якорь для морских судов

Формула изобретения

1. Якорь для морских судов, симметричный относительно его продольной плоскости, содержащий основную якорную конструкцию, включающую в себя веретено, один конец которого под углом прикреплен к лапе, а на другом или в направлении другого его конца выполнена скоба для крепления якорного каната, задний элемент, включающий пластину для взаимодействия с грунтом, и средство для прохождения вязкого грунта, отличающийся тем, что пластина проходит за основную конструкцию якоря и наклонена под тупым углом по отношению к лапе, а средство для прохождения вязкого грунта расположено между лапой и пластиной.

2. Якорь по п.1, отличающийся тем, что периферия заднего элемента имеет криволинейные кромки.

3. Якорь по п.2, отличающийся тем, что криволиненый периферийные кромки заднего элемента имеют форму кардиоиды с вершиной в самой верхней ее точке.

4. Якорь по п.2, отличающийся тем, что периферийные кромки с каждой стороны от плоскости симметрии якоря образуют винтовую кривую относительно центра тяжести якоря, при этом точки упомянутых кромок, удаленные от лапы, расположены дальше от центра тяжести, чем точки кромок, расположенных рядом с лапой.

5. Якорь по пп.1 - 4, отличающийся тем, что пластина заднего элемента наклонена по отношению к лапе под углом = 120-170.

6. Якорь по пп.1 - 5, отличающийся тем, что линия пересечения пластины заднего элемента с плоскостью симметрии якоря образует с линией, расположенной в этой плоскости и соединяющей точку крепления якорного каната с задним концом лапы, открытый вверх тупой угол.

7. Якорь по пп.1 - 6, отличающийся тем, что пластина заднего элемента выполнена составной из двух обращенных вперед пластин, пересекающиеся между собой в плоскости симметрии якоря, каждая из которых наклонена назад под ангедральным углом относительно плоскости, проходящей перпендикулярно к плоскости симметрии якоря, в которой расположена линия пересечения этих пластин.

8. Якорь по п.7, отличающийся тем, что угол наклона пластин относительно плоскости, проходящей перпендикулярно к плоскости симметриии, в которой расположена линия пересечения этих пластин, равен 10 - 30^o.

9. Якорь по пп.1 - 8, отличающийся тем, что зазор между пластиной и лапой в плоскости симметрии якоря, образующий средство для прохождения вязкого грунта, превышает 10% и более длины линии пересечения лапы с плоскостью симметрии якоря и составляет преимущественно более 20% от упомянутой длины.

10. Якорь по пп. 1 - 9, отличающийся тем, что спроецированная площадь пластины заднего элемента в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии якоря и содержащей линию пересечения этой пластины с последней, составляет от 0,8 до 2,2 площади лапы, спроецированной на плоскость, проходящую под прямым углом к плоскости симметрии якоря и содержащую линию пересечения лапы с плоскостью симметрии.

11. Якорь по пп.1 - 10, отличающийся тем, что между лапой и пластиной заднего элемента установлены боковые пластины, ограничивающие сбоку средство для прохождения вязкого грунта.

12. Якорь по пп.1 - 11, отличающийся тем, что пластина заднего элемента в верхней торцевой части выполнена с поперечным ребром жесткости.

13. Якорь по пп.1 - 12, отличающийся тем, что лапа выполнена с носовым элементом, который проходит вверх и расположен относительно смежной части лапы под углом , <175, измеренным в плоскостях, параллельных плоскости симметрии якоря, при этом носовой элемент имеет нижнюю кромку для проникания в грунт.

14. Якорь по п.13, отличающийся тем, что носовой элемент расположен относительно смежной части лапы под углом = 130-170.р

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к якорям для морских судов.

Основным требованием к якорю для морских судов является способность входить в дно при постановке судна на якорь при смещении якоря вперед под действием силы и оставаться устойчивым во "вкопанном" положении в дне, когда его тянет дальше.

Также хорошо известно, что для высокой удерживающей способности якорь должен быть сравнительно глубоко погружен в дно при установке якоря. Свойства типов грунта дна в местах постановки на якорь значительно отличаются, например, от твердых грунтов из сыпучего несвязного плотного гравия и песка или связных среднепластичных глин до мягких грунтов из связного ила. Дно в месте постановки на якорь также может быть скалистым, вследствие чего якоря должны обладать способностью достаточно прочно зацепляться за скалу с целью постановки судна на якорь. Необходимость удовлетворительной работы якоря при отдельных типах дна в местах постановки на якорь потребовала особой геометрии якоря, включая угол лапы, совместимый с грунтом дна в месте постановки на якорь. Угол лапы представляет собой угол, образованный между лапой и линией в продольной плоскости симметрии якоря, проходящей между задней частью лапы и точкой крепления линии (цепи) якоря на переднем конце веретена якоря.

