船舶推进装置对船舶营运的经济性起着决定性的作用。在选择船舶推进系统时最重要的参数是投资费用、空间要求、推进效率或相应的燃油消耗率、可靠性和在船舶营运期间推进系统的有效利用率。为了保护环境还必须限制主、辅机排气和各种废料所造成的污染。
在船舶推进装置的设计中，发动机、螺旋桨和船舶水动力特性之间的相互作用有特殊重要意义。只有考虑了它们的组合，而且整个系统配置为最佳时，船舶推进系统才称得上成本合理。
当今民船上尽管仍有些船型使用蒸汽轮机或燃气轮机，但最广泛使用的推进系统采用的是二冲程和四冲程柴油机。此外，还存在柴-电或燃-电推进装置。图1说明民船上（>2000 dwt）最广泛采用的推进主机是低速二冲程柴油机。就已交付使用的新建船舶上装机总功率而言，低速柴油机所占份额，在过去20年期间已从60%左右稳步增长到接近80%。中速和高速柴油机份额目前约为20%。过去几年蒸汽轮机和燃气轮机只占1-3%。
大多数船舶装有固定螺距螺旋桨，通常由二冲程低速柴油机直接驱动。中速和高速柴油机推进装置在大多数情况下安装可调螺距螺旋桨，可调螺距螺旋桨现在的使用范围可以涵盖所有的功率和转速。另外，还有数种特殊设计的螺旋桨系统，对某些船型有其特殊优越性。它包括喷水推进器、平旋推进器、舵式推进器和吊舱式推进装置。

2. 船舶推进系统效率

船舶推进所必需的功率由下列方程式求出：

（1）

式中：
PD = 螺旋桨收到功率
RT = 船舶总阻力
V = 船速
hD = 推进效率
推进效率取决于：螺旋桨敞水效率、综合伴流系数和推力减额系数的壳体效率，以及螺旋桨的相对旋转效率。
另一方面主机发出的功率由下列方程式求出：

式中：
mFM = 主机燃油消耗
LCV = 燃油的低热值
he = 发动机效率
hCGS = 联轴器、齿轮装置和轴线的传动效率
因此船舶推进系统的总燃油消耗mFM由下面方程式求出：

式中： 是辅助设备（发电设备、加热蒸汽发生设备和污油废物燃烧设备）的燃油消耗。
因此，减少船舶阻力（RT）、改善船舶和螺旋桨水动力性能（hD）、提高主机效率（hE）和扭矩传输各单元的效率（hCGS）以及在加热设备和发电设备采用节能系统，就能达到减少船舶燃油消耗和降低燃油费用的目的。

3. 环境要求

由于船用柴油机使用低质（高硫含量）重油，提高燃烧温度可以提高燃油效率，但是燃烧温度的提高，会增加氮氧化物NOx形成量，致使废气排放率相对较高。目前正在努力减少船舶的废气排放率，特别是降低硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）的排放。
SOx排放只取决于燃料中的硫含量。1997年国际海事组织（IMO）做出规定，燃油中的含硫量最大不得超过4.5%，这对限制SOx的排放起到一定的作用。不过此值仍然较高，在某些海域（如在波罗的海沿岸国家只允许采用含硫量1.5%以下的燃油），还要求降低此值。
IMO在1997年做出规定，要在全世界范围内将船舶NOx排放量降低30%，（还未获批准）。据此规定，所有在2000年1月1日及其后铺设龙骨的新船，其NOx排放限值将随发动机转速而定，详见图2。这一规定是考虑低速发动机由于其反应时间较长NOx形成量较高这一事实。
现代船用柴油机采取一些措施后，例如设计优化的燃烧室、改进燃油系统、采用燃油注水或乳化油或排气反馈，就能达到这一限值甚至更低。在要求NOx排放量特低之处，可以采用选择性催化还原反应（SCR催化器式排气净化器），处理排放的废气。这一经过实践验证的技术（应用于动力装置）已经成功地使用在渡船和游船上。
燃气轮机推进系统不需要采取这些措施，因为船用燃气轮机使用的是几乎不含硫的高热值燃油。另一方面，为满足NOx和CO排放量特低的动力装置要求而开发的特种燃气轮机燃烧室，也可用在船上。此燃烧室同样适用于燃气轮机和蒸汽轮机联合装置（GuD）。现在正在或计划在数艘定期旅游船上安装GuD作为燃-电推进装置（COGES）。在GuD装置中，在燃气轮机的燃烧室里也燃烧燃油。

