Πρόωση πλοίου

Η θαλάσσια πρόωση είναι ο μηχανισμός ή το σύστημα που χρησιμοποιείται για να δημιουργηθεί ώθηση για να μετακινηθεί ένα πλοίο ή μια βάρκα πάνω στο νερό. Ενώ τα κουπιά και τα πανιά εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε μερικά μικρότερα σκάφη, τα περισσότερα σύγχρονα πλοία κινούνται με μηχανικά συστήματα που αποτελούνται από έναν ηλεκτρικό κινητήρα ή έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης που στρέφει μια έλικα, ή λιγότερο συχνά σε αντλιοπρόωση , μία πτερωτή . Η ναυτική μηχανική είναι το επάγγελμα που ασχολείται με τη διαδικασία σχεδιασμού μηχανικών συστημάτων θαλάσσιας πρόωσης .

Το ανθρώπινο δυναμικό, με τη χρήση κουπιών, και ιστίων ήταν οι πρώτες μορφές θαλάσσιας προώθησης. Οι γαλέρες, μερικές από τις οποίες ήταν εξοπλισμένες με πανιά, έπαιξαν επίσης σημαντικό ρόλο στο παρελθόν. Το πρώτο προηγμένο μηχανικό μέσο θαλάσσιας προώθησης ήταν η ναυτική ατμομηχανή, που εισήχθη στις αρχές του 19ου αιώνα. Κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα αντικαταστάθηκε από δίχρονους ή τετράχρονους κινητήρες ντίζελ, εξωλέμβιους κινητήρες και κινητήρες αεριοστροβίλων σε ταχύτερα πλοία. Οι θαλάσσιοι πυρηνικοί αντιδραστήρες, που εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1950, παράγουν ατμό για να προωθούν τα πολεμικά πλοία και τα παγοθραυστικά . εμπορική εφαρμογή, που επιχείρηθηκε αργά αυτή τη δεκαετία, απέτυχε λόγω των υψηλών απαιτήσεων της εγκατάστασης στην διαχείρηση αποβλήτων και της επικυνδινότητας της εγκατάστασης.

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μία αυξημένη τάση στην κατασκευή πλοίων με ηλεκτροπρόωση οπου γεννήτριες κινούμενες από τετράχρονες ΜΕΚ ως επι το πλέίστον παράγουν ηλεκτρική ενέργεια ανάλογα με της ανάγκες για την πρόωση και τις αναγκες του πλοίου, επίσης υπάρχουν εξολοκλήρου ηλεκτροκίνητα μικρά πλοία της γραμμης (φερυ) που κινόυνται με μπαταρίες Lion και υπερσυσσωρευτές τα οποία φορτίζονται στο λιμάνι κατα τη διάρκεια της νύχτας. Οι ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιούν ηλεκτρική αποθήκευση μπαταριών έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την πρόωση σε υποβρύχια σε συνδιασμό με μηχανές εσωτερικής καύσης.

Επίσης, με την εξέλιξη της τεχνολογίας και λόγω των ολοένα αυξανόμενων περιβαλοντολογικών απαιτήσεων υπάρχουν και εφαρμογές οπου ηλεκτρική ενέργεια  μπορεί να παράγεται μέσω της οξείδωσης LNG ή υδρογόνου σε κυψέλες καυσίμου ή συνδιασμό άλλων μεθόδων. Το να υπάρχουν συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε πλοία με υβριδικές τεχνολογογίες ωφελεί την οικονομικότερη λειτουργία των ΜΕΚ καθώς γίνεται δυνατή η παραγωγή ενέργειας στο βέλτιστο σημείο λειτουργίας ανεξάρτητα από τις ενεργιακές απαιτήσεις του πλοίου. Πειραματικές τεχνολογίες που προσπαθούν να βελτιώσουν το ενεργειακό αποτύπωμα σκαφών περισσότερο παρά να αντικαταστήσουν τις ΜΕΚ είναι η υποβοήθηση της κίνησης με bow thruster που καταναλώνουν ενέργεια από ηλιακά πάνελ και η χρήση "χαρταετού" ώς ιστίο για τη ρυμόυλκηση ενός πλοίου 

Η ανάπτυξη κινητήρων με υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG) κερδίζει διαρκώς αναγνώριση για τα πλεονεκτήματα χαμηλών εκπομπών και κόστους καταλώσεων. Χρησιμοποιούνται σε πλοία μεταφοράς LNG όπου μέρος του φορτίου το οποίο βρίσκεται σε ειδικές μονωμένες δεξαμενές στους -163 Κελσίου αναπόφευκτα εξατμίζεται οπότε χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε τετράχρονες μηχανές που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα κυρίως όμως τελευταία πολλά τέτοια πλοία εξοπλίζονται με δίχρονες κύριες μηχανές.

Οι κινητήρες Stirling, οι οποίοι είναι πιο ήσυχοι και ομαλότεροι κινητήρες με ατμό, χρησιμοποιούνται σε αρκετά μικρά υποβρύχια για να τα κινήσουν όσο πιο ήσυχα γίνεται. Ο σχεδιασμός του δεν χρησιμοποιείται στην θαλάσσια ναυσιπλοΐας λόγω της μικρότερης συνολικής απόδοσης από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης ή τους στροβίλους ισχύος.

Πηγές ενέργειας

Προ-βιομηχανικές 

Μέχρι τον εξοπλισμό των πλοίων με ατμομηχανές καυσίμων άνθρακα στις αρχές του 19ου αιώνα, τα κουπιά ή ο άνεμος ήταν το κύριο μέσο πρόωσης των πλοίων. Εμπορικά πλοία χρησιμοποιούσαν κατά κύριο λόγο πανιά, αλλά κατά τη διάρκεια των περιόδων που οι ναυμαχίες εξαρτιόταν από την δυνατότητα ελιγμών των πλοίων ζευγαρώσει ή για την καταπολέμηση της χέρι-με-χέρι, μαγειρείων προτιμούνταν για ευελιξία και την ταχύτητα τους. Οι ελληνικοί ναυτικοί που πολέμησαν στον Πελοποννησιακό πόλεμο χρησιμοποίησαν τριήρεις, όπως και οι Ρωμαίοι στη μάχη του Ακτίου . Η ανάπτυξη των ναυτικών πυρομαχικών από τον 16ο αιώνα προς τα εμπρός έφτασε στο ύψος του πλάτους πριν από την ελιγμών. αυτό οδήγησε στην κυριαρχία του πολεμικού πλοίου που τροφοδοτείται με πανιά τους επόμενους τρεις αιώνες.