В настоящее время известно (см., например, The Quarzerly Transactions of the Institute of Naval Architets, т. 92, N 4, октябрь 1950 г., с. 341-343), что для работы в песчаном дне малый угол лапы в пределах от 23 до 32^o обеспечивает максимальную удерживающую способность в наиболее глубоко погруженных якорях. Углы лап от 25 до 32^o, в основном, обеспечивают удовлетворительную работу при рыхлых песчаных грунтах средней плотности. Для сравнительно мягкого илистого дна угол лапы для обеспечения максимальной удерживающей способности имеет большую величину и находится в пределах от 50 до 55^o. В песчаных грунтах при угле лапы свыше 32^o момент вокруг точки крепления линя якоря, создаваемый равнодействующей нормальной силы давления грунта и сил трения, действующих на лапу якоря, недостаточен для того, чтобы уравновесить сумму моментов вокруг той же точки силы сопротивления края грунта, действующей на лапу, и силы сопротивления грунта, действующей на лапу, и силы сопротивления грунта, действующей на веретено в момент начального проникновения. Следовательно, якорь, когда его тянут, является неустойчивым в продольном направлении и поворачивается вокруг точки крепления в положение носовой частью вниз, тем самым, он не может погрузиться ниже поверхности дна в месте постановки на якорь или совершенно вырывается из грунта.

Таким образом, для наиболее глубоко погружаемых якорей был, в основном, принят угол лапы величиной 32^oC и менее для того, чтобы обеспечить эффективное использование как в твердых, так и мягких грунтах. Получаемое в результате этого неблагоприятное поведение якоря при мягких грунтах обычно компенсируется максимальным увеличением площади лапы за счет уменьшенной конструкционной прочности, необходимой для зацепления за скалы. Однако, даже при увеличенной площади лапы, такие якоря в основном обеспечивают эксплуатационные параметры в мягких илистых грунтах, которые составляют менее 15% величины этих параметров в песчаных грунтах. Это объясняет проблему, заключающуюся в том, чтобы выполнить якорь с одним компромиссным (промежуточным) углом лапы, который может обеспечить высокую удерживающую способность как в твердых песчаных, так и в мягких илистых грунтах.

Европатент N 0180609, принадлежащий заявителю, описывает якорь для морских судов, который при наличии барьерной пластины, выставленной (выровненной) относительно поперечного переноса несвязного грунта у задней части лапы и относительно ограничивающего проема между барьерной пластиной и лапой, заставляет стопорящий клин ила скапливаться на лапе во время погружения в мягкое илистое дно. Этот клин ила сдвигается между рабочими кромками лапы и верхними краями барьерной пластины под углом в 20^o к лапе (которая установлена под углом лапы в 30^o для песка) так, что на границе раздела падающего ила и стопорящего клина ила образуется эффективный угол лапы в 50^o. Этот большой эффективный угол лапы на поверхности стопорящего клина позволяет якорю удовлетворительно работать в мягком иле. При песчаном дне ограничивающий проем, хотя и очень небольшой для обеспечения значительного перетекания сквозь него связного грунта (ила), позволяет перетекать несвязному грунту (песку) в задней части из положения над лапой, тем самым, на поверхности лапы происходит сдвиг, обеспечивающий таким путем эффективную работу якоря в песке при действительном (фактическом) угле лапы в 30^o. Однако, хотя такая конструкция обеспечивает повышенную эффективность при работе в илистом грунте, не происходит погружения якоря на такую глубину, как у якоря с большим углом лапы.

Следовательно, не достигается очень высокая удерживающая способность, присущая глубоко залегающему якорю с большим углом лапы, хотя удерживающая способность и существенно превышает удерживающую способность якоря с малым (для песка) углом лапы при работе в иле.

Целью настоящего изобретения является разработка якоря для морских судов, обеспечивающего улучшенные рабочие характеристики по сравнению с якорем по Европатенту N 0180609.

