VIVOS VOCO: Л.Н. Скрягин, "Книга о якорях"

КАК "ПРОПИСАЛ" ДОКТОР ХЕЙН

На первый взгляд изобретение капитана Холла - последний завершающий этап в многовековой истории якоря. Что еще можно придумать, если и так конструкция доведена почти до совершенства? Правда, держащая сила втяжных якорей меньше, чем у адмиралтейского якоря, но моряки уже давно свыклись с этим.

Четыре килограмма на каждый килограмм веса якоря - вот предел держащей силы бесштокового якоря, который никто не сумел превзойти за полвека, кроме американского капитана Илла. Но якорь американца оказался неудобен для втягивания в клюз. Им больше пользовались спасатели для снятия севших на мель судов.

В начале двадцатых годов появилась более удачная конструкция. Выводы, к которым пришел немецкий инженер из Бремена Генрих Хейн после проведенных модельных и натурных исследований якоря Холла, можно назвать обескураживающими. Он установил: во многих случаях якоря с меньшей площадью лап держат лучше, нежели холловский якорь, и чем шире расставлены лапы, тем меньше держащая сила. Хейн понял, что на каждую из двух лап якоря могут действовать неодинаковые силы в зависимости от разницы в заглублении в грунт и от неоднородности грунта под якорем. Если одна из лап якоря попадает на камень, а другая уходит в мягкий грунт, неизбежно появление пары сил, стремящейся вырвать якорь из грунта. Хейн заметил, что обычно это происходит на песчано-каменистом и мелко-каменистом грунтах, на которых якорь перемещается резкими скачками, переворачиваясь с боку на бок. Пара сил появляется и при перемене направления ветра или течения, когда якорная цепь принимает различные направления относительно первоначального натяжения. При этом якорь раскачивается в грунте, вырывается из него и через некоторое время забирает опять.

Тщательные опыты в натурных условиях дали Хейну возможность понять, почему якоря Холла во время длительных стоянок при сильных ветрах "ползут", то есть периодически выдергиваются и после некоторого протаскивания забирают снова. Моряки давно обратили внимание на это нежелательное, а порой и опасное, поведение втяжных якорей, но не могли понять его причину. А она, как это установил бременский инженер, крылась в самой форме якоря.

Оказывается, почти все создатели "патентованных якорей" стремились в первую очередь добиться того, чтобы лапы возможно быстрее входили в грунт. Однако никто из них не смог придумать ничего, кроме захватов, выступающих в виде плит, лопат, крюков и всевозможной формы приливов в литых конструкциях якорей. В этих-то захватах и "была зарыта собака"! Их форму и размер конструкторы назначали "на глазок", и, как правило, опыты на моделях не проводились. Всевозможные большие захваты достигали цели: якоря быстро забирали грунт и давали при этом сравнительно большую держащую силу. Но никто не обратил внимания, что позднее всегда наступал момент, когда широкие захваты начинали играть отрицательную роль. Хейн доказал, что они, не давая якорю как следует углубиться в грунт, выдавливают и подгребают его; якорь, который в результате постепенно начинает влезать на образовавшийсл перед его головной частью бугор. При этом якорь оказывается выше уровня грунта и при увеличении натяжения якорь-цепи выдергивается из бугра. Протаскиваемый снова по ровному грунту, якорь опять забирал, и все начиналось сызнова.

Интересно, что это явление не заметили ни на одном из официальных испытаний втяжных якорей: ни в Англии, ни во Франции, ни в Германии. Ведь якоря испытывали тогда каких-нибудь два-три часа, а не сутками во время шквалистых ветров на открытых рейдах. Больше того, раньше считали: чем больше якорь нагребает впереди себя грунта, тем лучше! Вспомним испытания якорей, проведенные Британским Адмиралтейством в 1890 году. Ведь тогда после двадцати минут буксирования каждого из пятнадцати якорей на грунт посылали водолазов измерить длину прорытой якорем борозды и зафиксировать форму и величину образовавшегося бугра. Никому и в голову не приходило, что именно этот бугор угрожает якорю опасностью быть выдернутым из грунта. Наконец, стало ясно, почему на испытаниях в 1891 году якорь Холла уступил первое место по величине держащей силы якорю Инглефильда. Тогда английские специалисты объясняли это более длинными лапами инглефильдовской конструкции. На самом деле, якорь Холла просто не мог зарыться в грунт так глубоко, как якорь Инглефильда, у которого вместо захватов был сравнительно узкий вкладыш в средней части рогов.