4. 船用推进系统的现状

将现有类型的发动机和推进器进行不同组合，可得到一系列可能的推进装置方案，每艘船应根据船型及其计划运输服务范围选择最佳推进系统方案。目前在民船航运中使用如下推进装置。
4.1 二冲程柴油机推进系统 烧重油的低速二冲程柴油机直接驱动定距螺旋桨配置（图3）是当今民船上最通用的推进装置形式。选择螺旋桨转速具有特别重要的意义，因为随着螺旋桨转速的降低推进效率大为提高。因此，为大型高速船舶特别研制了特低转速（60-80 rpm）的二冲程柴油机。这些所谓的长冲程柴油机，冲程与缸径比为3-4，有效效率可达50%，因而燃油初级能量的直接利用率最高。此外，部分废气能量还可使用在废热锅炉内生产热水或饱和蒸汽或加热热油系统。回收的废热在船上可以用于预热目的。
在安装大功率发动机的船上，将废热锅炉生产的过热蒸汽送到涡轮发电机，提供船上所需要的电能，这样也许是经济的，但要对取代柴油发电机所节省的燃料费用与增设废热锅炉和涡轮发电装置所花的较高的基本建设投资进行对比。
现代二冲程船用柴油机的结构型式一般为4-12气缸直列式、转速约为60-200 rpm，单缸功率400-5500kW、使用恒压涡轮增压的柴油机。由于增大了冲程/缸径比，气缸换气效率得到改善，所以直流扫气被证明是最优越的换气系统。二冲程和四冲程船用柴油机的进一步发展则致力于降低生产和维护费用、降低燃油消耗、减少废气污染和缩减机舱尺寸。
定距螺旋桨推进受空化作用，螺旋桨尺寸和其在尾流中的位置受到限制。所以在推进系统中的桨越来越多的设计形式是桨叶侧斜式定距螺旋桨（图4）。与传统的定 距桨相比，侧斜式定距桨具有同样好的推进特性、较好的空化性能，而在船体上形成的压力波动较小。
整个推进系统的操作性能取决于柴油机和定距桨之间的相互作用，如图5所示。在船舶整个寿命期间，从起动（海上试验条件）到特别不利条件下作业，螺旋桨特性变化范围可能很宽。全速航行时只有在发动机具有适当功率贮备时才有可能，现在选用的发动机，大多数在海上航行试验时，留有10-15%的功率贮备。
4.2 四冲程柴油机推进系统 现代四冲程中速或高速柴油机推进系统（图6）相对转速较高，分别为300-1000 rpm或1000-2200 rpm。为了使螺旋桨在最佳转速下工作，需要配有减速齿轮箱。在柴油机和齿轮箱之间必须安装高弹性的弹性联轴节以防止对齿轮箱的冲击。
使用齿轮箱传动有可能使螺旋桨采用多台发动机驱动。过去就有很多船舶的推进装置装备双发动机，有时甚至配备三台或四台发动机。多发动机动力装置不仅可以提高主机的冗余度，而且具有可以采用紧凑型机械系统的优点。
采用恒压或脉冲涡轮增压系统的四冲程柴油机，通过气缸盖的进排气阀进行换气。所以四冲程中速柴油机适用燃烧重油。
恒压涡轮增压系统由于在较高负载范围内气流能量损失较少，设计有可能较为简单，因而生产费用较低。脉冲增压在部分负载和加速性能方面有其优点。
用作船舶主机的四冲程柴油机的结构型式为9-20气缸、直列式或V型布置、单缸输出功率最高达2000kW。目前的四冲程柴油机功率范围有可能全面覆盖对其作为主机所要求的功率范围，既可采用单机驱动也可采用多机驱动。尽管它们的特种燃油和维护费用稍高于二冲程机，但它们在重量和高度方面则有显著的优势。
四冲程机还特别适合于废热回收，因为它们的排气温度（330-380℃）大大高于二冲程机的排气温度（250-280℃）。因此人们正努力尽可能扩大其废热回收。