Другой целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного якоря для морских судов одностороннего типа (с веретеном только с одной стороны лапы), который может самоориентироваться в положение контакта с грунтом, когда якорь бросают в перевернутом положении на поверхность дна в месте постановки на якорь и тянут горизонтально над этой поверхностью.

Могут возникнуть проблемы при осуществлении начального погружения якоря в твердое глинистое дно, особенно в случае якоря, оснащенного средством самоориентирования якоря из перевернутого положения в положение погружения, и особой целью настоящего изобретения является разработка якоря для морских судов, который устранял или делал бы менее острой данную проблему.

Вариант исполнения настоящего изобретения далее описывается на примере со ссылкой на прилагаемые графические материалы.

На фиг. 1 представлен вид сбоку на якорь для морских судов в соответствии с первым вариантом исполнения настоящего изобретения;

на фиг. 2 - вид сверху на якорь при разрезе по линии Х-Х по фиг. 1;

на фиг. 3 - вид якоря спереди;

на фиг. 4, 5 и 6 показаны сечения соответственно по Y-Y, Z-Z, и F-F по фиг. 1;

на фиг. 7 показана самая передняя (носовую) часть лапы по фиг. 1, смотря перпендикулярно к ее верхней поверхности;

на фиг. 8 - траектория перетекания песка через якорь, когда он глубоко погружен в песок, вследствие усилия P, прилагаемого к якорю и тянущего его вперед;

на фиг. 9 - различные силы и вращающие моменты, действующие на якорь, когда он погружается в песчаное дно в месте постановки на якорь, как показано на фиг. 8 и

на фиг. 10 - изображение якоря по фиг. 1 - 7 в положении контакта с дном в месте постановки на якорь с концом лапы, готовым войти в грунт.

Как видно из фиг. 1-7, якорь 1 для морских судов симметричен относительно продольной плоскости M-M и имеет лапу 2, веретено 3, закрепленное с одного конца на лапе 2 и имеющее точку 10 крепления линя (троса, цепи) якоря, представляющую собой отверстие на конце А веретена, наиболее удаленное от лапы 2, и задний узел 4, который служит для противодействия моментом сил трения и краевого сопротивления, действующим на лапу 2 и на веретено 3 относительно точки 10, проемы 5 для перетекания грунта, расположенные между лапой 2 и задним узлом 3. Более точно, базовый элемент 6 якоря представляет собой веретено 3 и плечи 6A и 6B, несущие соответственно клиновидные пластины 7 лапы и задний узел 4, на плече 6A дополнительно предусмотрены передняя часть 8 лапы, образующая вместе с клиновидными пластинами 7 лапы треугольную лапу, и носовая часть 9, заканчивающаяся в точке B (на фиг. 1 и 10). Отверстие в точке 10 служит для приема скобы для крепления якорного линя.

Угол лапы - это угол между лапой 2 и линией в плоскости симметрии, соединяющей точку 10 с задней частью лапы 2. Показан угол величиной порядка 50^o при предпочтительных пределах его от 32 до 58^o.

Лапа 2 имеет ангедральную (без ясно выраженных граней) форму, а каждая пластина 7 лапы имеет ангедральный угол относительно плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии и содержащей в себе линию пересечения пластин 7. В данном примере угол равен 29^o, но может находиться в пределах от 10 до 40^o.

Задний узел 4 имеет пластинчатую форму и состоит из двух пластин 11, соединенных в плоскости симметрии таким образом, чтобы обеспечить направленный назад скос Y-образного сечения, и имеющих две обращенные вперед поверхности 11A, 11B, пластин, образующие противодействующие давлению грунта поверхности, расположенные в задней части и проходящие по всей поперечной длине проема 5. Как показано на фиг. 6, каждая из Y-образно установленных пластин наклонена под ангедральным углом относительно плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии и содержащей в себе место пересечения поверхностей 11A, 11B (на фиг. 6) показан угол величиной 22,5^o, предпочтительные пределы его составляют от 10 до 35^o.

Поверхности 11A, 11B пластин пересекаются по линии, образующей с линией пересечения пластин 7 лапы 2 направленный вперед тупой угол . Показан угол величиной 135^o, а предпочтительные пределы его - от 120 до 170^o.

