Держащая сила якорного устройства.

Держащая сила якорного устройства ( Т ) зависит от типа якоря, характера грунта и длины вытравленной якорной цепи. Она складывается из держащей силы якоря и держащей силы участка якорной цепи, лежащей на грунте:

где: k- коэффициент держащей силы якоря (зависит от типа якоря и характера грунта; для якоря Холла k @ 2 для большинства грунтов);

   P_як - вес якоря в воде;

   f - коэффициент трения цепи о грунт ( f @ 0,3 для большинства грунтов);

   Р_яц - вес якорной цепи, лежащей на грунте: Р_яц = р*l; р - вес одного метра якорной цепи в воде :

l - длина якорной цепи, лежащей на грунте.

 d - калибр цепи (мм),

Наибольшей держащей силой якорь обладает, когда его веретено лежит на грунте (поднятие веретена над грунтом на 15° вдвое уменьшает держащую силу якоря). Поэтому для обеспечения наибольшей держащей силы якоря длина вытравленной якорной цепи должна быть такой, чтобы в любых условиях веретено лежало на грунте.

2. Силы, действующие на судно, стоящее на якоре.  

На судно действуют следующие силы:

*

где: Wв - скорость ветра; Sх - лобовая площадь парусности;

*

          где: Vт - скорость течения; Sм - площадь подводной части миделя;

*  инерционные силы от волнения Fв. Возникают за счет участия судна в орбитальном движении частиц воды на волнении;

*  инерционные силы, возникающие при рыскании судна Fр. Рыскание - это колебательные движения судна относительно линии ветра. Появление рыскания вызвано тем, что якорные клюзы расположены вне его диаметральной плоскости. В результате этого силы давления ветра и натяжения якорной цепи (Т) будут приложены в различных вертикальных плоскостях и создают момент, стремящийся развернуть судна на угол q, таким образом, чтобы силы Fа и Т стали в одной вертикальной плоскости (положение 1 рисунка). При появлении угла q корпус судна начинает работать как крыло: появляется подъемная сила Rпод и дополнительная сила лобового сопротивления Rлоб за счет увеличения площади парусности, под влиянием которых центр тяжести судна начинает перемещаться по траектории близкой к изогнутой восьмерке. В положении 2 сила натяжения якорной цепи превысит сумму сил Rпод и Rлоб и судно рывком перейдет в положение 3. При этом угол q по отношению к ветру изменит свой знак на противоположный, подъемная сила станет действовать в противоположном направлении и судно начнет движение в обратную сторону.

*

*

* Под влиянием развившихся инерционных сил судно перейдет среднее положение, совершая непрерывное колебательное движение относительно линии ветра.

* Судно не будет дрейфовать, если горизонтальная составляющая равнодействующей указанных выше сил уравновешивается держащей силой якорного устройства:

*                                Fa + Fт + Fв + Fр £ Т.

*

* 3. Расчет якорной стоянки.

* Расчет состоит из решения двух задач: вычислений необходимой длины вытравленной якорной цепи и радиуса сектора, в котором будет перемещаться судно при изменении направления ветра и течения.

* Расчет необходимой длины вытравленной якорной цепи.

* Якорная цепь провисает по цепной линии, вершина которой для обеспечения максимальной держащей силы якоря (веретено якоря лежит на грунте) должна находиться в точке крепления якорной цепи к якорю

*

.

Уравнения цепной линии:

где а - параметр цепной линии: а = T / p                                  

В приведенных выше формулах использованы следующие обозначения:

х, у - координаты клюза;

h - отстояние клюза от грунта;

Т = Fa+Fт - продольная составляющая натяжения якорной цепи;

p - вес одного метра якорной цепи в воде;

l - минимальная длина вытравленной якорной цепи.

Для определения l возведем обе части уравнений цепной линии в квадрат и из

полученного нижнего уравнения вычтем верхнее:

Учитывая, что выражение в скобках равно единице:

Для компенсации орбитального движения судна при волнении, длина дополнительно вытравленной якорной цепи Dlв должна составлять от 5 до10 м, в зависимости от высоты волны.

где Dlр - дополнительно вытравленная длина якорной цепи для компенсации инерционных сил от рыскания.

Значение коэффициента динамичности принимается равным от 1,4 до 1,7 в зависимости от типа судна и условий стоянки. Величина kд принимается большей для судов в балласте, особенно имеющих дифферент на корму, для судов, у которых центр парусности смещен в нос, и при увеличении силы ветра.

Таким образом, необходимая длина вытравленной якорной цепи:

Расчет радиуса сектора, в котором будет перемещаться судно при изменении направления ветра и течения.

Значение радиуса r определяется: r = lг + x + L, где lг - длина участка якорной цепи, лежащей на грунте; L - длина судна.

Величина lг определяется разностью общей длины вытравленной якорной цепи и значения l, рассчитанного в предыдущем разделе.

Значение х можно получить по таблицам цепной линии ( см. раздел буксировки судов). Для приближенной оценки при больших глубинах якорной стоянки :

а при малых глубинах - х = l.