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随着现代科学技术的飞跃发展,海军舰艇的武器设备也在日新月异地更新换代,许多装备因军舰的转型升级而被时代淘汰。然而,有一件舰艇设备却始终保持着其不可替代的地位,那就是船舶停靠的必需品——锚。
许多国家海军的军徽中都有锚的元素,可见其对于海军舰艇的重要性。在海军各种类型的军舰中,小到勤务舰艇,大到航空母舰,舰艇的锚泊设备都是必不可少的部分,即便是素有“海底杀手”、“大洋黑洞”之名的潜艇也会装备有形状奇特的船锚。锚泊设备对于船只来说具有至关重要的作用,有了锚泊设备的帮助,无论风浪多大,都可以确保舰船稳定地停靠在预定的位置。而在海军舰艇上配备先进的锚泊设备往往就意味着在面对各种复杂的海况和战局时,作战舰艇具有更出色的稳定性和可靠性,从而大幅提升作战能力。
美国海军亨利克莱号核潜艇,它的锚设计在潜艇下方,形状为伞形。
安如磐石,原理决定可靠的稳定性
从整体设计来看,锚泊设备的构成并不复杂。它由控制系统、起锚机、锚链、锚本身,以及各种辅助工具和零件组成。锚泊设备的用途决定了它在船上的位置、配置以及锚的类型等。为了便于使船停泊于锚地,锚装置通常被放置在船首的位置。同时为了保障安全,防止船舶不受控而掉头,通常还会使用较小的辅助锚使船牢固地系留在预定位置。除此之外,根据不同的锚泊任务,船只还会配有其他类型的锚泊设备和不同设计的锚。
锚泊装置的操作可以说是相当简单。在船员的指挥下,起锚机的绞盘绞动锚链,并借此将锚降至海底。由于其沉重的质量和特有的形状,锚能够紧紧地附着在地面上,阻碍一切使其产生移动的外力。当使用移动爪时,锚爪啮入土中,此时锚被固定到预定位置并通过锚链与船只固定在一起,只能通过直接向上提起锚链来起锚。
锚的关键在于其强大的锚抓力,即锚入土后所能承受的最大水平拉力,锚抓力通常用于表征在水流和风的影响下抵抗船舶运动的能力。此外,还可以使用锚抓力系数(AnchorHoldingCapacity,AHC),即锚抓力与其质量之比来描述锚的固定能力。影响锚抓力和锚抓力系数的原因还有很多,如锚的重量、材料和结构设计,锚链的长度和重量及其张力的程度,土壤的底质参数和特征等等,这些因素对整体结果都有一定的影响。
日新月异,设计在应用中不断发展
早期船只的锚泊装置十分简单,人们将一块大小合适的石头系上绳子,于是便产生了历史上最早、最简单的锚。这种石碇锚的抛锚与起锚是手动进行的,它依靠本身的重量来固定船只。即便是在科技如此发达的今天,这种原始的设计在某些小型船只上仍被使用,甚至其作用无可替代。
几个世纪后,航运业与造船业在全世界迅猛发展,催生出了金属爪锚等结构更为复杂但锚定效率更高的锚泊装置。而在随后世界大航海的背景下,锚的设计也因需求量的增大和要求的提高在不断发展进步,传统锚的设计才在不断改进中最终定型。
传统设计的锚拥有一个细长的中心元件,就是所谓的锚轴,其他部件都连接其上。锚轴的一端装有用于连接锚链的锚卸扣,另一端连接着起重要锚固作用的锚爪,通常锚爪与锚轴可放在一起制作,这样锚的结构会更加稳定。为了提高锚的抓底能力,锚爪往往被铸造得更大更宽,同时为了防止锚平躺在水底降低锚固性能,人们通常在靠近锚卸扣一端的锚轴上安装一根固定或可移动垂直于锚面的横杆。
传统锚与现代锚都是由金属制成,其制造工艺主要采用铸造的方法,但也一些设计有焊接工艺的使用,这样便可以用更合理的成本和更高的可制造性来造出重量、强度、稳定性都达标的锚具。出于同样的原因,锚泊装置中的锚链也由金属制成。
锚的尺寸和重量需考虑到运载船的特性。小型船装载几十厘米长、几公斤重的锚足矣,但对于那些排水量上万吨的大型船舶,自然也需要数米、数吨的巨锚才能得到保证。
