04.02.2015

Расчет Ричарда Дэнфорта

danfort

Солнечным апрельским утром 1948 г. 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 развернулся носом на приливное течение и остановил машину. Через кормовую киповую планку в воду на цепи отдали 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 массой 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 фунт-сил. Потом таким же образом испытали «патентованный» адмиралтейский якорь из литой стали, весивший 28 фунтов. По держащей силе он немного уступил предыдущему, показав 1 натяжение якорь-цепи в 181 фунт-силу. Четвертым к цепи прикрепили складной якорь Нортхилла в 20 фунтов. Он показал цифру 288 фунт-сил.
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 ту же самую частоту вращения. Стрелка динамометра медленно пошла по кругу… Якорь продолжал держать. Корабль увеличил частоту вращения машины, но якорь по-прежнему его не пускал.
«Дайте машине полный вперед!» – скомандовал контр-адмирал Сомервил, возглавлявший комиссию. Взревели моторы, вздыбились за кормой струи от винтов, но судно не двигалось с места. Стрелка ‚динамометра упиралась в ограничитель на цифре 6100 фунт-сил… «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 подалась, и стрелка динамометра вернулась к нулю. Но‘ вот буксир опять потерял ход, и снова, по мере увеличения частоты вращения двигателя, стрелка динамометра стала приближаться к ограничителю за цифрой 6100 фунт-сил. Так повторялось несколько раз.
Никто не мог поверить, что якорь весом всего в 29 фунт-сил оказал сопротивление в 6100 фунт-сил, т. е. имел держащую силу, равную 210 фунт-сил на 1 фунт-силу своего веса. Это происходило на илистом грунте, под толщей которого в 3-6 футов была 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 предельной частоте вращения якорь-цепь, рассчитанная на усилие 8000 фунт-сил, лопнула. В момент обрыва стрелка динамометра показывала ровно 6000 фунт-сил.
Вот так выглядела таблица испытаний пяти якорей, проведенных в 1948 г. 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 75 825 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.

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 для якорной стоянки 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 больше. 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 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.

На главном рисунке дана схема якоря Дэнфорта типа “Марка-II”, приложенная к его патенту № 2249546 от 15 июля 1941 г. 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 (изобретатель называет углом атаки S угол между плоскостью лапы и прямой, соединяющей центр площади лапы с осью болта скобы якоря). 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 оказывается 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 1/3 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 возможности 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 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.

9. Наиболее выгодная — 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.

big-danfort

Якорь Дэнфорта для крупных судов

10. На коробке — соединении нижней части лап с веретеном — не должно быть каких-либо выступающих частей. Углы скосов этой коробки 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.

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 фунт-сил. На рисунке показан якорь Дэнфорта массой 7 т. Он хорошо держит на каменистом грунте.

За последние тридцать лет якоря Дэнфорта получили очень широкое распространение в разных странах.

Самой лучшей рекламой для этих якорей оказались ураганы «Кэрол» и «Эдна», которые пронеслись над восточным побережьем Северной Америки 31 августа и 11 сентября 1954 г. 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 осталось несколько судов, стоявших на якорях Дэнфорта.

Лев Скрягин

продолжение


Комментарии:

Комментарии читателей статьи "Расчет Ричарда Дэнфорта"

  • Оставьте первый комментарий - автор старался

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *




Проверочный код *