Задняя часть лапы 2 упрочнена с помощью наклонной нижней поперечной пластины 12 в виде ребра, которая расположена в плоскости, находящейся на минимальном удалении от точки 10 в задней части и выше точки 10. Спроецированная в направлении пересечения пластин 7 с плоскостью симметрии площадь пластины 12 в виде ребра составляет приблизительно половину площади узла 4 (фиг. 3) и таким образом составляет примерно одну треть общей площади якоря, создающей сопротивление, когда якорь полностью погружен в ил.

Задний узел также имеет переднюю поперечную пластину 13 в виде ребра жесткости, выполненную на передних краях пластин 11, а в задней части имеет поперечные пластины 15 в виде ребер жесткости, выполненные ангедрально у задних кромок пластин 11. Удлиняющие лапу пластины 14 между узлом 4 и лапой 2 располагаются сбоку от проемов 5 и служат для того, чтобы удлинить периферийные края пластин 11 до поперечных крайних точек лапы 2, чтобы предотвратить попадание и заклинивание цепей, канатов и т.п. в проемах 5. Ребра 15 между собой имеют проушину 15А, в которой может крепиться подвесной линь для возвращения якоря.

Якорь 1 является самоориентирующимися и с этой целью наружный край 41 узла 4 имеет форму кардиоды, чтобы вызывать перекатывание якоря 1 из перевернутого положения в положение контакта с дном в месте постановки на якорь, как показано на фиг. 10. Когда якорь 1 устанавливается на горизонтальную плоскую поверхность твердого дна в месте постановки на якорь перевернутым, будет осуществляться контакт в основном, только в вершине E узла 4 и в передней точке A веретена. Только точки X на кривых EC или ED и точки A и B контактируют с горизонтальной поверхностью дна, когда якорь 1 тянут по дну за счет усилия, прилагаемого в точке 10 скобы на конце A веретена 3.

Каждая из кривых EC и ED на периферии 4A находится, в основном, на эллиптической поверхности конуса со смещенной осью с вершиной конуса рядом с концом (A) для скобы веретена 3, причем смещенная ось конуса пересекает плоскость симметрии и в конце, и с малой осью эллиптического поперечного сечения конуса, лежащей перпендикулярно (поперек) к плоскости симметрии якоря. Таким образом, каждая из кривых EC и ED представляет собой спиральную кривую относительно центра тяжести CG (фиг. 1) якоря 1.

При перевернутом положении центр тяжести CG (фиг. 1) якоря находится выше над линией, проходящей через точки опоры A и E. Таким образом, в перевернутом положении якорь неустойчив и поэтому быстро опрокидывается на одну стороны от вертикальной плоскости, проходящей через точки A и E. Точка контакта E перемещается вдоль EC или ED как перемещающаяся точка контактно X. Тот факт, что каждая спиральная кривая EC или ED лежит на конической поверхности, имеющей смещенную ось, обеспечивает горизонтальное смещение центра тяжести CG по одну сторону вертикальной плоскости, проходящей через точки A и X, и поэтому сохраняет гравитационный поперечный вращающий момент, который поворачивает якорь вдоль периферии 4A до тех пор, пока конец носовой части 9 лапы 2 не войдет в зацепляющий (проникающий) контакт с поверхностью дна в месте постановки на якорь (точка B на фиг. 10). Теперь якорь находится в одном из двух возможных устойчивых положений, одно из которых показано на фиг. 10. В этом устойчивом положении существует контакт в трех точках, при котором в контакте с поверхностью дна находится или левосторонняя выступающая часть 14 лапы, или правосторонняя выступающая часть 14 лапы.

Веретено 3 имеет частично прямолинейную форму с осевой линией, существенно удаленной от линии A-E так, что масса веретена сильно влияет на гравитационный вращающий момент, который поворачивает якорь в положение проникающего (рабочего) контакта с дном в месте постановки на якорь. Кроме того, значительная вогнутость между линией A-E и якорем, получаемая при таком расположении веретена, устраняет серьезные препятствия перекатыванию якоря.

