18世紀(jì),英國人瓦特改良了往復(fù)式蒸汽機(jī),引發(fā)了從手工勞動到機(jī)器生產(chǎn)的重大變革。1807年,世界上第一艘蒸汽機(jī)船克萊蒙特號建成并試航成功??巳R蒙特號的動力裝置主要由3部分組成:為蒸汽機(jī)提供高溫高壓蒸汽的主鍋爐,為推進(jìn)器提供動力的往復(fù)式蒸汽機(jī),推著船舶前進(jìn)的推進(jìn)器。
克萊蒙特號的推進(jìn)器采用了明輪。輪船之所以叫“輪船”,就是因為裝有明輪,而“輪機(jī)”這個專業(yè)術(shù)語也由此而來?!拜啞贝泶暗耐七M(jìn)器;“機(jī)”即往復(fù)式蒸汽機(jī),代表船舶主發(fā)動機(jī)。另外,為了控制船舶航向,克萊蒙特號船尾還裝有舵和舵機(jī),它們也是輪機(jī)的組成部分。
蒸汽輪機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)是單機(jī)功率比較大。蒸汽輪機(jī)是外燃機(jī),只要能把水燒開就可以用,可以使用劣質(zhì)燃油節(jié)省成本。不過,因為要把水燒開慢慢“憋壓力”,蒸汽輪機(jī)的啟動時間比較長。
對于船舶來說,第二個重要的發(fā)明是柴油機(jī)。1897年,德國人魯?shù)婪颉さ胰麪柍晒χ圃炝艘慌_能安全運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)。從此,蒸汽輪機(jī)逐漸被柴油機(jī)取代。直至今天,柴油機(jī)依然在船舶動力系統(tǒng)中占有重要地位。
柴油機(jī)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是省錢。此外,柴油機(jī)的機(jī)動性也很好,從停車到正常運(yùn)轉(zhuǎn),再到滿負(fù)荷,以及進(jìn)入倒車狀態(tài)需要的時間都很短,一般可以在兩三分鐘內(nèi)完成。
總體來看,因為具有良好的經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動性,柴油機(jī)成了絕大多數(shù)船舶的首選。不過,由于噪聲較大、功率不足,它在高性能艦船上難堪大任,目前主要作為中小型水面艦艇的主機(jī)、大型艦艇的巡航主機(jī)、發(fā)電機(jī)組的原動機(jī)等。
在柴油機(jī)迅猛發(fā)展的同時,另一種從航空燃?xì)廨啓C(jī)中衍生出的船用燃?xì)廨啓C(jī)也悄然出現(xiàn)。
燃?xì)廨啓C(jī)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代,早期主要用于軍用艦艇,后來也應(yīng)用在民用船舶中。在高速噴射水翼船、高速雙體船、氣墊船等高性能船舶中,燃?xì)廨啓C(jī)扮演著重要角色。
燃?xì)廨啓C(jī)直接利用高溫燃?xì)馔苿尤~輪,將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。很多先進(jìn)的驅(qū)護(hù)艦都把燃?xì)廨啓C(jī)作為動力來源。燃?xì)廨啓C(jī)雖然更耗油,但優(yōu)點(diǎn)是啟動快,而且能滿足現(xiàn)代艦艇航速快、變速轉(zhuǎn)向快以及主機(jī)重量輕且功率大等需求。
除此之外,能量驚人的核能也被應(yīng)用在船舶上。從冷戰(zhàn)時期開始,美國、蘇聯(lián)競相研制各型核動力軍艦,還致力于開發(fā)破冰船、大型商船等民用核動力船舶,取得了諸多成就。到目前為止,核動力船舶已有70多年的發(fā)展歷史。
核動力裝置功率大、續(xù)航長,能夠支持船舶長途航行。但是,核反應(yīng)會釋放大量放射性物質(zhì)。為了阻止放射性物質(zhì)外泄,船上需設(shè)置重量達(dá)數(shù)百噸甚至上千噸的屏蔽物。因此,只有一些空間寬裕、續(xù)航需求大的大型艦船才會裝備核動力裝置。
20世紀(jì)末,隨著各國海洋開發(fā)和海防建設(shè)的快速發(fā)展,船舶電能需求大幅增加,對船舶動力的機(jī)動性、安靜性和經(jīng)濟(jì)性等要求也顯著提高。同時,石油資源日益短缺,環(huán)境污染不斷加重,各國紛紛倡導(dǎo)發(fā)展綠色船舶。
在選擇動力裝置時,研發(fā)人員會根據(jù)具體情況使用聯(lián)合動力裝置,也就是由兩種不同主機(jī)型號或者同一主機(jī)型號的多臺發(fā)動機(jī)構(gòu)成的動力裝置,這樣可以起到優(yōu)勢互補(bǔ)、揚(yáng)長避短的作用。