Στη σύγχρονη εποχή, η πρόωση χωρίς μηχανές συναντάται κυρίως σε μικρά σκάφη ή ως βοηθητική πρόωση σε ιδιωτικά ιστιοπλοϊκά. Η χειροκίνητη πρόωση περιλαμβάνει το δοκό ώθησης, τη κωπηλασία και τα πετάλια.

Το σύστημα πρόωσης μέσω ιστίων αποτελείται γενικά από ένα πανί που ανυψώνεται σε έναν όρθιο ιστό, υποστηριζόμενο από σχοινιά, και ελέγχεται από γραμμές από σχοινί . Τα ιστία ήταν η κυρίαρχη μορφή εμπορικής προωθήσεως μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα και συνέχισαν να χρησιμοποιούνται τον εικοστό αιώνα σε διαδρομές όπου ο άνεμος ήταν εξασφαλισμένος και ο άνθρακας δεν ήταν διαθέσιμος, όπως στο εμπόριο νιτρικών της Νότιας Αμερικής. Τα ιστία τώρα χρησιμοποιούνται για σκάφη αναψυχής και για σπόρ, αν και καινοτόμες εφαρμογές των χαρταετών, turbosails, rotorsails, wingsails, ανεμόμυλους και SkySails έχουν χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερα σύγχρονα πλοία για την εξοικονόμηση καυσίμων.

Παλινδρομικές ατμομηχανές 

Η ανάπτυξη ατμόπλοιων με ατμομηχανή ήταν μια πολύπλοκη διαδικασία. Τα πρώτα ατμόπλοια τροφοδοτούνται από ξύλο, αργότερα από άνθρακα ή καύσιμο πετρέλαιο. Τα πρώτα ατμόπλοία χρησιμοποίησαν πρυμναίους ή πλευρικούς τροχούς με κουπία, οι οποίοι έστρωσαν τον δρόμο για την πρόωση μέσω έλικας.

Μετά την πρώτη εμπορική επιτυχία που αποκόμησε το North River Steamboat του Robert Fulton (συχνά αποκαλούμενο Clermont ) στις ΗΠΑ το 1807, ακολούθησε στην Ευρώπη το μήκους    Comet του 1812. Η ατμοπρόωση εξελίχθηκε σημαντικά κατά το υπόλοιπο του 19ου αιώνα. Σημαντικές εξελίξεις περιλαμβάνουν τα ψυγεία ατμού, τα οποία εξάλειψαν τη χρήση θαλασσινού νερού στους λέβητες του πλοίου. Αυτό, μαζί με τις βελτιώσεις στην τεχνολογία λέβητα, επέτρεψε υψηλότερες πιέσεις ατμού, και έτσι τη χρήση κινητήρων πολλαπλών σταδίων (σύνθετων) με μεγαλύτερη αποδοτικότητα. Ως μέσο μετάδοσης της ισχύος του κινητήρα, οι τροχοί με κουπί έδωσαν τη θέση τους στις, πιο αποδοτικές, έλικες.

Οι πολυσταδιακές ατμομηχανές έγιναν ευρέως διαδεδομένες στα τέλη του 19ου αιώνα. Αυτοί οι κινητήρες εξήγαγαν ατμό από έναν κύλινδρο υψηλής πίεσης σε έναν μεγαλύτερο κύλινδρο χαμηλότερης πίεσης όπου διατελούταν κι άλλη ενεργή διαδρομη εμβόλου, προσφέροντας μεγάλη βελτίωση της απόδοσης.

Ατμοστρόβιλοι 
Οι ατμοστρόβιλοι είναι μηχανές εξωτερικής καύσηςπου τροφοδοτούνται με ατμό από λέβητες και εξάγουν αυτόν τον ατμό σε ψυγεία που βρίσκονται υπο κενό. Οι λέβητες παρήγαν ατμό καίγοντας άνθρακα, αργότερα καύσιμο πετρέλαιο και αέρια καύσιμα και εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον ίδιο λόγο πυρηνικος αντιδραστήρας . Ο ναυτικός ατμοστρόβιλος που αναπτύχθηκε από τον Sir Charles Algernon Parsons  αύξησε την αναλογία ισχύος προς βάρος. Απέκτησε δημοτικότητα, επιδεικνύοντας τον ανεπίσημα στο πειραματικό σκάφος μήκους    Turbinia στη ανασσκόπηση στόλου του Spithead το 1897. Αυτό ήταν το ξεκίνημα μιας νέας γενιάς πλοίων γραμμής υψηλής ταχύτητας κατά το πρώτο μισό του 20ου αιώνα, και κατέστησε την παλινδρομική μηχανή ατμού ξεπερασμένη.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, το βαρύ μαζούτ ήρθε σε γενικότερη χρήση και άρχισε να αντικαθιστά τον άνθρακα ως το καύσιμο της επιλογής στα ατμόπλοια. Τα μεγάλα πλεονεκτήματά του ήταν η μείωση του φόρτου εργασίας, η μείωση του ανθρώπινου δυναμικού, η μείωση του  όγκου του απαιτούμενου εξοπλισμού για την καύση, και μειωμένες απαιτήσεις χώρου για αποθήκευση καυσίμου..