Носовая часть 9 имеет жесткий сплошной профиль, который наклонен, чтобы образовать направленный к задней части тупой угол . Показан угол с величиной 146^o, при предпочтительных пределах от 130^oC до 175^oC. Соседняя часть 8 лапы также имеет жесткий сплошной профиль, как правило, с треугольным поперечным сечением, показанным на фиг. 5. Часть 8 служит в качестве балластного груза и в качестве прочной опоры для передних краев пластин 7, способной противостоять нагрузка высокого давления, действующей на лапу якоря 1 при погружении якоря в твердый или очень твердый грунт. Носовая часть 9 представляет собой переднюю часть плеча 6A, выполненную для того, чтобы образовать небольшую вспомогательную лапу, как правило, в виде наконечника стрелы или копья, которая предшествует основной лапе, содержащей пластины 7 и часть 8. Эта вспомогательная лапа имеет заднюю основную верхнюю поверхность 19 и переднюю меньшую верхнюю поверхность 18, наклоненные друг относительно друга. Задняя основная верхняя поверхность образует внешний угол с линией, соединяющей точку 10 на веретене 3 с самой передней точкой поверхности 19 в плоскости симметрии. Показан угол , имеющий величину 56^o, предпочтительно в пределах от 50 до 65^o и менее 70^o.

Верхняя основная поверхность 19, показанная на фиг. 7 на проекции, перпендикулярной к поверхности, имеет, как правило удлиненную треугольную форму с острой вершиной впереди и боковыми сторонами, образующими угол . Показан угол с величиной 18^o, при предпочтительных пределах от 10 до 30^o.

Меньшая верхняя поверхность 18 составляет менее 5% площади поверхности 19 и расположена в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей точку 10 на веретене с самой передней точкой поверхности 19 на плоскости симметрии. Эта поверхность 18 служит для обеспечения достаточной площади опоры в конце носовой части 9, чтобы выдерживать без смятия сосредоточенную нагрузку, равную 71-кратному весу якоря, оставаясь в то же время достаточно малой для того, чтобы избежать мешающего (работе) проникновения конца носовой части 9 в очень твердую поверхность дна в месте постановки на якорь типа твердой глины.

На фиг. 4 показано типичное, в основном, треугольное сечение носовой части 9. Нижняя вершина сечения соответствует саблевидному нижнему краю 9B носовой части 9. На крае 9B имеется уступ 9C. Он действует как опрокидывающая опора, которая предотвращает скольжение края 9B по среднепластичной глине и заставляет якорь опрокидываться в блок, чтобы ввести конец носовой части 9 в контакт со среднепластичной глиной. Верхняя основная поверхность 19 может иметь плоскую или ангедральную форму, как и лапа 2. Каждый участок (сечение) носовой части 9 имеет достаточную высоту и площадь, чтобы противодействовать изгибающему моменту и сдвигающему усилию, возникающим вследствие значительной сосредоточенной нагрузки и, в частности, сосредоточенной нагрузки, равной 71-кратному весу якоря, приложенной в месте сопряжения основной верхней поверхности 19 и меньшей верхней поверхности 18. Саблевидный нижний край носовой части 9 предназначен для того, чтобы рассекать грунт дна в месте постановки на якорь с минимальным сопротивлением, когда якорь глубокого погружен при падающем относительном перетоке грунта, происходящем в направления стрелки E_F на фиг. 9.

Между сплошной вспомогательной лапой носовой части 9 и передней частью 8 лапы имеются проемы 20. Площадь поперечного сечения этих проемов 20 увеличивается на направлении задней части для обеспечения свободного пропуска грунта дна в месте постановки на якорь через эти проемы без заклинивания.

Наклонный участок носовой части 9 взаимодействует с выступающими частями 14 лапы, чтобы удерживать край пластины 7 лапы поднятым и не задевающим поверхность дна, когда якорь находится в трехточечном контакте с поверхностью дна в месте постановки на якорь, как показано на фиг. 10. Это позволяет вспомогательной лапе носовой части 9 полностью проникать в твердую или очень твердую поверхность дна до того, как при контакте с поверхностью возникает краевое сопротивление от части 8 лапы и пластины 7.

Задний узел 4 дает якорю 1 возможность глубоко погружаться в песок даже тогда, когда угол лапы имеет сравнительно большую величину, превышающую 32^o, и в этой связи пластины 11A, 11B, в задней части проема 5 создают барьер для перетока песка.

Фиг. 8 показывает (стрелками) линии потока относительного перемещения песка над движущимся погруженным якорем 1 и рядом с ним в зоне его плоскости симметрии. Перетекающий песок изменяет свое направление вследствие взаимодействия с лапой 2 и сдвигается здесь вдоль плоскостей 21, стекая с краев лапы 2. Следуя в направлении сдвига, поток, в основном, параллелен пластинам 7 лапы 2, а разделение потока происходит возле стопорящего клина W песка, который образуется на сторонах 11A, 11B, барьерного узла 4. Одна часть песчаного потока скользит над верхней поверхностью клина W, который, в основном, выровнен относительно песчаного потока, а другая часть перетекает через ребро 12 и под нижней поверхностью клина W перед выходом в задней части через проемы 5 для выхода грунта, чтобы заполнить полость, которая постоянно стремится образоваться за лапой. Поток песка, возвышающийся над барьером 4, опускается каскадами вниз, чтобы заполнить полость, которая постоянно стремится сформироваться за барьером.

