Höyrylaiva

Höyrylaiva on höyrykoneen voimalla liikkuva laiva. Höyrylaivan nimeä edeltävät usein kirjaimet S/S, steamship (suom. höyrylaiva). Höyrylaivoiksi nimitettiin yleisesti myös höyryturbiinia käyttäviä laivoja. 
Höyrylaivojen aikakausi alkoi 1800-luvun alussa, kun tekninen kehitys saavutti höyrykoneissa tason, jossa niiden soveltaminen laivan voimanlähteenä tuli mielekkääksi. Aluksi höyrykonetta hyödynnettiin joissa, kanavissa ja vastaavilla suojaisilla vesillä kulkevissa aluksissa, joissa tuulet olivat heikkoja. Valtamerilaivoissa höyrykone oli purjeiden apuna, antamassa lisävauhtia tai takaamassa liikkumiskyvyn tyynellä säällä ja vastatuuleen. Yksinään höyrykone ei ollut usein riittävän luotettava teknisesti tai sen mahdollistama toimintasäde oli liian pieni.
Höyrykoneen käyttöönotto merenkulussa sattui samaan aikaan puurunkojen asteittaisen vaihtumisen metallirunkoihin kanssa. Höyrylaivojen kehitys mahdollisti nykyaikaisen merenkulun, jossa meriliikenne on huomattavasti entistä riippumattomammaksi luonnonvoimista. Höyrykoneen vaihtuminen dieselmoottoriin on teknisesti pienempi askel, kun laivat olivat jo rakenteellisesti kehittyneet konekäyttöisiksi.
Höyrylaivoja käytettiin paljon aina toiseen maailmansotaan asti ja jonkin verran sen jälkeenkin. Höyryturbiini syrjäytti lopulta mäntähöyrykoneen, vaikka se onkin selvästi kalliimpi hankintahinnaltaan: höyryturbiinin hyötysuhde on moninkertainen mäntähöyrykoneeseen verrattuna, ja sillä saavutetaan myös suurempi nopeus kuin mäntähöyrykoneilla. Pian kuitenkin dieselpolttoainetta käyttävät polttomoottorit syrjäyttivät lopullisesti mäntähöyrykoneet käytettävyytensä, pienemmän kokonsa ja suuremman hyötysuhteensa takia. Höyryturbiinilaivoissa käytettiin polttoaineena myös oljyä, sen koksiin verrattuna käytännöllisyyden ja pienemmän tilantarpeen vuoksi. 
Nykyään lähes kaikki höyrylaivat ovat turbiinikäyttöisiä lukuun ottamatta perinnealuksia. Höyryturbiinia käytetään myös ydinvoimalla kulkevissa laivoissa sekä joissakin kaasutankkereissa. Höyryturbiini on erityisen suosittu aluksissa, joissa nopeus on tärkeällä sijalla, kuten sota-aluksissa.

Historia

Jokilaivoissa purjeiden käyttö oli vaikeaa ja niitä jouduttiin usein vetämään rannalta käsin. Höyrykoneen käyttöönotto jokilaivoissa oli vastaus selkeään tarpeeseen. Ensimmäisenä sen teki ranskalainen markiisi Claude François Jouffroy d'Abbans 1783 Pyroscaphe-höyryveneellä, sitten 1789 Yhdysvalloissa John Fitch ja seuraavana vuonna skotlantilaiset Patrick Miller ja William Symington. Ensimmäisten höyrykoneiden teho ei kuitenkaan riittänyt varsinaiseen liikennöintiin. Symington rakensi 1803 höyrykoneella toimivan kanavahinaajan, joka oli ensimmäinen kaupallisessa käytössä ollut höyryalus. Vuoden käytön jälkeen rantojen omistajat saivat aluksen käytön kiellettyä väittämällä sen aaltojen vahingoittavan rantoja. Läpimurto höyryn käytössä alusten voimanlähteenä oli amerikkalaisen Robert Fultonin rakentama alus. Fulton oli koeajannut Charlotte Dundasilla ja perehtynyt John Fitchin keksintöihin. Tähän 1807 Hudsonjoella rakennettuun North River Steamboat (Clermont) höyryalukseen sijoitettiin 18 hevosvoiman Wattin ja Boultonin tehtaan valmistama höyrykone. Ensimmäisellä 12 tunnin matkallaan alus saavutti 4,7 solmun keskinopeuden. Samaan matkaan jokipurret käyttivät neljä vuorokautta. Yhdysvaltain rannikko- ja jokiliikenteessä oli viiden vuoden kuluttua jo yli puolensataa höyryalusta. Englannissa kaupallisen höyrylaivaliikennöinnin aloitti Henry Bellin rakentama PS Comet alus. Vuonna 1815 Englannissa oli jo parikymmentä höyrykäytöistä alusta. Suomessa ensimmäinen höyryalus oli Ilmarinen 1833. Vuonna 1819 ensimmäinen höyryavusteinen laiva, SS Savannah, jossa oli siis myös purjeet, ylitti Atlantin. Pelkällä höyryllä matka tehtiin 1830-luvulla, vaikka tuokin alus, SS Sirius (1837), oli varustettu purjeilla. Pelkkään höyryyn ei luotettu ennen kuin 1800-luvun loppupuolella. Ensimmäinen rautainen höyrylaiva oli PS Aaron Manby, joka 1822 purjehti Englannista Pariisiin.
