海洋工学

船舶の工学において、造船工学は船の全体的な設計と水中での推進に関係し、海洋工学は船のシステムが設計どおりに機能することを保証します。^{[ 3 ]}造船技師と海洋技師はそれぞれ異なる専門分野を持っていますが、しばしば協力して作業します。

海洋工学は、海洋内または海洋に隣接するその他の構造物やシステム、例えば、洋上プラットフォーム、桟橋や港などの沿岸構造物、海洋波力エネルギー変換や水中生命維持システムなどのその他の海洋システムを対象としています。^{[ 4 ]}実際、このことから海洋工学は、特に船舶システムの設計と応用を対象とする海洋工学とは明確に区別される分野となっています。^{[ 5 ]}しかし、その類似した命名法と複数の重複するコア分野（例えば、流体力学、水力学、材料科学）のため、「海洋工学」は、特に米国以外の産業界や学術界では、「海洋工学」という包括的な用語の下で運用されることがあります。この記事の残りの部分にも同じ組み合わせが適用されています。

海洋学は、海洋の特徴を明らかにするためのデータの取得と分析に関わる科学分野です。海洋工学と海洋学は別々の分野ではありますが、密接に結びついています。海洋工学者は、海洋学者が収集したデータを利用して設計や研究を行うことが多く、海洋学者は、海洋工学者（より具体的には海洋工学者）が設計したツールを利用して、海洋の理解と探査を進めています。^{[ 6 ]}

海洋工学は、機械工学の多くの側面を取り入れています。この関係性の一例として、船舶推進システムの設計が挙げられます。機械エンジニアは、主推進装置、操舵、停泊、貨物取扱、暖房、換気、空調、船内外通信などの船舶機能の動力および機械化に関する設計、その他関連要件を設計します。発電および配電システムは通常、サプライヤーによって設計され、海洋工学の設計責任は設置のみです。

さらに、流体力学、流体力学、線形波動理論、材料力学、構造力学、構造動力学などの機械工学のトピックに関する理解は、海洋エンジニアのスキルセットに不可欠です。これらの科目やその他の機械工学の科目は、海洋工学カリキュラムの不可欠な構成要素となっています。 ^{[ 7 ]}

土木工学の概念は、海洋構造物、海洋橋梁やトンネルの設計・建設、港湾設計など、多くの海洋工学プロジェクトにおいて重要な役割を果たしている。

海洋工学は、特に深海ケーブルや無人潜水機（UUV）の利用に関連する応用分野において、電気工学やロボット工学の分野と密接に関わっている。

海洋工学の知識は石油工学の分野でも有用であることが証明されている。なぜなら、流体力学と海底との統合は、洋上石油プラットフォームの設計と保守における重要な要素となるからである。

海洋建設とは、通常は海などの大きな水域内またはその周辺に構造物を建設するプロセスです。これらの構造物は、輸送、エネルギー生産、レクリエーションなど、さまざまな目的で建設されます。海洋建設には、主に鉄鋼とコンクリートをはじめとする多様な建築材料が使用されます。海洋構造物の例としては、船舶、海上プラットフォーム、係留施設、パイプライン、ケーブル、埠頭、橋梁、トンネル、防波堤、ドックなどが挙げられます。

土木技術者が建物や橋梁にかかる風荷重を考慮して設計するのと同様に、海洋技術者は船舶や潜水艦が耐用年数の間に何百万回も波に打たれることを考慮して設計する。こうした荷重条件は、海洋構造物や沿岸工学にも見られる。

航海する船舶は常に静水圧安定性を必要とします。航空機設計者と同様に、船舶設計者も安定性に関心を持っています。船舶設計者の仕事が独特なのは、船舶が水と空気という2つの流体の中で同時に運航されるからです。船舶が設計され、海に出された後でも、船舶技術者は貨物のバランスを取るという課題に直面します。コンテナを垂直に積み重ねると船の質量が増加し、重心が高くなるためです。燃料の重量も問題となります。船の傾斜によって液体が移動し、不均衡が生じる可能性があるためです。一部の船舶では、このずれはより大きなバラストタンクに水を貯蔵することで相殺されます。船舶技術者は、船舶の燃料とバラスト水のバランスを取り、追跡する責任を負っています。浮体式海洋構造物も同様の制約を受けます。

船舶は海水環境にさらされるため、腐食に対して非常に脆弱です。あらゆるプロジェクトにおいて、海洋技術者は表面保護とガルバニック腐食の防止に注力しています。腐食は、腐食反応において「犠牲陽極」として機能する金属片（例えば亜鉛）を導入する陰極防食によって抑制できます。これにより、船体ではなく金属片が腐食します。腐食を防止するもう一つの方法は、船体に制御された量の低直流電流を流すことです。これにより船体の電荷が変化し、電気化学的腐食の開始が遅れます。同様の問題は、沿岸構造物や海洋構造物でも発生します。

防汚処理とは、海水システムの重要な構成要素から障害となる生物を除去するプロセスです。海洋生物の付着物の性質や場所に応じて、このプロセスはさまざまな方法で行われます。