Στροβιλο-ηλεκτροπρόωση 
Είναι πλοία οπου ηλεκτρικές γεννήτριες μετατρέπουν την μηχανική ενέργεια ενός στροβίλου (ατμού ή αερίου) σε ηλεκτρική ενέργεια και ηλεκτροκινητήρες την μετατρέπουν κατόπιν σε μηχανική ενέργεια για την περιστροφή των κινητήριων αξόνων. Ένα πλεονέκτημα αυτού του μηχανισμού μετάδοσης είναι ότι επιτρέπει την μετατροπή της υψηλής περιστροφικής ταχύτητας των ατμοστροβίλων σε αργή για την προπέλα χωρίς την ανάγκη για κιβώτιο ταχυτήτων όπως επίσης την παραγωγή ρεύματος χωρίς, να χρειάζεται επιπλέον ηλεκτρομηχανές, για τα άλλα ηλεκτρικά συστήματα του πλοίου ή της αμαξοστοιχίας, όπως ο φωτισμός, οι υπολογιστές, το ραντάρ και ο εξοπλισμός επικοινωνίας. Τέλος οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι πολύ πιο αθόρυβοι, χωρίς κραδασμούς, και ευέλικτοι στις αλλαγές ταχύτητας της προπέλας απ ότι η μετάδοση κίνησης με κιβώτιο ταχυτήτων.

Ντίζελ 
Κατά το δεύτερο μισό του 20ού αιώνα, το αυξανόμενο κόστος των καυσίμων οδήγησε σχεδόν στο τέλος του ατμοστρόβιλου. Τα περισσότερα νέα πλοία από το 1960 και μετά έχουν κατασκευαστεί με δίχρονους ή τετράχρονους κινητήρες ντίζελ. Το τελευταίο μεγάλο επιβατηγό πλοίο που κατασκευάστηκε με ατμοστρόβιλους ήταν το Fairsky, το οποίο ξεκίνησε το 1984. Πολλά παλιά ατμόπλοια επανατροποποιήθηκαν για να βελτιωθεί η απόδοση καυσίμου τους . Ένα τετοιο γνωστό παράδειγμα  ήταν το χτισμένο το 1968 Queen Elizabeth 2 το οποίο είχε αντικαταστήσει τους ατμοστρόβιλους του με ηλεκτροπρόωση το 1986.

Τα περισσότερα πλοία νεότερης κατασκευής με ατμοστρόβιλους είναι εξειδικευμένα σκάφη, όπως σκάφη με πυρηνική ενέργεια και ορισμένα εμπορικά πλοία (κυρίως Υγροποιημένου Φυσικόυ Αερίου (ΥΦΑ) και μεταφορείς άνθρακα) όπου το φορτίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο .

Πλοία μεταφοράς ΥΦΑ (LNG) 
Νέα πλοία μεταφοράς υγροποιημένου φυσικού αερίου (μια περιοχή υψηλής ανάπτυξης για την ναυτιλία) συνεχίζουν να κατασκευάζονται καμμιά φορά με ατμοστρόβιλους. Το φυσικό αέριο αποθηκεύεται σε υγρή κατάσταση σε κρυογονικά δοχεία επί των πλοίων αυτών και χρειάζεται να αφαιρείται συνεχώς μια μικρή ποσότητα αερίου για να διατηρείται η πίεση και η θερμοκρασία εντός των δοχείων εντός των ορίων ασφαλείας. Το αέριο που εξατμίζεται παρέχει το καύσιμο για τους λέβητες του πλοίου, οι οποίοι παράγουν ατμό για τους στροβίλους που κινούν το πλοίο και είναι ο απλότερος τρόπος αντιμετώπησης της εξάτμισης στις δεξαμενές. Ωστόσο, η τεχνολογική πρόοδος των κινητήρων εσωτερικής καύσης όσον αφορά την λειτουργία τους με αυτό το αέριο έχει βελτιωθεί και πλέον η νέα τάση της αγοράς είναι πλοία που χρησιμοποιούν τεράχρονες ΜΕΚ για παροχή ενέργειας και ηλεκτροπρόωση. Επίσης, η συνεχής βελτίωση των σχεδίων των δεξαμενών επιτρέπει την επίτευξη μεγαλύτερης θερμικής απόδοσης, συνεπώς συμβαίνει φυσιολογικά λιγότερο «βράσιμο» και επιπλέον τεχνολογικές εξελίξεις έχουν δημιουργήσει πλοία με δίχρονες κύριες μηχανές για την πρόωση. Εξελίξεις έγιναν επίσης κατά τη διαδικασία της επανυγροποίησης του αερίου που εξατμίζεται, επιτρέποντάς του να επιστραφεί στις κρυογονικές δεξαμενές ως υγρό. Η οικονομική απόδοση της κίνησης με ΥΦΑ είναι μεγαλύτερη και οι περιβαλλοντολογικές επιπτώσεις μικρότερες από αυτές τις καύσης μαζούτ και ναυτιλιακων καυσιμων σε ΜΕΚ κι αυτό οδηγεί όχι μόνο στην αντικατασταση των λεβήτων με ΜΕΚ αλλα και στην συζήτηση για χρήση του σε άλλους τύπους πλοίων. Ένας άλλος παράγοντας που οδηγεί την αλλαγή από τους στροβίλους στους κινητήρες ντίζελ για τους μεταφορείς ΥΦΑ είναι η έλλειψη ειδικευμένων μηχανικών ατμοστρόβιλων. Με την έλλειψη πλοίων με στροβιλοκινητήρες σε άλλους ναυτιλιακούς τομείς και την ταχεία αύξηση του μεγέθους του παγκόσμιου στόλου ΥΦΑ, δεν υπήρχαν αρκετοί εκπαιδευμένοι μηχανικοί για να καλύψουν τη ζήτηση. Ίσως οι ημέρες να είναι αριθμημένες για συστήματα πρόωσης θαλάσσιων ατμοστρόβιλων, παρόλο που όλες εκτός από  δεκαέξι από τις παραγγελίες για νέα πλοία μεταφοράς φυσικού αερίου στο τέλος του 2004 αφορούσαν πλοία με ατμοστρόβιλο.