相较于古代的人力抛锚起锚,现代锚泊设备往往使用电力驱动或液压驱动的起锚机。起锚机有卧式锚机和立式锚机两种,现代运输船舶广泛采用卧式锚机,而立式锚机往往应用在军舰之上,这样就可以减少锚机占用的甲板面积,提升战斗力。
兵来将挡,多种锚型共组万全之计
在船锚设计的几个世纪发展历程中,出现了许多变体和改进。其中一些设计已经成为了最普遍的标准,甚至被造船业广泛采用。同时,每一种设计都可以根据不同的应用场景进行优化,在特定情况下发挥最佳效能,大大提高了船舶舰艇在不同海况下的适应能力。
各种锚型中最著名的莫过于海军锚,19世纪初由英国海军发明的它被迅速证明了有效性并得到了广泛应用。起初海军锚采用双锚爪式设计,装有固定锚杆,之后为了能够将锚更安全便捷地运到船上,锚杆被改进为可以被移动或拆除的横杆。
1885年,英国船长霍尔发明了霍尔锚,它的出现可谓是开天辟地,震撼了整个造船业,并深刻影响了锚型的更新发展。巨大的锚爪被连接在了横销上,再通过横销铰接到锚轴上。经过如此改造后,锚爪变得可以翻转,在工作中两个爪可以同时啮入土中,以一种巧妙的方式解决了锚平躺在水底抓底效率低的问题。这使得不便于抛锚起锚的锚杆设计在霍尔锚的发明后被淘汰掉,开创了无杆锚的先河。霍尔锚不仅拥有适应性强、稳定性强的优点,还可以将锚收进锚链筒中便于收纳,这种设计与改进使锚泊装置的操作大大简化,致使在很长一段时间内,霍尔锚风靡于世界各国船只当中,成为了国际标准之一。
破冰船“乌拉尔”与霍尔锚
在霍尔锚的灵感启发下,越来越多的无杆锚相继问世。同样是在英国,为解决霍尔锚结构复杂的问题,人们将连接锚轴与锚爪的横销简化,将可转动的锚爪直接连在锚轴上,于是诞生了便于生产的史密斯锚。无独有偶,为了解决霍尔锚抓力系数不大的问题,AC-14锚应运而生。这种霍尔锚的改良体具有宽大的稳定鳍,锚爪锋利且又宽又长,在不同底质条件下均有良好的抓底性能,大大提升了抓力系数,一跃成为目前世界上公认的优良锚型。
好事多磨,面对挑战更需知难而进
想让船只在海中航行很容易,但想让船只在海中停在原位就很困难。在近千年的人类文明历史中,造船师为了解决这个问题而不断探索,开发出了形形色色的船锚设计,力求在复杂的海况中寻找问题的最优解。而对于需要完成作战任务的军舰而言,海军舰艇的船锚设计至今依然面临的诸多不确定的挑战。
军舰船锚需要面对复杂多变的海洋环境,如不同的水深、海底地质、海流和台风等问题,这就对锚泊设备的牢固性和稳定性提出了极高的要求。此外,军事舰船的作战环境复杂,往往需要在海水中长时间停留,因此船锚很容易受到海水中的污染和腐蚀。这会影响锚的强度和可靠性,进而影响舰艇的作战能力。战场上兵贵神速,每一秒都决定着战场局势的变化。舰艇在抛锚停泊时是否能够迅速进入战斗状态,在外执行任务时面对突如其来的自然灾害是否能够成功应对,一切都与锚泊装置操作效率息息相关。
面对海战场提出的诸多挑战,海军舰船的锚泊设备需要不断进行更新换代和改良升级。为了确保锚泊设备在复杂多变的海洋环境中能够发挥出稳定且可靠的性能,我们迫切需要加速将新型科学技术应用于舰艇船锚的改良之中。
美海军“华盛顿”号航母安装“企业”号之锚
日益复杂的战场环境对海军舰艇的机动性和稳定性要求越来越高,随着气象武器等新型高科技武器在未来加入战场,舰艇的机动、稳定性往往就决定了海军的战斗力。军舰上不断更新升级的武器装备是决胜千里的关键因素,而这看似笨重的船锚亦是制胜战场的大国重器。对于未来的海战场,“舰艇利爪”的改进与发展依然任重道远。(唐浩然、李士成、秦天鸣、刘一澳)
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