Ongelmina alkuaikojen höyryaluksissa olivat siipirattaan huono kesto merenkäynnissä ja hiilen runsas kulutus. Ensimmäinen parannus höyrykoneissa oli korkeapainekattiloiden käyttö, mikä pudotti hiilen kulutuksen kolmasosaan. Toinen parannus oli kaksivaiheinen paisunta, jolla kulutus laski vielä lähes puoleen. Ruuvimainen potkuri on ideana vanha. Amerikkalainen keksijä David Bushnell suunnitteli 1775 puisen sukellusveneen Turtle, jossa oli käsikäyttöiset ruuvimaiset potkurit. Vanhimpia patentteja on Joseph Bramahin vuodelta 1785. Potkurin käyttöön höyrykoneiden teho ei vielä ollut riittävä. Ensimmäisen toimivan potkurin rakensi Josef Ressel Triestessä, Itävalta-Unkariissa ja sai sille patentin 1827 Itävalta-Unkarissa. 1836 sai kaksikin potkuria patentin: ruotsalaisen John Ericssonin (1803–1889) rataspotkuri ja englantilaisen Francis Pettit Smithin ruuvipotkuri. Isambard Kingdom Brunel rakensi 1843 ensimmäisen potkurikäyttöisen aluksen, SS Great Britainin, joka ylitti Atlantin. Alus oli 98,2 metriä pitkä. Laivasto oli kuitenkin yhä epäileväinen potkurien suhteen. Vuonna 1845 Britannian amiraliteetin järjestämässä kilpailussa samantehoiset sluupit, potkurilla varustettu HMS Rattler ja siipirattailla varustettu HMS Alecto, vetivät toisiaan. Rattler pystyi vetämään Alectoa 2,5 solmun nopeudella. Tämän jälkeen epäluulo potkureita kohtaan poistui. Potkurit ja höyrykoneet olivat nyt niin voimakkaita, että alusten puurunko ei enää kestänyt. Tähän lujuusongelmaan otettiin avuksi rauta. Rautalevyjä oli alettu valssata 1780-luvulla ja ensimmäinen rautainen alus rakennettiinkin jo 1787. Rauta oli kuitenkin haurasta, ja 1870-luvulle saakka laivat tehtiin puusta rautavahvisteisina. Esimerkiksi klipperit tehtiin rautakaarilla, mutta puulaudoituksella. Laudoitus voitiin myös peittää rautalevyillä kuten Nansenin Fram. 1800-luvun puolenvälin jälkeen höyrylaivoista tuli kilpailukykyisiä purjelaivoihin nähden. Yhdistyneen kuningaskunnan kauppalaivastosta vuonna 1885 yli puolet kulki höyryllä. Purjelaivatkin vielä kehittyivät ja kokivat pienen nousukauden 1850-luvulla, kun amerikkalaiset kehittivät kapearunkoisen ja nopean laivatyypin, klipperin. Suezin kanavan avaaminen 1869 antoi höyrylaivoille niin suuren edun klippereihin nähden, jotka joutuivat kiertämään Afrikan, että purjelaivoille jäivät enää pisimmät Australian ja Etelä-Amerikan reitit. Viimeinen purjelaivojen kehitysaskel oli teräsrunkoinen rakenne ja vahvistetut mastot, mikä piti purjelaivoja vielä jonkin aikaa kilpailukykyisenä höyryaluksiin nähden. 