Πυρηνικοί ατμοστρόβιλοι 
Στα πυρηνοκίνητα πλοία, ο πυρηνικός αντιδραστήρας θερμαίνει το νερό για να δημιουργήσει ατμό για να οδηγήσει τους στροβίλους. Η διαφορά του κόστους εγκατάστασης και συντήρησης και η έλλειψη εγκαταστάσεων ανατροφοδότησης με  πυρηνικά καύσιμα σε αντίθεση με την παγκόσμια διαθεσιμότητα πετρελαιοειδών καυσίμων καθιστά την χρήση τους περιορισμένη ακόμα και σήμερα. Τα πλεονεκτήματα τους είναι η σταθερότητα των τιμών των καυσίμων, η ανάγκη διαχείρησης μικρότερης ποσότητας αποβλήτων και οι χαμηλές εκπομπές που όμως δεν μπόρεσαν να ξεπεράσουν το υψηλότερο αρχικό κόστος ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Το 2019, η πυρηνική πρόωση είναι σπάνια στα πλοία εκτός από κάποια πολεμικά και ειδικά σκάφη, όπως παγοθραυστικά τα οποία έχουν πρόσβαση σε ειδικές λιμενικές εγκαταστάσεις και χριεάζονται την μεγάλη εξοικονόμηση χώρου αυτονομία η ατμοπαραγωγή των αντιδραστήρων. Σε μεγάλα αεροπλανοφόρα, οι  δεξαμενές που χρησιμοποιούταν προηγουμένως για τα κάυσιμα τους χρησιμοποιείται αντ 'αυτού για καύσιμα αεροσκαφών. Στα υποβρύχια, η ικανότητα υποβρίχιας πλεύσης σε υψηλή ταχύτητα και σε σχετική ησυχία για πολύ μεγάλες περιόδους καθώς και η ανεξάρτητη από τα αποθέματα του αέρα παραγωγή θερμότητας έχει προφανή πλεονεκτήματα. Μερικά καταδρομικά πλοια χρησιμοποίησαν επίσης πυρηνική ενέργεια από το 2006, τα μόνα που παραμένουν στην υπηρεσία είναι τα Ρώσσικα τάξης Kirov. Ένα παράδειγμα μη στρατιωτικού πλοίου με πυρηνική θαλάσσια πρόωση είναι η Arktika Arktika   παγοθραυστικό με . Σε ένα πάγοθραυστικό, υπάρχουν υψηλές απαιτήσεις απόδοσης και αυτονομίας όπως επίσης και υψηλές καταναλώσεις για την θέρμανση συμβατικών καυσίμων για διατήρηση της χημικής τους σύστασης. Στην εμπορική ναυτιλία υπήρξε το πειραματικό πλοίο NS Savannah το οποίο απέτυχε για πολλούς λόγους.

Τον τελευταίο καιρό, υπήρξαν κάποιες ανατοποθετήσεις σχετικά με την εμπορική πυρηνική ναυτιλία καθώς εφαρμόζονται συνεχώς νέα μέτρα για να αντιμετωπιστεί μια παγκόσμια επιταγή μείωσης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Παρόλα αυτά  οι καταστροφικές επιπτώσεις σε περίπτωση ατυχήματος με τη συνέπεια ρύπανσης η κίνδυνο ανθρώπινης ζωής και οι πιθανόν ανεπαρκείς ασφαλιστηκές δικλείδες που διατήθενται, η έλλειψη αυτονομίας του πλοίου σχετικά με τους πλόες, η έλλειψη εξειδίκευσης του προσωπικού στην αντιμετώπιση προβλημάτων σε πυρηνικές εγκαταστάσεις και πολλοι αλλοι παράγοντες έχουν ως αποτέλεσμα το να μην υπάρχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον από μέρους των ναυτιλιακών.

Παλινδρομικοί κινητήρες ντήζελ 

Τα περισσότερα σύγχρονα πλοία χρησιμοποιούν παλινδρομικό κινητήρα ντίζελ ως κύριο κινητήρα τους, λόγω της απλής λειτουργίας, της ευρωστίας και της εξοικονόμησης καυσίμου σε σύγκριση με τους περισσότερους άλλους. Ο περιστρεφόμενος στροφαλοφόρος άξονας μπορεί να συνδεθεί απευθείας με την έλικα σε κινητήρες χαμηλής ταχύτητας, μέσω μειωτήρα για κινητήρες μέσης και υψηλής ταχύτητας ή μέσω εναλλάκτη και ηλεκτροκινητήρα σε πλοία ηλεκτροπρόωσης. Η περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα συνδέεται με τον εκκεντροφόρο για τον χρονισμό ή με μια υδραυλική αντλία και αισθητήρες σε μία  "έξυπνη" (ηλεκτρονική) μηχανή ντίζελ .

Ο παλινδρομικός ναυτικός πετρελαιοκινητήρας χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1903, όταν τέθηκε σε λειτουργία από την ρώσικης προέλευσης εταιρεία Branobel το ηλεκτροπρόωτο ποταμόπλοιο Vandal . Οι πετρελαιοκινητήρες προσέφεραν σύντομα μεγαλύτερη απόδοση από τον ατμοστρόβιλο, αλλά για πολλά χρόνια είχαν χαμηλότερη αναλογία ισχύος προς χώρο. Η εμφάνιση του στροβιλουπερπληρωτή  ενέτεινε την υιοθέτησή τους, επιτρέποντας μεγαλύτερη απόδοση ισχύος.

Οι κινητήρες ντίζελ σήμερα ταξινομούνται ευρέως σύμφωνα με:

 Τον κύκλο λειτουργίας τους: δίχρονοι ή τετράχρονοι 
 Την κατασκευή τους: με βάκτρο, κορμό ή αντιτειθέμενων εμβόλων 
 Την ταχύτητα περιστροφής τους: 
 Αργόστροφοι: οποιοσδήποτε κινητήρας με μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας μέχρι 300 περιστροφές ανά λεπτό (RPM.), αν και οι περισσότερες μεγάλες δίχρονες μηχανές πετρελαιοκινητήρων χαμηλής ταχύτητας λειτουργούν σε λιγότερα από 120 rpm. Ορισμένες μηχανές πολύ μεγάλης διαδρομής εμβόλου έχουν μέγιστη ταχύτητα περίπου 80 rpm. Οι μεγαλύτερες και ισχυρότερες μηχανές στον κόσμο είναι κινητήρες χαμηλής ταχύτητας, δίχρονοι, με βάκτρο. 
 Μεσόστροφοι: οποιοσδήποτε κινητήρας με μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας στην περιοχή 300-1000 rpm. Πολλοί σύγχρονοι τετράχρονες πετρελαιοκινητήρες μέσης ταχύτητας έχουν μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας περίπου 500 rpm 
 Πολύστροφοι: κάθε κινητήρας με μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας άνω των 1000 rpm.

