Корабельный якорь. Теория и конструкции

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.

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 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.

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.

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.

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.