Стопорящий клин W перемещается вместе с якорем и фактически образует часть якоря при работе в песке. Давление и перемещение песка у поверхности клина W образуют нормальные тангенциальные силы, которые передаются через тело клина на обращенные вперед поверхности 11A, 11B, барьера. Площадь поверхности и форма клина W, и, следовательно, величина и направление результирующей силы, приложенной к барьеру, зависят от угла наклона и площади барьера. Для заданной площади барьера угол определяет положение и направление результирующей силы R_W на верхней поверхности клина W, находящегося (движущегося) на поверхностях 11A, 11B, барьера, и, следовательно, величину вращающего момента, образуемого силой R_W вокруг точки 10 скобы. Этот желаемый вращающий момент имеет рациональную величину, когда угол находится в пределах от 130 до 165^o и достигает максимума при значениях угла между 145 и 155^o. Площадь барьера 4, смотря в плоскости симметрии, перпендикулярно линии пересечения поверхностей 11A, 11B, составляет от 0,8 до 2,2 раз от величины площади лапы 2, смотря в плоскости симметрии перпендикулярно к линии пересечения пластин 7, причем оптимальная площадь составляет от 1,5 до 1,9 величины площади лапы 2, когда величина угла составляет от 140 до 160^oC.

Поскольку в данном случае нет необходимости минимизировать размер проемов 5, образующих дросселирующую щель для ограничения сквозного потока ила, формирующего стопорящий клин ила на лапе в тех случаях, когда якорь действует в илистом дне в месте постановки судна на якорь, ширина проемов 5, измеренная в плоскости, параллельной плоскости симметрии, может находиться в пределах от 10 до 70% длины линии пересечения (отсекаемого отрезка) верхних поверхностей лапы 2 в плоскости симметрии. На фиг. 1-3 показана ширина (проемов 5), составляющая 43%, которая соответствует площади поперечного сечения потока песка в каждом проеме 5, равной площади треугольника с обеих сторон от плоскости симметрии якоря 1, видимой на виде спереди (фиг. 3), ограниченной пластиной 7 и линией 22, соединяющей наружную концевую точку пластины 7 с самой верхней точкой на барьере 4. Эта площадь равна четвертой части площади, получаемой умножением ширины S лапы 2 на расстояние H, отделяющее самую верхнюю точку заднего узла 4 от прямой линии, содержащей в себе линию пересечения верхней поверхности лапы 2 с плоскостью симметрии. Это гарантирует проход через проемы 5 достаточного количества песка для сохранения режима течения (потока), показанного на фиг. 8, и предотвращения образования песчаным клином W перемычки между наружными краями барьера 4 и лапы 2; таким образом достигается увеличение эффективного угла лапы до достаточно большой величины, чтобы предотвратить глубокое погружение якоря 1 в песок.

Фиг. 9 показывает векторы сил и моменты, возникающие на погруженном якоре вследствие конфигурации потока песка, показанной на фиг. 8. Силы трения, касательные к поверхностям, обозначены буквой F, а нормальные силы давления, перпендикулярные к этим поверхностям, обозначены буквой N. Результирующие векторы сил, возникающие за счет сил F и N обозначены буквой R с индексами F, S, W и 15, обозначая силы, связанные с лапой, веретеном, верхней поверхностью клина W и ребрами 15. Для более четкого понимания результирующие силы на ребре 12 и верхней поверхности клина W не показаны, поскольку противоположные нормальные силы на этих поверхностях в значительной степени уравновешивают друг друга, оставляя в качестве комбинированной результирующей силы сумму касательных сил трения. Сила E_F показана в качестве вектора, представляющего собой краевую силу сопротивления, действующую на конструкцию лапы.