Τα περισσότερα σύγχρονα μεγαλύτερα εμπορικά πλοία χρησιμοποιούν είτε αργόστροφους δίχρονους κινητήρες με σταυρό, ή τετράχρονες μηχανές και ηλεκτροπρόωση. Τα συστήματα πρόωσης επιλέγονται κυρίως με το κριτήριο της δυνατότητας εξοικονόμησης καυσίμου χωρίς να επιρρεάζεται ο πλούς και η ικανότητα μεταφοράς φορτίου. Ορισμένα μικρότερα σκάφη μπορούν να χρησιμοποιούν ταχύστροφους κινητήρες ντίζελ.

Το μέγεθος των διαφόρων τύπων κινητήρων αποτελεί σημαντικό παράγοντα επιλογής του τι θα εγκατασταθεί σε ένα νέο πλοίο. Οι δίχρονες μηχανές με αργή ταχύτητα έχουν πολύ μεγαλύτερο ύψος, αλλά ο απαιτούμενος χώρος για την εγκατάσταση τους είναι πολύ μικρότερος από αυτόν που απαιτείται για τους ισοδύναμους τετράχρονους κινητήρες ντίζελ μέσης ταχύτητας οπότε χρησιμοποιούνται κατα κόρων στα φορτηγά χυδην και στα δεξαμενόπλοια οπου ελευθερώνεται μήκος του πλοίου για μεγαλύτερα αμπάρια και δεξαμενές μέσω αυτής της επιλογής. Δεδομένου ότι το ο χώρος πάνω από την ίσαλο γραμμή  στα επιβατηγά πλοία και τα πορθμεία (ειδικά εκείνα με κατάστρωμα αυτοκινήτων) χρησιμοποιείται για την μεταφορά επιβατών και οχημάτων, αυτά τα πλοία τείνουν να χρησιμοποιούν πολλαπλούς κινητήρες μέσης ταχύτητας με αποτέλεσμα ένα μακρύτερο, χαμηλότερο μηχανοστάσιο από αυτό που απαιτείται για δίχρονους κινητήρες ντίζελ. Οι εγκαταστάσεις πολλαπλών κινητήρων παρέχουν επίσης το πλεονεκτήματα σε περίπτωση μηχανικής βλάβης ενός ή περισσότερων κινητήρων και την δυνατότητα μεγαλύτερης απόδοσης σε ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών λειτουργίας. Αυτό συμβαίνει επειδή μπορούμε να επιλέξουμε να λειτουργεί ο αριθμός που χρειάζεται για να καλυφθού οι ανάγκες ισχύος  ωστε να λειτουργούν όσοι κινητήρες χρειάζεται στο βελτιστο σημείο λειτουργίας κινητηρα τους.

Καθώς οι έλικες των σύγχρονων πλοίων είναι πιο αποδοτικές στην ταχύτητα περιστροφής των αργόστροφων πετρελαιοκινητήρων, τα πλοία με αυτούς τους κινητήρες δεν χρειάζονται κιβώτια ταχυτήτων. Συνήθως, αυτά τα συστήματα πρόωσης αποτελούνται από μία ή δύο ατράκτους και έλικες κάθε μία συνδεδεμένη άμεσα με μία μηχανή. Τα πλοία που κινούνται με κινητήρες ντίζελ μεσαίας ή υψηλής ταχύτητας μπορεί να έχουν μία ή δύο (μερικές φορές περισσότερες) έλικες, συνήθως με έναν ή περισσότερους κινητήρες που κινούν κάθε άξονα προπέλας μέσω κιβωτίου ταχυτήτων. Σε πλοία που περισσότεροι από ένας κινητήρες συνδέονται σε έναν μόνο άξονα, κάθε κινητήρας μπορεί να απεμπλακεί μέσω συμπλέκτη, επιτρέποντας σε κινητήρες να αποσυνδεθούν από το κιβώτιο ταχυτήτων ενώ άλλοι συνεχίζουν να λειτουργούν. Αυτή η διάταξη επιτρέπει την εκτέλεση συντήρησης κατά τη διάρκεια της πορείας, ακόμη και μακριά από το λιμάνι.

Κινητήρες Διπλού καυσίμου (LNG) 
Οι ναυτιλιακές εταιρείες οφείλουν να συμμορφώνονται με τον Διεθνή Ναυτιλιακό Οργανισμό (IMO) και τη διεθνή σύμβαση για την πρόληψη της ρύπανσης από τις εκπομπές πλοίων . Οι κινητήρες διπλού καυσίμου τροφοδοτούνται είτε από ναυτικό ντίζελ, είτε από βαρύ μαζούτ είτε από υγροποιημένο φυσικό αέριο (ΥΦΑ ή LNG). Ένας  κινητήρας LNG έχει πολλές επιλογές καυσίμων, επιτρέποντας στα πλοία να κινούνται χωρίς να βασίζονται σε ένα είδος καυσίμου. Μελέτες δείχνουν ότι το ΥΦΑ είναι το πιο αποδοτικό από τα καύσιμα, αν και η περιορισμένη πρόσβαση σε σταθμούς ανεφοδιασμού ΥΦΑ περιορίζει την παραγωγή τέτοιων κινητήρων για πλοία που δεν μεταφέρουν φυσικό αέριο. Τα πλεονεκτήματα των κινητήρων διπλού καυσίμου περιλαμβάνουν ευελιξία καυσίμου και λειτουργική ευελιξία, υψηλή απόδοση, χαμηλές εκπομπές και πλεονεκτήματα λειτουργικού κόστους. Οι μηχανές υγροποιημένου φυσικού αερίου προσφέρουν στη ναυτιλιακή βιομηχανία μεταφορών μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση για την παροχή ενέργειας σε σκάφη. Με τα νέα περιβαλλοντολογικά μέτρα πολλές εταιρίες με επιβατικά χτίζουν καινοτόμα πλοία και πολλές επιλέγουν μηχανές dual fuel και δεξαμενές φυσικού αερίου. Τα κέρδη μιας εταιρείας από φορολογικές περικοπές και πλεονεκτήματα λειτουργικού κόστους οδήγησαν στη σταδιακή αύξηση της χρήσης καυσίμου ΥΦΑ σε κινητήρες.