Выявив в своем исследовании два промаха всех изобретателей втяжных якорей - большой разнос лап и чрезмерно большие захваты, Генрих Хейн разработал принципиально новую конструкцию (рис. 115). На литой коробке его якоря нет каких-либо выступающих под прямым углом приливов и захватов. Коробку можно даже назвать обтекаемой. Лапы якоря максимально сближены. С одной стороны, это исключает появление пары сил, с другой - якорь на грунте оказывается очень валким. Достаточно одного резкого отклонения якорь-цепи в сторону, и якорь опрокидывается на бок. Поэтому изобретатель сделал шток, отлитый вместе с коробкой. Расположенный в головной части, он не препятствует втягиванию якоря в клюз.

Держащая сила якоря Хейна оказалась в четыре раза выше, чем якоря Холла. Он глубже уходил в грунт, хотя забирал грунт позже, чем якоря с захватами.

Рис. 115. Якорь доктора Хейна

Рис. 116. Якорь Грюзона - Хейна

"А как же вообще этот якорь забирает грунт? - вправе спросить читатель. - Почему разворачиваются его лапы, если им нечем зацепиться за ровный грунт?" Оказывается, скосы на коробке служат как бы направляющими плоскостями для лап упавшего на грунт якоря. Под действием веса лапы лежащего на дне якоря "смотрят" вниз, они уже ниже оси вращения. Конструкция сбалансирована так, что при протаскивании якоря по грунту развернуться вверх лапы не могут. Достаточно им зацепиться носками за грунт, как они без особого сопротивления начинают зарываться.

Хейн считал: лучше потерять немного времени на зарывание якоря, но зато можно выиграть в держащей силе. И действительно, его якорь держал лучше всех изобретенных до него. Исследования бременского инженера не остались незамеченными. За работу "Исследование по держащей силе якоря и принцип работы якорей различных конструкций" [65] автора в 1930 году удостоили в Германии ученой степени доктора технических наук. На предложенную конструкцию якоря Хейн получил патент. В промышленное производство якорь Хейна пошел в видоизмененном виде, так как по просьбе немецкой фирмы "Грюзон" автор, сохранив принцип конструкции, придал якорю немного другую форму (рис. 116). Одобренный в 1927 году Регистром Ллойда и другими классификационными обществами, этот якорь получил широкое распространение и признание моряков.

Работа Хейна - четвертый крупный переворот в якорном производстве. Фактически с него началось появление так называемых якорей повышенной держащей способности. Наиболее дальновидные конструкторы, поняв ценность сделанного открытия, пошли по пути немецкого исследователя.

РАСЧЕТ РИЧАРДА ДЭНФОРТА

Солнечным апрельским утром 1948 года от причала американской военно-морской базы в Сан-Франциско отошел небольшой буксир. На его кормовой палубе толпились морские офицеры, члены американской лоцманской ассоциации, представители Регистра Ллойда и Американского бюро судоходства. Выйдя на траверз острова-тюрьмы Алкатраз, буксир завернулся носом на течение и остановил машину. Через кормовую киповую планку в воду на цепи бросили пятидесятифунтовый якорь Болдта. Когда вытравили около пяти глубин якорной цепи и буксир дал малый ход вперед, стрелка на фунтовой шкале включенного в цепь динамометра дошла до цифры 100 и якорь "пополз".

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:

Тип якоря	Вес якоря в фунтах	Натяжение на динамометре в фунтах	Держащая сила в фунтах на 1 фунт веса якоря
Болдта	100	200	2,0
Адмиралтейский обычный	75	325	4,3
Адмиралтейский патентованный	28	500	17,9
Нортхилла складной	20	420	21,0
"Марка-II"	29	6000	206,9

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. 126. Якорь "АС-14"	Рис. 127. Якорь "AC-11"	Рис. 128. Якорь "Бадокс-Стато"