Toisen maailmansodan aikana Saksan sukellusveneet pystyivät tuhoamaan liittoutuneiden kauppalaivoja suuressa määrin. Vastauksena tähän hävikkiin Yhdysvalloissa Henry J. Kaiser ehdotti standardilaivoja, minkä johti liberty-aluksien rakentamiseen. Nämä olivat rakenteiltaan yksinkertaistettuja höyrylaivoja, joiden runko tehtiin lohkoista ja laivat koottiin hitsaamalla. Tämä tehosti rakennusta suuresti ja nopeimmillaan laiva koottiin kymmenessä päivässä. Näitä kantavuudeltaan 14000 tonnin aluksia rakensi vuosina 1941–45 18 telakkaa kaikkiaan 2 710 kappaletta.  Sodan lopulla alettiin valmistaa Victory-aluksia, jotka olivat hieman suurempia, tukevampia ja osassa oli myös dieselmoottori. Näitä rakennettiin 531 kpl. Sodan jälkeen hitsaus vakiintui laivarunkojen kokoonpanomenetelmäksi.
Charles A. Parsons oli irlantilainen insinööri, joka kehitti laivakäyttöön sopivan höyryturbiinin. Ensimmäinen turbiinikäyttöinen jahti Turbinia oli koekäytössä 1893, mutta ongelmaksi osoittautui potkurien kavitointi hieman ennen täyttä nopeutta 19,5 solmua. Amiraliteetti ei kiinnostunut uudesta koneesta, minkä vuoksi Parsons järjesti mielenosoituksen vuoden 1897 laivastoparaatissa. Turbinia-aluksen potkurijärjestelyä oli parannettu ja nyt se kulki 34 solmua, mikä oli ennennäkemätön nopeus. Parson ajoi aluksellaan ankkurissa olleiden sotalaivojen välistä, jolloin yksi alus lähti seuraamaan, mutta joutui naurunalaiseksi jäätyään huomattavasti jälkeen. Tämän seurauksena rakennettiin ensimmäinen turbiinikäyttöinen hävittäjä HMS Viper. Höyrykonetta värinättömämpi höyryturbiini tuli käyttöön sota- ja matkustajalaivoissa. Dreadnought-alus vuodelta 1906 oli ensimmäinen höyryturbiinilla varustettu taistelulaiva ja se kulki 23 000 hevosvoimalla 21 solmua. Aseistus oli pääasiassa raskasta tykistöä. Torpedovaara teki pitkän matkan tykistötaisteluista välttämättömyyden. Esimerkiksi Tsushiman meritaistelussa venäläiset olivat avanneet torpedovaaran vuoksi tulen 16 km:n päässä kohteesta. 1908 englantilaiset loivat vielä suuremman aluksen, jota sanottiin taisteluristeilijäksi. Näillä sitten käytiin niin ensimmäinen kuin toinen maailmansotakin.
Ydinkäyttöisissä laivoissa höyryturbiini on yhä käytössä. Maailman ensimmäinen ydinkäyttöinen alus oli Yhdysvaltalainen ydinsukellusvene USS Nautilus (SSN-571) 1955 ja ensimmäinen rahtilaiva oli vuonna 1962 vesille laskettu NS Savannah. Neuvostoliitto rakensi vuonna 1959 ensimmäisen ydinkäyttöisen jäänmurtajan nimellä Lenin. Se oli samalla ensimmäinen ydinkäyttöinen alus siviilikäytössä. Neuvostoliitto rakensi useita ydinjäämurtajia, kuten Arktika-luokka ja Taimyr-luokka. Ydinvoiman käyttö siivilialuksissa ei alun jälkeen kuitenkaan ole edennyt.
Tanskalaisella telakalla valmistui 1912 rahtilaiva M/S Selandia, joka oli ensimmäinen valtameren ylittänyt dieselkäyttöinen alus. Moottorilaivat eivät kuitenkaan yleistyneet nopeasti. Yksi yleistymistä hidastanut syy oli polttoaineen saatavuus satamissa ja toinen dieselmoottorin suurempi kustannus. Mäntähöyrykoneita käytettiin laivoissa toiseen maailmaansotaan saakka, jonka jälkeen dieselmoottorit ovat korvanneet ne. Höyryturbiinin dieselmoottorit korvasivat matkustajalaivoissa 1970-lukuun mennessä, kun öljyn polttaminen höyrykattilassa tuli liian kalliiksi.