Расчет Ричарда Дэнфорта

После этого к цепи прикрепили обычный адмиралтейский якорь весом 75 фунтов и, вытравив в воду такую же длину цепи, стали протаскивать его по грунту. Перед тем как якорь сдвинулся с места, стрелка динамометра показала 187 фунтов. Потом таким же образом испытали "патентованный" адмиралтейский якорь из литой стали, весивший 28 фунтов. По держащей силе он немного уступил предыдущему, показав натяжение якорь-цепи в 181 фунт. Четвертым к цепи прикрепили складной якорь Нортхилла весом 20 фунтов. Он показал цифру 288 фунтов.

Наконец за борт бросили якорь с двумя сближенными лапами, сквозь основания которых был пропущен круглый шток. Этот якорь весил 29 фунтов. Буксир дал малый ход вперед и через некоторое время остановился, хотя его машина показывала те же самые обороты. Стрелка динамометра медленно пошла по кругу... Якорь продолжал держать. Корабль увеличил число оборотов, но якорь по-прежнему его не пускал.

"Дайте машине полный вперед!" - скомандовал контр-адмирал Сомервил, возглавлявший комиссию. Взревели моторы, вздыбилась за кормой струя от винта, но судно не двигалось с места. Стрелка динамометра упиралась в ограничитель на цифре 6100 фунтов... "Какая-то чертовщина происходит! Якорь наверняка зацепился за камень",- послышались голоса членов испытательной комиссии. Судну дали малый задний ход. Оно прошло над якорем, таща за собой цепь,- и развернулось на 180°. Якорная цепь сначала немного поддалась и стрелка динамометра вернулась к нулю. Но вот буксир опять потерял ход, и снова, по мере увеличения оборотов двигателя, стрелка динамометра стала приближаться к ограничителю за цифрой 6100 фунтов. Так повторялось несколько раз. Никто не мог поверить, что якорь весом всего 29 фунтов оказал сопротивление в 6100 фунтов, то есть имел держащую силу, равную 210 фунтам на каждый фунт своего веса. Это происходило на илистом грунте, под толщей которого в 3-6 футов лежала плотная глина. Решили испытать загадочную конструкцию на плотном песке средней зернистости. Буксир двинулся в глубь залива к берегу Окленда. Проба якорей проводилась здесь в той же последовательности. И опять вызвавший недоумение присутствовавших на буксире якорь вел себя точно так же: на предельных оборотах машины якорь-цепь, рассчитанная на усилие 8000 фунтов, лопнула. В момент обрыва стрелка динамометра показывала ровно 6000 фунтов.

Вот так выглядела таблица испытаний пяти якорей, проведенных в 1948 году в заливе Сан-Франциско на песчаном грунте:

Якорь, названный в таблице "Марка-II", показавший такую фантастическую держащую силу, изображен на рис. 117. Его изобрел американский инженер Ричард Дэнфорт. Следуя теории Хейна, он поставил перед собой цель - создать втяжной якорь повышенной держащей силы.

Рис. 117. Якорь, который удивил всех

Дэнфорт испытал множество моделей и натурных образцов и пришел к следующим выводам.

На большей части рейдов, где судам приходится становиться на якорь, под слоем рыхлого грунта - ила, песка, ракушечника - есть более плотный и твердый грунт. Держащая сила втяжных якорей типа Холла даже с очень длинными и широкими лапами на мягких и рыхлых грунтах часто оказывается недостаточной для надежной якорной стоянки. На совсем рыхлом грунте, скажем на жидком иле, такие якоря "плывут" - протаскиваются под натяжением якорь-цепи с лапами, откинутыми вверх.

На идеальных грунтах - плотном песке и глине - якоря типа Холла из-за больших захватов на коробке не могут заглубиться в грунт на величину, большую длины лап. А возникающее при этом нагребание грунта или появление пары сил, если грунт разнороден, сильно снижает держащую силу якоря.