Αεριοστρόβιλοι 
Πολλά πολεμικά πλοία που χτίστηκαν από τη δεκαετία του 1960 χρησιμοποίησαν αεριοστρόβιλους για πρόωση, όπως και μερικά επιβατηγά πλοία, όπως τα ιπτάμενα δελφίνια . Οι αεριοστρόβιλοι παρέχουν την μεγαλύτερη ισχύ απ όλους τους τύπους κινητήρων για πλοία όμως λόγω της μειωμένης τους απόδοσης χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνδυασμό με άλλους τύπους κινητήρων. Πιο πρόσφατα, το RMS Queen Mary 2 έχει εγκαταστήσει αεριοστρόβιλους επιπλέον των κινητήρων ντίζελ . Λόγω της χαμηλής θερμικής τους απόδοσης σε χαμηλή ισχύ (ταχύτητα κρουαζιέρας), είναι σύνηθες τα πλοία που τους χρησιμοποιούν να διαθέτουν κινητήρες ντίζελ για  αργή πλεύση, με αεριοστροβίλους που προορίζονται για όταν απαιτούνται υψηλότερες ταχύτητες.

Στην περίπτωση των επιβατηγών πλοίων, ο κύριος λόγος για την εγκατάσταση αεριοστροβίλων ήταν να επιτρέψουν τη μείωση των εκπομπών σε ευαίσθητες περιβαλλοντικές περιοχές ή ενώ βρίσκονται σε λιμένα χρησιμοποιώντας τον συνδιαστικό κύκλο COGES  . Ορισμένα πολεμικά πλοία και μερικά σύγχρονα κρουαζιερόπλοια χρησιμοποίησαν επίσης συνδυαστικό κύκλο, όπου η απορριπτόμενη θερμότητα από μια εξάτμιση αεριοστροβίλου χρησιμοποιείται για την ατμοπαραγωγή για την οδήγηση ενός ατμοστρόβιλου. Ο ατμοστρόβιλος μπορεί να παράγει ρεύμα και το πλοίο να κινείται με ηλεκτρικό κινητήρα που τροφοδοτείται από τον αεριοστρόβιλο και τον ατμοστρόβιλο. Σε τέτοιους συνδυαστικούς κύκλους, η θερμική απόδοση μπορεί να είναι ίδια ή ελαφρώς μεγαλύτερη από αυτή των κινητήρων ντίζελ. Ωστόσο οι κινητήρες ντίζελ έχοντας την δυνατότητα να κάψουν μαζούτ με τα κατάλληλα μέσα απόπλυσης καυσαερίων παραμένουν μια φτηνότερη λύση.

Μηχανές Stirling 
Από τα τέλη της δεκαετίας του 1980, το σουηδικό ναυπηγείο Kockums έχει κατασκευάσει αρκετά επιτυχημένα υποβρύχια με κινητήρα Stirling. Τα υποβρύχια αποθηκεύουν συμπιεσμένο οξυγόνο για να επιτρέπουν την πιο αποτελεσματική και καθαρότερη εξωτερική καύση όταν βυθίζονται, που παρέχει την θερμότητα για τη λειτουργία του κινητήρα Stirling. Οι κινητήρες χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε υποβρύχια των κατηγοριών Gotland και Södermanland και τα ιαπωνικά Sōryū class . Αυτά είναι τα πρώτα υποβρύχια που έκαναν δυνατή την ανεξαρτήτως αέρα πρόωση Stirling (Air Independent Propulsion), η οποία επεκτείνει την ικανότητα υποβρύχιας πλεύσης από λίγες μέρες έως αρκετές εβδομάδες οι κινητήρες στίρλινγκ συνήθως κινούν γεννήτριες οι οποίες με τη σειρά τους τροφοδοτούν τον ηλεκτρικό κινητήρα της προπέλας η φορτίζουν διάφορα είδη συσωρευτή.

Ο εναλάκτης θερμότητας ενός κινητήρα Stirling είναι συνήθως η θερμοκρασία του αέρα του περιβάλλοντος στην περίπτωση κινητήρων Stirling μεσαίας έως υψηλής ισχύος όμως απαιτείται ένα ψυγείο για τη μεταφορά της θερμότητας από τον κινητήρα στον αέρα. Οι κινητήρες πλοίων Stirling έχουν το χρησιμοποιούν το θαλασσινό νερό και έτσι τα ψυγεία τους είναι σημαντικά μικρότερα. Το νερό ψύξης του κινητήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα ή έμμεσα για σκοπούς θέρμανσης και ψύξης του πλοίου. Ο κινητήρας Stirling χρησιμοποιείται επίσης σε γεννήτριες γιώτ οπου απαιτείται αθόρυβη λειτουργία..

