Höyrylaiva

Höyrylaiva on höyrykoneen voimalla liikkuva laiva. Höyrylaivan nimeä edeltävät usein kirjaimet S/S (, höyrylaiva) tai HL. Höyrylaivoiksi nimitettiin yleisesti myös höyryturbiinia käyttäviä laivoja.
Historia.
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 kun puurungosta siirryttiin asteittain metallirunkoon. Höyrylaivojen kehitys mahdollisti nykyaikaisen merenkulun, niin että meriliikenne ei ole riippuvainen 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 on hankintahinnaltaan kalliimpi, sillä höyryturbiinin hyötysuhde on moninkertainen mäntähöyrykoneeseen verrattuna. Sen avulla myös nopeus saadaan suuremmaksi kuin mäntähöyrykoneilla. Pian kuitenkin dieselpolttoainetta käyttävät polttomoottorit syrjäyttivät lopullisesti mäntähöyrykoneet käytettävyytensä, pienemmän kokonsa ja suuremman hyötysuhteensa takia. Höyryturbiinilaivoissa käytettiin polttoaineena myös öljyä, sillä sen käyttö on koksiin verrattuna käytännöllisempää ja se vaatii vähemmän tilaa.
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.
Kokeilut alkavat.
Jokilaivoissa purjeiden käyttö oli vaikeaa, ja niitä jouduttiin usein vetämään rannalta käsin. Höyrykoneen käyttöönotto jokilaivoissa tuli siten 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" -höyryalukseen sijoitettiin 18 hevosvoiman Wattin ja Boultonin tehtaan valmistama höyrykone. Ensimmäisellä 12 tunnin matkalla alus saavutti 4,7 solmun keskinopeuden. Samaan matkaan jokipurret käyttivät neljä vuorokautta. Yhdysvaltojen rannikko- ja jokiliikenteessä oli viiden vuoden kuluttua jo yli 50 höyryalusta. Englannissa kaupallisen höyrylaivaliikennöinnin aloitti Henry Bellin rakentama PS "Comet". Vuonna 1815 Englannissa oli jo parikymmentä höyrykäyttöistä alusta. Suomessa ensimmäinen höyryalus oli "Ilmarinen" 1833. Vuonna 1819 Atlantin ylitti ensimmäinen höyryavusteinen laiva SS "Savannah", jossa oli siis myös purjeet. Pelkällä höyryllä matka tehtiin 1830-luvulla, vaikka sekin alus, SS "Sirius, oli varustettu purjeilla. Pelkkään höyryyn ei luotettu ennen kuin 1800-luvun loppupuolella. Ensimmäinen rautainen höyrylaiva oli PS "Aaron Manby", joka 1822 purjehti Englannista Pariisiin.
Siipirattaasta potkuriin.
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.
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. Euroopan ja Pohjois-Amerikan välisessä meriliikenteessä höyryalukset syrjäyttivät purjealukset vuoden 1870 tienoilla. Matkustajien laivassa viettämä aika lyheni yli kuukaudesta noin kymmeneen päivään. Höyryaluksiin siirtymisellä oli merkitystä siirtolaisuuden ja turismin kasvulle. 
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 14 000 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 kappaletta. Sodan jälkeen hitsaus vakiintui laivarunkojen kokoonpanomenetelmäksi.
Höyryturbiini ja ydinvoima.
Laivakäyttöön sopivan höyryturbiinin kehitti irlantilainen insinööri Charles A. Parsons. Ensimmäinen turbiinikäyttöinen jahti "Turbinia" oli koekäytössä 1893, mutta ongelmaksi osoittautui potkurien kavitointi hieman ennen täyttä nopeutta 19,5 solmua. Yhdistyneen kuningaskunnan 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. Parsons 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. HMS "Dreadnought" vuodelta 1906 oli ensimmäinen höyryturbiinilla varustettu taistelulaiva. 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 käytiin niin ensimmäinen kuin toinen maailmansotakin.
Ydinkäyttöisissä laivoissa höyryturbiini on yhä käytössä. Maailman ensimmäinen ydinkäyttöinen alus oli yhdysvaltalainen ydinsukellusvene USS "Nautilus" (SSN-571) vuonna 1955. Ensimmäinen rahtilaiva puolestaan 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 siviilialuksissa 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 maailmansotaan saakka, jonka jälkeen dieselmoottorit ovat korvanneet ne. Dieselmoottorit korvasivat höyryturbiinin matkustajalaivoissa 1970-lukuun mennessä, kun öljyn polttaminen höyrykattilassa tuli liian kalliiksi.