В случае отсутствия узла 4 на якоре 1 действующие по часовой стрелке вращающие моменты касательных и нормальных сил, действующих на пластину 12, при наличии нулевого вращающего момента от R_F слишком малы, чтобы уравновесить действующие против часовой стрелки вращающие моменты сил R_S и E_F. Кроме того, сила E_F имеет особенно большую величину в плотном песке, поскольку она образуется на краях лапы 2 и носовой части 9 перед тем, как песок разрыхляется при проходе через плоскости 21 сдвига (фиг. 8). Таким образом, имелся бы суммарный действующий против часовой стрелки вращающий момент, который бы наклонял заднюю часть лапы 2 и уменьшал вертикальные составляющие сил, действующих на пластины 7 и 12, мешая таким путем глубокому погружению якоря. Как и для якорей по предшествующему техническому уровню, этого можно избежать, выполняя конструкцию так, что сила R_F проходит в направлении на достаточном расстоянии выше точки 10 скобы, чтобы создать уравновешивающий действующий по часовой стрелке вращающий момент. Таким образом, для плотных песков было бы необходимо уменьшение угла лапы от 52^o, показанных на фиг. 1, до 30^o или меньше.

При барьерном узле 4, теперь устанавливаемом на якоре 1 под углом в 155^o, возникают силы вследствие давления и перемещения песка, действующие на ребра 15 и на стопорящий песчаный клин W на поверхности барьера 4. Результирующая сила R₁₅, действующая на ребра 15, мала, но дает существенный действующий по часовой стрелке вращающий момент вследствие большого удаления линии ее действия от точки 10 скобы. Нормальная сила, действующая на нижнюю поверхность клина W, уравновешивается нормальной силой, действующей на пластину 12, оставляя соответствующие силы трения, действующие совместно, для образования вращающего момента, действующего по часовой стрелке вокруг точки 10 скобы. Большая результирующая сила R_W на верхней поверхности клина W действует в направлении, имеющем значительное удаление от точки 10 скобы, и поэтому создает основной (большой) вращающий момент по часовой стрелке.

Сумма этих вращающих моментов по часовой стрелке достаточна для уравновешивания комбинированных (суммированных) вращающих моментов против часовой стрелки, созданных силами R_S и E_F, без помощи вращающего момент по часовой стрелке от силы R_F, который потребовал бы уменьшения угла лапы относительно величин, рассматриваемых при обычном подходе как слишком большие для эффективного погружения в плотный песок.

Таким образом, эта конструкция барьера 4 и проемов 5 может быть использована для выполнения якоря, способного погружаться глубоко в плотный песок при наличии угла лапы, значительно большего, чем возможный до сих пор. Тогда этот большой угол лапы хорошо подходит для эффективной работы якоря в мягком иле. Эта конструкция барьера 4 и проемов 5 позволяет использовать якорь с фиксированным углом лапы, имеющим такую величину, как 52^o, при таких же эксплуатационных характеристиках при работе в илистом грунте, как и при работе в плотном песке, без обычной необходимости уменьшать угол лапы до 30^o или меньше.

При использовании якоря 1 с углом лапы в 52^o, как показано на фиг. 1-10, можно бросать его перевернутым на поверхность дна в месте постановки на якорь и тянуть с помощью горизонтального усилия, приложенного к точке 10 скобы веретена 3.

На твердой поверхности дна в месте постановки на якорь он будет опрокидываться вокруг линии AE (фиг. 1) на одну сторону и затем будет быстро перекатываться по периферии 4A до тех пор, пока не войдет в трехточечный контакт с дном, как показано на фиг. 10.

При мягком илистом дне в месте постановки на якорь перевернутый якорь будет погружаться в мягкую поверхность под действием своего собственного веса. Проникновение будет происходить в основном у заднего барьерного узла 4 в зоне точки E (фиг. 1), но остается небольшим вследствие наличия опоры, которая создается площадью ребер 15, лежащих на иле. Движение вперед заставляет барьерные пластины выравниваться и подниматься к поверхности ила. Неустойчивость в этом перевернутом положении вследствие ангедрального положения (отсутствия ясно выраженных граней) между ребрами 15 и между пластинами 11 у перевернутой вершины барьера 4, криволинейной периферии 4A и поднятого положения центра тяжести CG вызывает перектатывание, которое продолжается до тех пор, пока не достигнут (фактически) трехточечный контакт на мягкой поверхности, как и в случае твердого дна в месте постановки на якорь.

