277. Плавучий якорь Доброжана
Для стоянки под водой и для движения над морским дном глубоководных технических средств обычные становые якоря надводных судов совершенно не пригодны.
Если назначение обычного якоря — удерживать плавающее судно от перемещений только в горизонтальной плоскости, то подводный якорь, помимо этого, должен удерживать судно и от вертикальных перемещений.
При исследовании океанских глубин подводному техническому средству должна быть придана необходимая отрицательная плавучесть Р, при этом P<G, где G — вес (сила тяжести) якоря в воде. Для удержания судна на месте под водой якорь должен быть положен на дно. При этом удерживающая способность будет равна Q=G-Р и направлена вдоль якорного каната. Подводное техническое средство окажется в положении, когда его якорь будет на панере, т. е. якорь лежит на грунте, а якорный канат натянут вертикально усилием, равным удерживающей способности якоря, если не будут иметь место возмущающие силы Т, действующие в горизонтальной плоскости (подводные течения, упор движителей). Конструкция подводных якорей довольно проста. По форме она может быть цилиндром, усеченным конусом, шаром и т. д.
На батискафах «FNRS-III», «Trieste» и «Archimedes» вместо подводных якорей на стальных тросах использовали плавную покладку якорь-цепи на грунт, давая тем самым переменное значение силы Q, которое может быть неизвестно при приближении к грунту. По мере покладки цепи на грунт значение Q увеличивается, так как G уменьшается, а Р увеличивается. При этом, если Р = G, то подводное техническое средство автоматически зависнет над грунтом, встав на этот своеобразный подводный якорь-
Дирижаблям, которыми увлекалось человечество в 20-е и 30-е гг. нашего столетия, тоже были необходимы якоря для удерживания их во время стоянки над землей и для торможения при посадке. Роль якорей выполняли гайдропные устройства. Оказывается, в них был также элемент якоря, причем классического адмиралтейского. На рис. 279 показано такое устройство для дирижабля, известное под названием якоря Ренарда.
Одно из самых последних достижений в области якорного устройства — изобретение ракетных якорей. Их появление в 60-х гг. вызвано необходимостью обеспечить супертанкеры надежным средством остановки в случае выхода из строя главного двигателя вблизи берега- Катастрофа с панамским танкером «Торри Каньон» 18 марта 1967 г. на скалах Семь Камней наглядно показала, какую угрозу представляют наливные суда грузоподъемностью 200–300 тыс. т. Эта и другие катастрофы с супертанкерами заставили кораблестроителей начать поиски новых принципов действия якоря на грунте в целях увеличения его держащей силы. В наше время существуют исполинские нефтевозы грузоподъемностью полмиллиона тонн, длиной более 400 м, шириной 60 м, с осадкой около 30 м. Они снабжены двумя становыми якорями массой почти по 30 т каждый. Но по расчетам даже гигантский якорь обычного типа в 100 т не может при сильном ветре удержать такое судно на месте.
278. «Всплывающий якорь»
279. Якорь Ренарда
Первые эксперименты в этом направлении, проведенные в начале 60-х годов Корпусом военных инженеров США, оказались успешными. Опытный образец реактивного якоря массой 102 кг на испытаниях показал держащую силу, превышавшую 22 тс. Вставленная в корпус якоря ракета начинала действовать, когда он достигал грунта. Под действием этой реактивной силы якорь заглублялся в твердый грунт на 10 м. Второй образец ракетного якоря массой 6,8 т показал на твердом грунте удерживающую способность в 135 тс, т. е. такую же, что и обычный якорь массой 19 т. Оба реактивных якоря рассчитаны на разовое действие: выдернуть их из грунта практически невозможно. Нажатием кнопки подрывается патрон, разобщающий якорь и якорь-цепь.
В 1965 г. инженерные научно-исследовательские лаборатории армии США разработали экспериментальную конструкцию реактивного якоря массой около 2 т, который должен был заменить обычный становой якорь судна в 25 т. Ракета-якорь представляла собой стальную отливку длиной 1,8 и шириной 1,2 м. При ее установке в месте якорной стоянки, в момент падения на грунт взрыватель ударного типа подрывал заряд ракетного топлива в 6 кг и силой взрыва ракета-якорь вгонялась в песчаный грунт на глубину 10,5 м, а в жесткий грунт из коралловых отложений — на 6 м. Удерживающая способность такого якоря при этом составляла 14 000 тс.
280. Якорь Бауэра
В 1970 г. в США инженер Бернал Бауэр получил патент на «реактивный якорь» другого типа (рис. 280). Вот его принцип действия: 1 — якорь на тросе опускается на морское дно; 2 — головная часть якоря ударяется о грунт, при этом в корпусе якоря разбивается стеклянный контейнер с песком, покрытым металлическим натрием. Через отверстия в контейнер поступает морская вода. Температура и давление экзометрической химической реакции металлического натрия с водой создают взрывной эффект; 3 — корпус якоря отделяется от взрывающего устройства, и он начинает заглубляться в грунт; 4 — идет фаза инерциального и реактивного проникновения; 5 — корпус якоря занимает горизонтальное положение; 6 — положение якоря в грунте после натяжения якорного каната.
Помимо реактивных якорей, за последние 10–15 лет создано немало экспериментальных конструкций якорей, работающих по принципу присоса к грунту и обладающих при сравнительно небольшой массе огромной держащей силой. В отличие' от якорей-снарядов они рассчитаны на использование на мягких грунтах- Такой якорь состоит из пустотелого цилиндра, нижний конец которого открыт и имеет заостренные кромки, а к верхнему подведен трубопровод от насоса, расположенного на судне. На верхнем конце цилиндра установлен груз и предусмотрен обух для крепления-троса или цепи, при помощи которого якорь опускается- Второй обух для крепления судна расположен на боковой поверхности цилиндра. Якорь опускается вертикально, открытым краем цилиндра несколько погружается в грунт под действием собственного веса, после чего из цилиндра полностью или частично откачивается его содержимое. Под действием разницы давлений якорь заглубляется в грунт.
Предлагаемая конструкция якоря обеспечивает хорошую держащую силу при вертикальных и горизонтальных усилиях, действующих на якорь, возможность контроля заглубления якоря и быстрой повторной постановки судна на этом же месте.
Якоря в виде пластмассовых цилиндров площадью 0,186 м², массой 7,5 кг с электронасосами, работающими на постоянном токе напряжением 24 В на принципе перепада давления и присоса к грунту, установлены на американском глубоководном аппарате «Эльвин».
281. Присасывающийся якорь
Якорь, работающий на этом же принципе, запатентован и в нашей стране. Он разработан в 1970 г. группой авторов: Э. С- Аджиевым, Ю. С. Васютой, И. М. Жиленко, А. В. Колосовым и В. А. Мазуровым. Устройство его и принцип действия показаны на рис. 281 (1 — режущая кромка; 2 — вертикальная жесткая оболочка; 3 — ограничительное кольцо; 4 — дно; 5 — якорь-цепь; 6 — рым; 7 ¦- привод; 8 — насос; 9 — обратный клапан; 10 — труба).