На твердых грунтах якоря даже с очень большими захватами вообще не забирают, прыжками перемещаясь по дну. Но рейдов с таким грунтом моряки, как правило, избегают, и поэтому при расчете якоря ориентироваться следует на более или менее приемлемые грунты.

Дэнфорт убедился, что холловский принцип вообще не годится для создания хорошего якоря повышенной держащей силы для больших кораблей. Тут необходим новый принцип, который позволял бы якорю заглубляться в грунт не на длину его лап, а на величину, в три-четыре раза большую. Якорь должен держать не за счет того, что лапы зацепляются за верхний рыхлый слой грунта, а за счет того, что, пронзив мягкий слой, он достигает твердой основы.

Вчитываясь в патент Дэнфорта, невольно вспоминаешь основные положения Хейна, хотя американец ни разу не ссылается на труд немецкого коллеги. Да и сама конструкция Дэнфорта в принципе схожа с конструкцией Хейна - максимально сближенные лапы, шток внизу и "обтекаемая" головная часть.

Благодаря тонко продуманному расчету якорь Дэнфорта зарывался в грунт на несколько метров. Длина веретена, длина лап, расположение центров площади лап от оси вращения веретена, расстояние между центрами площади лап, длина штока, угол атаки, угол отворота лап, угол оси носка лапы, угол скоса граней коробки, площадь сопротивления грунту (проекция плана якоря, когда его лапы развернуты вниз до упора) и площадь лап - эти величины Дэнфорт привел в строгий порядок.

Рис. 118. Вот в чем секрет Дэнфорта

На рис. 118 дана схема якоря Дэнфорта типа "Марка-II", приложенная к его патенту № 2249546 от 15 июля 1941 года. Вот основные соображения и расчеты изобретателя:

1. Площадь лап якоря должна быть не менее 40% площади сопротивления грунта якорю. Еще лучше, если она составляет 60% этой площади и более.
2. Площадь сопротивления грунта якорю не должна превышать 25% площади веретена якоря. Желательно, чтобы она составляла 13-10% площади веретена.
3. Угол носка лапы якоря U не должен быть более 75°. В противном случае якорь после вхождения в грунт будет из него быстро выдергиваться. Лучше, когда этот угол менее 70°.
4. Если 35% площади лап или более находится позади оси вращения, угол носка лапы U должен быть более угла атаки S. В этом случае величина угла атаки должна составлять 30-50°. Если находящаяся за осью вращения площадь лап составляет менее 35% всей их площади, угол атаки S должен находиться в пределах 40-60°. В этом случае при выборе угла атаки и величины лап центры площади лап высчитываются по площади, находящейся только впереди оси вращения, на осях каждой лапы на расстоянии, равном примерно 1/5 длины веретена. При этом угол атаки будет в пределах 40-65°, и лучше, когда он в пределах 43-60°. У якорей, рассчитанных на твердый песок, угол атаки должен быть уменьшен до 40° (ниже этой величины держащая сила якоря резко падает). У якорей для мягких грунтов угол атаки может быть равен 65°, у универсальных якорей - 49°.
5. Угол разворота лап Т связан с углом атаки и длиной веретена К. Например, если угол разворота лап очень большой, то для установления нужного угла веретено якоря получится очень длинным. Хотя длинное веретено - это хороший рычаг для выламывания глубоко зарывшегося в грунт якоря, когда якорь-цепь на панере, оно не совсем удобно в обращении. Если же угол разворота лап мал, то при нужном угле атаки веретено якоря получается непомерно коротким и угол носка лапы делается слишком большим для того, чтобы якорь начал углубляться лапами в грунт. Поэтому угол разворота лап Т должен находиться в пределах 27-42°.
6. Центры площадей лап G должны быть максимально сближены - в противном случае может возникнуть пара сил. Внутренние кромки лап должны идти параллельно оси веретена. Если расстояние между центрами площадей лап превышает 44% длины веретена, якорь не будет стабилен в грунте. Это расстояние должно быть менее 7з длины веретена. Якорь с лапами, очень близко прижатыми к веретену, склонен опрокидываться на бок. Поэтому отношение длины штока, служащего стабилизатором, к расстоянию между центрами площадей лап не должно быть менее чем 2:1. Лучше, когда это отношение равно 2,5:1 или даже 3:1.
7. Если шток слишком короток, то якорь с уже отброшенными в сторону лапами может волочиться по грунту на трех точках: верхнем конце веретена, конце штока и внешней кромке лапы. Длина штока должна быть не менее двух расстояний между центрами площадей лап и не менее 8/10 длины веретена.
8. Отношение длины лап к длине штока влияет на форму лап, угол атаки^* и угол носка лап. Если лапы сделать длинными, то угол атаки получится большим для хорошего зарывания якоря. Если их сделать короткими, то это не даст возможность обеспечить их достаточную площадь при форме, которая позволит им свободно углубляться в грунт. Если 35% площади лап находится за осью вращения веретена, длина лап должна составлять не менее 55% длины веретена, но не более 70%. Если за осью вращения находится больше 35% площади лап, то их длина М может быть менее 55% длины веретена. Это отношение также влияет на распределение сил вдоль веретена, что имеет немалое значение для хорошего и быстрого зарывания якоря в грунт. ^* (Р. Дэнфорт называет углом атаки S угол между плоскостью лапы и прямой, соединяющей центр площади лапы с осью болта скобы якоря.)
9. Наиболее выгодна треугольная форма лап: она дает максимальную площадь и хорошее вхождение в грунт. Толщина лап должна быть по возможности минимальной. Зазор между внутренней кромкой лапы и веретеном должен составлять более 2% длины последнего и никак не меньше 1% этой величины.
10. На коробке - соединении нижней части лап с веретеном - не должно быть каких-либо выступающих частей. Углы скосов этой коробки V должны быть в пределах 25-45° каждый - в противном случае она будет выполнять роль захватов и препятствовать зарыванию якоря в грунт. Выступающие, хотя и скошенные под нужным углом, части коробки по возможности должны быть сконцентрированы в ее центральной части и расположены как можно ближе к оси веретена".