Дальнейшее волочение заставляет носовую часть 9 проникать в дно, где давление грунта на находящуюся в наклонном положении самую верхнюю боковую поверхность носовой части 9 заставляет ее закапываться в блок под якорем. Одновременно давление грунта на основную верхнюю поверхность 19 носовой части 9 заставляет ее полностью погружаться в дно, и часть 8 лапы 2 также начинает погружаться. Боковая сила, действующая на носовую часть 9, приводит к началу перекатывания якоря по мере того, как продолжается погружение лапы 2. Выступающая часть 14 в контакте с грунтом с одной стороны от якоря 1 создает достаточную силу сопротивления, действующую в качестве опоры, вокруг которой на лапу 2 теперь действует погружающая сила, чтобы перекатить якорь в конечное вертикальное положение погружения при вертикальной плоскости симметрии M-M (фиг. 2 и 3).

При работе в песке конфигурации относительно потока грунта, показанная на фиг. 8, создается во время погружения и стабилизирует якорь в продольном направлении, как показано на фиг. 9 и описано ранее. При работе в иле грунт перетекает над лапой и через нее, и над барьером, и через него, не образуя стопорящего клина или на лапе перед барьером. Скольжение грунта у поверхности лапы происходит как в песке, так и в иле, но поскольку угол лапы большой, достигается глубокое проникновение и, следовательно, высокие эксплуатационные характеристики при работе в иле так же, как и при работе в песке.

При погружении глубоко в ил при иле, перекатывающем по краям пластин 7, как видно на фиг. 3, линия пересечения пластин 7 лапы якоря 1 в плоскости симметрии в конечном счете становится приблизительно горизонтальной. В этом положении барьер 4 и ребро 12 создают основную часть спроецированной на горизонтальную плоскость площади якоря и, следовательно, обеспечивают большую часть его удерживающей способности. Сочетание большого угла лапы и большого противодействующего момента на барьере якоря 1 заставляет его глубоко погружаться в песок, несмотря на наличие большого угла лапы, необходимого для оптимальной работы в иле. При работе в песке большую часть итоговой (суммарной) удерживающей способности обеспечивает лапа 2, хотя существенный вклад в эту способность создается давлением песка на барьере.

Таким образом, вращающий момент от барьера позволяет лапе 2, наклоненной под очень большим углом лапы в якоре 1, обеспечивать высокую удерживающую способность в песке.

Если якорь 1 бросают на твердое скалистое дно, гравитационное перекатывание в положение трехточечного контакта по фиг. 10 происходит так же, как и в ранее описанных случаях. Волочение в горизонтальном направлении заставляет носовую часть 9 следовать вдоль скалистой поверхности и застревать в любой трещине или зацепляться за любой выступ на ее пути. Единственно возможное место на якоре 1, в котором может происходить зацепление со скалистой поверхностью, - это в конце носовой части 9 на меньшей верхней поверхности 18, которая, как упоминалось выше, может быть создана для противодействия нагрузке, составляющей 71-кратный вес якоря. Поскольку линия действия нагрузки зацепления за скалу между точкой 10 скобы и верхней меньшей поверхностью 18 лежит в плоскости симметрии якоря 1, на веретено 3 не влияют никакие изгибающие моменты вне плоскости (симметрии). Следовательно, веретено 3 может радикальным образом иметь простую конструкцию и сравнительное тонкие поперечные сечения, минимизируя таким образом силу сопротивления R_S и вес веретена.

Настоящее изобретение описывает якорь, который является самовыпрямляющимся (остойчивым) и который может обеспечивать высокую удерживающую способность, превышающую в 71 раз его собственный вес как в твердых песчаных, так и в мягких илистых грунтах, не требуя регулирования угла лапы, и который может выдерживать нагрузку, превышающую в 71 раз его собственный вес, приложенную в крайней передней точке его лапы при зацеплении за скалы. Этого сочетания признаков до сих пор не было в якорях для морских судов.

Естественно, возможны модификации.

В частности, можно было бы создать разбираемый якорь для облегчения размещения в трюме, погрузки и т.д. Например, задний узел 4 может крепиться с возможностью снятия на оставшейся части якоря, и при желании эта снимаемая часть может включать плечо 6B. Крепление можно выполнять с помощью болтов, устанавливаемых надлежащим образом для восприятия нагрузочных напряжений на якоре при использовании его. Можно было бы разместить снятую часть в пространстве между веретеном 4 и лапой 2.

Кроме того, при некоторых целях изобретения можно обойтись без проемов для грунта.