя. Маломерные суда могут обойтись якорем длиной в десятки сантиметров и массой в килограммы. Крупным кораблям с водоизмещением в десятки тысяч тонн, в свою очередь, требуются многометровые и многотонные изделия.
Якорь типа AC-14, снятый с РПКСН пр. 941 "Акула" и установленный в качестве памятника. Фото Wikimedia Commons
По традиционной двурогой схеме обычно строятся становые якоря. Вспомогательные разных видов могут иметь только один рог схожей конструкции. Также в ряде случаев используются мертвые якоря, отличающиеся упрощенной формой и не имеющие рогов. Они предназначены для длительного удержания судна или иного объекта. Зачастую их подъем после использования не предусматривается.
Для отдачи и подъема якоря в современных якорных устройствах используются разнообразные лебедки. Они имеют электрические или гидравлические приводы необходимой мощности, горизонтальные (брашпиль) или вертикальные (шпиль) барабаны и т.д. Во всех случаях параметры механизма подбираются с учетом характеристик цепи и якоря. Также в состав якорного устройства включаются запасные якоря и цепи, средства их установки и т.д.
Основные разновидности
Развитие традиционной конструкции судового якоря продолжается уже несколько веков, и за это время появилась масса ее вариантов. Некоторые из них получили самое широкое распространение и стали фактическим стандартом в судостроении. При этом каждая из конструкций нашла применение в тех областях, где могла показать наилучшие результаты.
Памятный знак в виде якоря Матросова. Фото Wikimedia Commons
Вероятно, самым известным типом якоря является т.н. адмиралтейский. Он был создан в начале XIX в. для британского флота, быстро доказал свою эффективность и получил широкое распространение. Адмиралтейский якорь имеет двурогую конструкцию с неподвижными лапами и шток в виде поперечного стержня. В усовершенствованных версиях шток мог перемещаться или выниматься для безопасной транспортировки якоря на борту судна.
В конце XIX в. появился якорь Холла, серьезно повлиявший на судостроение. Он получил массивные рога и лапы, закрепленные на веретене шарнирно через коробку. Изначально он имел неподвижный шток, на затем от этой детали отказались. После такой доработки якорь стал втяжным: появилась возможность не просто поднимать его к борту судна, но и частично убирать в клюз. Эксплуатация устройства значительно упростилась, и якорь Холла надолго стал одним из стандартов. В частности, такую конструкцию до сих пор активно используют наши судостроители.
Так же в Великобритании был создан т.н. якорь Смита. Нижняя часть его веретена имеет проушину, в которую вставляется ось с лапами. В отличие от конструкции Холла, на якоре Смита двигаются только лапы, без центральной коробки. Такой якорь показывал характеристики на уровне предшественника, но не имел его недостатков и был проще в производстве.
Ледокол "Иван Папанин" пр. 23550 с четырехрогим якорем. Фото "Адмиралтейские верфи"
Интересная конструкция якоря была предложена в сороковых годах XX в. советским инженером И. Матросовым. Он взял за основу якорь Холла с подвижной коробкой, удлинил его лапы, а также оснастил их боковыми приливами с фланцами. При заглублении лап в грунт, фланцы работают как ось и улучшают механику этого процесса, что положительно влияет на основные характеристики якоря.
В пятидесятых британские инженеры разработали якорь AC-14, ставший еще одним вариантом развития конструкции Холла. Он отличается тонким веретеном и крупной тяжелой коробкой увеличенной ширины. Лапы расположены параллельно веретену. Подвижная часть такого якоря изначально была пустотелой и заполнялась водой, но затем внедрили цельный вариант. Особая форма AC-14 позволила повысить основные характеристики в сравнении с оригинальным якорем Холла.
Задача и ее решения
Таким образом, простая на первый взгляд задача удержания судна на месте отличается определенной сложностью, а также требует особого внимания и использования различных идей и технологий. Тем не менее, за несколько веков и даже тысячелетий судостроители смогли найти оптимальные решения и разработали целый ряд различных конструкций якорей.
Благодаря этому современные инженеры и конструкторы имеют большой выбор и могут использовать конструкцию, лучше всего соответствующую задачам и требованиям конкретного проекта. В результате судно или корабль получает оптимальное якорное устройство, а экипаж в любых условиях может рассчитывать на надежное удержание на рейде, в открытом море и т.д.
Информация