Ηλεκτρικά πλοία 
Η ηλεκτρική πρόωση με συσσωρευτές εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τελευταίο μισό του 19ου αιώνα, τροφοδοτώντας μικρά σκάφη σε λίμνες. Αυτά βασίζονταν εξ ολοκλήρου σε μπαταρίες μολύβδου-οξέος για ηλεκτρικό ρεύμα για να τροφοδοτούν τους προωστήρες τους. Η Elco ( η εταιρεία ηλεκτροπαραγωγής) εξελίχθηκε στον ηγέτη της βιομηχανίας και αργότερα επεκτάθηκε σε άλλες μορφές πλοίων, συμπεριλαμβανομένου του εικονικού σκάφους PT boat του Β 'Παγκοσμρίου Πολέμου.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, η ηλεκτρική πρόωση προσαρμόστηκε πρώτα για χρήση σε υποβρύχια . Οι μπαταρίες που διέθεταν τότε όμως ήταν βαριές χαμηλής έντασης και με χαμηλή διάρκεια λειτουργίας, οπότε δημιουργήθηκαν επαναφορτιζόμενες τράπεζες μπαταριών που λειτουργούσαν όταν το υποβρύχιο χρειαζόταν να περάσει απαρατήρητο κάτω από το νερό. Τα υποβρύχια λειτουργούσαν με συνδυασμένα υβριδικά συστήματα ενσωματωμένης ηλεκτροπροωσης στην επιφάνεια, τα οποία ήταν πολύ ταχύτερα και επέτρεψαν δραματικά διευρυμένη εμβέλεια, φορτίζοντας τα συστήματα συσσωρευτών τους  που κινούσαν τις έλικες με την χρήση ηλεκτρικού κινητήρα για την περιορισμένη υποβρύχια δράση της εποχής τους. Το υποβρύχιο Holland V ξεκίνησε την υιοθέτηση αυτού του συστήματος από το αμερικανικό ναυτικό, ακολουθούμενο από το βρετανικό βασιλικό ναυτικό .

Για να διευρυνθεί η εμβέλεια και η διάρκεια της υποβρύχιας πλεύσης κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου, η γερμανική Kriegsmarine ανέπτυξε ένα σύστημα αναπνευστήρα, το οποίο επέτρεψε τη χρήση των μηχανών ντίζελ ενώ το υποβρύχιο ήταν εντελώς βυθισμένο. Τέλος, το 1952, χτίστηκε το USS Nautilus, το πρώτο υποβρύχιο πυρηνικής ενέργειας παγκοσμίως, το οποίο διέθετε διόροφο αντιδραστήρα συμπιεσμένου ύδατος που παρήγαγε ατμό μέσω της θερμότητας που παρήγαγε η πυρηνική τήξη εμπλουτισμένου ουρανίου. Δύο διπλοί ατμοστρόβιλοι που αξιοποιούσαν τον ατμό για να κινήσουν τις προπέλες παρείχαν ισχύ 150.000 ίππων και ταχύτητα 22 κόμβων στην επιφάνεια και άνω των 20 σε  υποβρύχια λειτουργία, μοναδικό μειονέκτημα ήταν ο θόρυβος και οι κραδασμοί και λόγο αυτού πολλά σύγχρονα υποβρύχια αποφεύγουν την σύνδεση ατμοστροβίλων με τις προπέλες του πλοίου.

Αρκετά πλοία μικρών διαδρομών κατασκευάζονται ως (ή μετατρέπονται σε) αποκλειστικά ηλεκτρικά σκάφη. Αυτό περιλαμβάνει πλοία που τροφοδοτούνται από μπαταρίες που επαναφορτίζονται από την ακτή, και κάποια με ανεξάρτητη πηγή ενέργειας που τροφοδοτούνται από ηλεκτρικούς αγωγούς, είτε εναέριους έιτε υποβρύχιους χωρίς να χρειάζονται μπαταρίες το μέγεθος και το βάρος των οποίων μειώνει την αποδοτικότητα ενός τέτοιου σκάφους.

Στις 12 Νοεμβρίου του 2017, η Guangzhou Shipyard International (GSI) ξεκίνησε αυτό που μπορεί να χαρακτηριστεί ως ο πρώτος ηλεκτροκίνητος φορέας εκμετάλλευσης άνθρακα που λειτουργεί αποκλειστικά με μπαταρίες. Το πλοίο των 2.000 dwt μεταφέρει φορτία χύδην μέχρι και 40 ναυτικά μίλια ανά φόρτιση μέσα σε ποτάμι. Το πλοίο διαθέτει μπαταρίες ιόντων λιθίου ονομαστικής απόδοσης ισχύος 2.400 κιλοβατώρων, περίπου το ίδιο με 30 ηλεκτρικά sedan Tesla Model S.

Τύποι προώθησης 
Πολυάριθμοι τύποι πρόωσης έχουν αναπτυχθεί με την πάροδο του χρόνου. Αυτοί περιλαμβάνουν:

Προπέλα 
Οι προπέλες ( που σημαίνει προωθητές) θαλάσσης είναι επίσης γνωστοί ως "έλικες". Υπάρχουν πολλές παραλλαγές συστημάτων έλικας, συμπεριλαμβανομένων των δίδυμων, αντίθετης περιστροφής, μεταβλητού βήματος και  με ακροφύσιο. Συνήθως τα μικρότερα σκάφη τείνουν να έχουν μονή προπέλα, όμως ακόμη και σε πολύ μεγάλα πλοία όπως τα δεξαμενόπλοια, τα πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων και τα πλοία μεταφοράς φορτίου χύδην μπορεί να έχουν απλές έλικες με απευθείας σύνδεση στον κινητήρα για λόγους απόδοσης. Άλλα σκάφη μπορεί να έχουν δίδυμες, τριπλές ή τετραπλές έλικες, σε αυτά η ισχύς μεταδίδεται από τον κινητήρα σε κάθε έλικα μέσω ενός άξονα, ο οποίος μπορεί να συνδεθεί με κιβώτια ταχυτήτων.