四冲程柴油机推进系统在大多数情况下选择可调螺距螺旋桨（图7）。可调螺距螺旋桨由于其叶片可以通过使用液压缸改变其位置，从而改进船舶机动性，即使在极端工作条件下例如在拖船上或在渔船上，也能保持最佳的总推进效率。配备轴带发电机的推进装置能在宽阔的负载范围内以恒速工作。可变螺距螺旋桨降低了主机的费用（无倒车装置），但其缺点是价格较贵（生产费用和维护费用高），且与定距桨相比推进效率稍低。小型或中型四冲程机通常选用的方案是将柴油机通过换向装置与定距桨相连。在主机工作期间利用两个离合器和一根中间轴可以改变螺旋桨的旋转方向。
4.3 蒸汽轮机推进系统 在造船中使用蒸汽轮机推进装置因经济原因仍然受到限制（燃油消耗率高）。除了仍在营运的燃重油和燃煤蒸汽船外，运输液化天然气的LNG液货船是目前唯一的专门用蒸汽轮机推进的船型。这里有其特殊的原因，在LNG液货船上，液化气以-162℃的温度下装在隔热舱中运输。尽管高效隔热，但仍然不可避免每天有 0.1-2.5%液化气蒸发。蒸发的天然气可用作双燃料主锅炉的燃料，生产主涡轮机用的蒸汽，提供几乎全部需要的推进功率。重燃油则用作辅助燃料和船舶的压载货物。
在港口可以用不污染环境的方法使用蒸发的天然气，在主锅炉内燃烧天然气。辅助作业不需要的过多蒸汽，可在单独的海水冷却的常压冷凝器中冷凝。用柴油机装置要做到这一点是不可能的。按港口地方排放规则的要求，在船上必须安装昂贵的附加燃烧装置或再液化装置处理蒸发的气体。
另一点是目前还没有经充分验证的双燃料柴-燃发动机可以用在LNG液货船上。船东也必须从安全方面考虑，因此选择了经验证可靠的、无需再热或高压预热器的简单设计的蒸汽轮机装置。为这类价格昂贵的船舶选择推进系统，最重要的准则是最高的实用性。对LNG船而言燃油消耗已是不重要的经济因素。
图8所示的是LNG船上典型的蒸汽轮机推进装置。它是由转速分别为7000 rpm和4000 rpm的高压涡轮机和低压涡轮机以及带分功率输出轴的二级减速齿轮箱组成的双壳机。定距桨的转速是120rpm。过热器出口的蒸汽状态是62 bar/510℃。倒车涡轮由两级Curtis 级组成，位于低压涡轮机的排汽区。当倒车速度达到正车速度的50%时，倒车涡轮能产生相当于80%正车转矩。船用汽轮机能保持全倒车速度（70%正车速度）至少30分钟而无任何发热问题。
4.4 燃气轮机推进系统 燃气轮机推进系统由于其重量/功率比小（mGT/Pe = 0.2-0.9 kg/kW)，特别适用于浅吃水流线型快速船推进系统。因此，这种推进系统越来越多地使用在快速渡船和客船上。军船装备燃气轮机推进系统已有数十年历史，常与柴油机组合以改善燃气轮机在部分负荷时的性能。
在航空用发动机和从工业涡轮机发展而来的重载燃气轮机之间有些区别。航空用发动机由于结构体积小、重量轻，易于安装。在过去数年里燃气轮机系统的实际效率一直在稳步提高。
固定式组合热电站用燃气蒸汽轮机（GuD）系统的研制成功对提高燃气轮机的效率作出了贡献。（GuD装置目前几乎占世界电站新装机容量的一半，且装机量继续上升。）
适合于船舶推进用的开式循环燃气轮机的效率已经大大得到提高，这一方面是由于添加了热交换器，用排气来预热压缩机和燃烧室之间的空气，另一方面是由于对低压和高压压缩机之间的空气进行冷却之故。这些新开发的ICR燃气轮机，在部分负载时的性能与高速柴油机相类似，且以其低NOx排放量而著名。
研制顺序燃烧的环形燃烧室也有助于提高效率，特别有助于降低废气排放量。增加涡轮机进口温度对其热动力性能有利，但此温度受到叶片的机械强度和热负荷能力以及高温腐蚀危险的限制。尽管如此，采用叶片内冷的新方法有可能进一步提高燃气轮机的进口温度。