Рис. 119. Его вес всего 2,5 фунта

Таковы основные соотношения якоря, найденные Дэнфортом опытным путем. Основываясь на них, он создал более десятка модификаций своего якоря, на которые получил патенты. Якорь Дэнфорта облегченной модификации весит всего 2,5 фунта, но его держащая сила на твердом песке составляет 105 фунтов (рис. 119). Самый тяжелый якорь Дэнфорта весит 7 т. Он хорошо держит на каменистом грунте (рис. 120). За последние тридцать лет якоря, выпускаемые американской фирмой "Дэнфорт и Компания", хорошо зарекомендовали себя, получив признание моряков всех стран.

Рис. 120. Семитонный якорь Дэнфорта

Самой лучшей рекламой этих якорей оказались ураганы "Кэрол" и "Эдна", которые пронеслись над восточным побережьем Северной Америки 31 августа и И сентября 1954 года. Во время этих стихийных бедствий скорость ветра достигала 135 миль в час. Уровень моря у берегов поднялся от двух до шести метров выше нормального. Десятки тысяч малых спортивных, разъездных и промысловых судов, застигнутых на внешних и даже внутренних закрытых рейдах, оказались выброшенными на берег. На плаву остались в основном суда с якорями Дэнфорта. Все "патентованные игрушки", кроме якорей Нортхилла, показали тогда свою полную непригодность.

Тринадцатилетний опыт показал кроме блестящих качеств якорей Дэнфорта и их недостатки.

Во-первых, в малых весовых категориях они почти непригодны для использования на крупной гальке. На этом грунте они перемещаются скачками, забирая грунт в очень редких случаях. Во-вторых, легкий якорь Дэнфорта, отданный на сильном течении, долго дрейфует в воде и падает на дно совсем не в том месте, где ожидали. В-третьих, даже легкий якорь этой конструкции так глубоко зарывается в грунт, что зачастую его вручную невозможно оторвать от дна.