Τροχός πλοίου 

Ο τροχός πτερυγίων είναι ένας μεγάλος τροχός, γενικά κατασκευασμένος με χαλύβδινο σκελετό, στην εξωτερική άκρη του οποίου τοποθετούνται πολυάριθμα πτερύγια (που ονομάζονται πλωτήρες ή κάδοι ). Το κατώτερο τεταρτοκύκλιο περίπου του τροχού παραμένει βυθίσμένο και η περιστροφή του τροχού παράγει ώθηση, πρόσω ή ανάποδα όπως απαιτείται. Οι πιό εξελιγμένες κατασκευές κωπηλατικών τροχών διαθέτουν μηχανισμούς μεταβολής βήματος που κρατούν κάθε πτερύγιο κάθετα, όταν βρίσκεται μές το νερό αυξάνοντας την απόδοση. Το άνω μέρος ενός τροχού είναι συνήθως κλεισμένο σε ένα περίβλημα για να μην πετάει  νερά κατα την λειτουργία..

Οι τροχοί έχουν πλέον αντικατασταθεί από έλικες, οι οποίες αποτελούν πολύ πιο αποτελεσματική μορφή προώθησης. Παρ 'όλα αυτά, οι τροχοί με κουπιά έχουν δύο πλεονεκτήματα έναντι των ελίκων που τους καθιστούν κατάλληλους για σκάφη σε ρηχά ποτάμια και στενά περάσματα: πρώτον, είναι λιγότερο πιθανό να εμπλακούν από ξένα σώματα. και δεύτερον, όταν λειτουργούν ανάποδα, επιτρέπουν στο σκάφος να περιστρέφεται γύρω από τον κάθετο άξονά του. Ορισμένα πλοία είχαν μόνο μια έλικα, σύν των δύο τροχών τους, για να συνδιάσουν τα πλεονεκτήματα και των δύο τύπων πρόωσης.

Αντλία εκτόξευσης πίδακα ύδατος (Jet) 
Μία αντλία-εκτόξευσης, hydrojet, εκτοξευτής νερού ή τζετ κίνησης χρησιμοποιεί μια έλικα μέσα σε αγωγό ( ως αντλία αξονικής ροής ), ή φυγοκεντρική αντλία ή αντλία μικτής ροής για να δημιουργήσει ένα πίδακα νερού για πρόωση.

Τα τζέτ διαθέτουν, μια εισαγωγή νερού και ένα ακροφύσιο για να κατευθύνει τη ροή προς τα έξω, συνήθως κατευθύνονται με αλλαγή της διεύθυνσης της ροής που συνεπάγεται την αλλαγή διέυθυνσης της ορμής.

Αντλίες πίδακα εντοπίζονται στα ατομικά σκάφη, στα ποταμόπλοια για ρηχό νερό και στις τορπίλες και το κύριο πλέονέκτημα τους είναι η κατευθυνσημότητα και ηαποφυγή επιπλοκών μεταξύ προπέλας και άλλων αντικειμένων κατά την λειτουργία τους.

Ιστία 
Σκοπός των ιστίων είναι η χρήση αιολικής ενέργειας για την προώθηση του σκάφους, του έλκηθρου, της σανίδας, του οχήματος ή της πτερωτής .

Άλλος πιο σπάνιος τύπος πρόωσης με αιολική ενέργεια είναι τα πλοία μάγκνους που χρησιμοποιούν περιστρεφόμενους κυλίνδρους (ρότορες) κάθετους στο κατάστρωμα και εκμεταλεύονται το φαινόμενο μάγκνους για να αξιοποιήσουν την αιολική ενέργεια χωρίς πανιά είναι γνωστά και ως ρότορσιπ.

Ο κυκλοειδής προωθητής Voith-Schneider 

Η αυτοδιευθυνόμενη έλικα Voith Schneider (VSP) είναι κυκλοειδής προωθητής ή αλλιώς κυκλορότορας που παρέχει στιγμιαία ώθηση προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Τα περισσότερα πλοία με VSP δεν χρειάζονται ούτε έχουν πηδάλιο. Τα VSP χρησιμοποιούνται συχνά σε ρυμουλκά δυναμικής διατήρησης θέσης (DP), πλοία για γεωτρήσεις και άλλα σκάφη που απαιτούν ασυνήθιστα καλή εμβέλεια ελιγμών. Οι κινητήρες Voith-Schneider, που αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1930, είναι αξιόπιστοι και διατίθενται σε μεγάλα μεγέθη, διαθέτουν κάθετα πτερύγια σε σχήμα υδροπτέρυγου τα οποία περιστρέφονται και το βήμα τους αυξάνεται στο σημείο της περιστροφής που χρειάζεται ωστε να δημιουργηθεί η απαιτούμενη ώθηση.

Κατερπίλαρ 

Ένα παλιό ασυνήθιστο μέσο προώθησης βάρκα ήταν η πρόωση με ερπύστριες. Διέθεταν σειρές κουπιών σε αλυσίδες οι οποίες κινούνταν προωθώντας έτσι την βάρκα στο νερό το σύστημα αυτό προηγήθηκε της κατασκευής των ερπυστριοφόρων οχημάτων . Η πρώτη ερπυστριοφόρα βάρκα αναπτύχθηκε από τον Joseph-Philibert Desblanc το 1782 και κινούταν με  παλινδρομική ατμομηχανή. Στις Ηνωμένες Πολιτείες η πρώτη ερπυστριοφόρα βάρκα κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1839 από τον William Leavenworth στην Νέα Υόρκη.

Πλευστότητα 
Τα υποβρύχια γκλάηντερ  μετατρέπουν την άντωση σε ώθηση, χρησιμοποιώντας φτερά, ή πιο πρόσφατα το σχήμα του σκελετού τους (SeaExplorer Glider). Διαθέτουν ένα σύστημα με έμβολο ή υδραυλικό λάδι που συμπιέζει μια φούσκα αέρα στο εσωτερικό τους, οπότε ο όγκος τους ουσιαστικά μικραίνει και ως επακόλουθο η πυκνότητα τους αυξάνεται τεχνητά οπότε και βυθίζονται, όταν ο αέρας αφήνεται να διασταλλεί τότε η πλευστότητα τους επανέρχεται και τους δίνει ώθηση προς τα πάνω την οποία εκμεταλεύονται για να κινούνται, χρησιμοποιούνται για μετρήσεις και ωκεανογραφικές έρευνες.

Παραπομπές 

Ναυτικές Μηχανές