为避免高温腐蚀，应使用钒含量低的燃料（汽油或煤油，以及在重载机情况下使用特别制备的重油）。这样一来燃料费较高，但在废气排放方面有其优势。燃气轮机装置与柴油机装置相比，其效率和性能较多地依赖于外界空气温度，因此在设计燃气轮机装置时必须考虑预期的外界空气温度分布及由此引起的功率减少。
燃气轮机还对进口空气的纯度有严格要求，因此空气通道和烟道必须要大，而且要使用另一个结构体积相对较小的发动机。在船上，燃气轮机主要作为联合装置工作。在双体船上有时使用一大一小燃气轮机组合。在快速单体船上使用柴油机与燃气轮机组合，即CODAG装置（柴-燃联合装置），在额定负荷下柴油机和燃气轮机一起工作。这时的船舶通常采用喷水推进装置（图9）。
高速船（> 25 节）使用喷水推进的优越性主要因为它在高速下相对转动效率高。另一个积极因素是它的机动特性好。它不需要舵、螺旋桨轴和倒车齿轮箱，因为用喷水器在两个方向都可能产生全速推力。与常规螺旋桨相比，喷水推进器无噪声、无振动。
4.5 柴-燃-电联合推进装置 客船上的动力装置不仅用作推进装置，而且还必须为船上客舱服务提供所需要的可观的电力和热力，与此同时还应使旅客受到尽可能少的噪声、振动和排气烟雾的影响。由于快速运输旅客不再如此重要，这种船的营运方式发生了变化。速度变化很大，而且取决于具体的航行计划。为满足这些要求，客船往往装柴-电推进装置。电力驱动电动机易于调节，不用齿轮箱装置，直接操纵螺旋桨。驱动电动机和客舱经营所需要的电力，通常由适当规格的柴油发电机供应。由于与驱动电动机不需要机械联接，只要电气联接，因此发电装置可以安装在船上任何地方，例如在螺旋桨轴上方，这样可使机舱紧凑。为获得良好的机动性，通常在船头或船尾安装侧推器。热能通常从组合式辅助废热锅炉获取。
大约自1995年以来，一种新的推进系统吊舱式电力推进（POD）一直在运行中积累经验。在此系统中，交流驱动电动机挂在船尾下的吊舱内，由一台变频器供电和控制。吊舱带动螺旋桨，可旋转整个360°，因而可在任何需要的方向产生推力，不需要舵和侧推器，而机动性有所增加。由于驱动电动机位于船体之外，因而也不需要轴和轴架，这意味着在船尾有额外的空间。螺旋桨还能布置得顺应水流，从而获得较高的推进效率，由于减少了附体的阻力，推进效率轻而易举地提高了10%。由于吊舱浸在海水中直接向外散热，故驱动电动机不需要冷却。POD推进正在建造成双装置（图10）或单装置（图11）。
可以安装涡轮发电机代替柴油发电机发电。数艘正在建造的旅游船安装的是燃气-蒸汽轮机联合装置（COGES）。为冗余度的原因，像通常在固定式GuD装置一样，COGES推进装置由两台燃气轮机组成，每台带一台废气锅炉生产过热蒸汽送到蒸汽轮机。需要的电力则由三台涡轮发电机生产。供暖和热水由蒸汽轮机提供。COGES推进系统与柴-电装置相比，最显著的优点是涡轮机运转较平稳、重量较轻和空间要求较小。在起动或机动期间当出现明显的负荷大幅度变化时（例如：倒车和停车机动时），燃气轮机能较快地达到运转性能也是其一大优点。因使用昂贵燃料而使运行费用增高这一缺点，可以因减小机舱尺寸（意味着客舱增多）和大大降低废气排放量而得到补偿。燃气轮机－蒸汽轮机装置相对较高的热效率与装置的尺寸有关。在现代燃气轮机－蒸汽轮机联合动力装置的热效率可达58%，在高性能船舶上，其热效率可达45-50%。如今COGES推进装置独特的优势主要体现在客船和渡船上。