• 冷却システム用の水を取り込むために使用される船外吸込口の表面には、海洋生物が繁殖して付着することがあります。電気塩素処理とは、海水に高電流を流し、水の化学組成を変化させて次亜塩素酸ナトリウムを生成し、生物由来の物質を除去する処理です。
• 電気分解による防汚法では、2つの陽極に電流を流します（Scardino、2009）。^{[ 8 ]}これらの陽極は通常、銅とアルミニウム（または鉄）で構成されています。最初の金属である銅陽極は、イオンを水中に放出し、生物にとって毒性が高すぎる環境を作り出します。2番目の金属であるアルミニウムは、パイプの内側をコーティングして腐食を防ぎます。
• ムール貝や藻類などの他の形態の海洋生物が船底に付着することがあります。このような生物の付着は船体の滑らかさと均一性を妨げ、船の流体力学的形状を悪化させ、速度低下や燃費悪化につながります。^{[ 9 ]}船体への海洋生物の付着は、そのような生物の増殖を防ぐ特殊な塗料を使用することで対処できます。

キャビテーションとは、低圧領域によって液体が蒸発し、液体中に気泡が形成されるプロセスです。この低圧領域は液体の沸点を下げ、液体が気化してガスになります。キャビテーションはポンプで発生することがあり、システムを通して流体を移動させるインペラに損傷を与える可能性があります。キャビテーションは推進でも見られます。プロペラブレードの表面に低圧ポケットが、毎分回転数の増加とともに形成されます。^{[ 12 ]}プロペラ上のキャビテーションは、小さくても激しいインプロージョンを引き起こし、プロペラブレードを歪ませる可能性があります。この問題を解決するために、ブレードの数を増やすことで、同じ推進力をより低い回転数で得ることができます。これは、潜水艦にとって重要です。潜水艦は、隠蔽するためにプロペラが比較的静かにしている必要があるからです。プロペラブレードの数を増やすことで、潜水艦はより低いシャフト回転数で同じ推進力を得ることができます。

波浪荷重とは、材料や物体にパルス状または波状の荷重を加えることを指します。これは、風、水、地震などの外乱を受ける配管、船舶、建築構造物の解析に最もよく用いられます。

北極圏で運用されるシステム（特に気象観測機器や海洋観測ブイなどの科学機器）を設計する際、海洋技術者は数々の設計上の課題を克服しなければなりません。機器は、極めて高温の環境下で長期間にわたり、多くの場合ほとんどメンテナンスなしで動作する必要があります。そのため、極めて耐熱性の高い材料と耐久性に優れた精密電子部品が不可欠となります。

沿岸工学は、土木工学と他の分野を組み合わせて、海沿いまたは海に近い地域の沿岸対策を考案するものです。波の力、侵食、海面上昇から海岸線を保護するために、海洋技術者は、岩やコンクリートでできた防波堤、暗渠、防潮壁などの「グレー」インフラソリューションを使用するか、水生植物、マングローブ、湿地生態系を取り入れた「グリーン」インフラソリューションを使用するかを検討する必要があります。^{[ 14 ]}グレーインフラは建設と維持にコストがかかることがわかっていますが、高エネルギー波環境における海洋力に対する保護効果が高い可能性があります。^{[ 15 ]}グリーンソリューションは一般的にコストが低く、地域の植生との統合性が高いですが、不適切に実施された場合は侵食や損傷を受けやすい可能性があります。^{[ 16 ]}多くの場合、技術者はグレーソリューションとグリーンソリューションの両方の要素を組み合わせたハイブリッドアプローチを選択します。^{[ 17 ]}

沿岸および沖合のすべてのプロジェクトにおいて、環境の持続可能性は海洋生態系と天然資源の保全にとって重要な考慮事項です。海洋技術者が環境工学の知識から恩恵を受ける事例としては、漁業の創出、石油流出事故の浄化、沿岸ソリューションの創出などが挙げられます。^{[ 18 ]}

海洋技術者によって全部または一部設計された多くのシステムが、海岸線から遠く離れた沖合で使用されている。

海洋技術者は、港湾設計の計画、作成、拡張、変更にも携わることがあります。港湾は天然の港湾または人工の港湾であり、停泊中の船舶を風、波、潮流から保護します。^{[ 21 ]}港湾は、船舶が係留、積み込み、または荷降ろしされる都市、町、または場所と定義できます。港湾は通常、港湾内にあり、乗客、ばら積み貨物、コンテナ貨物などの特定の貨物を扱う1つ以上の個別のターミナルで構成されています。^{[ 22 ]}海洋技術者は、港湾にあるさまざまな種類の海洋ターミナルと構造物を計画および設計し、これらの構造物にかかる耐用年数にわたる荷重を理解しなければなりません。

難破船の引き揚げ技術は、常に改良・改善が続けられている。海洋技術者は、この過程のいくつかの段階でその専門知識を活かして支援を行う。

海洋エンジニアは、多様な工学分野のバックグラウンドを持ち、数学、科学、技術、工学のあらゆる分野にわたる様々な産業分野で活躍しています。Oceaneering InternationalやVan Oordといった海洋工学を専門とする企業もあれば、特定のプロジェクトに関して海洋エンジニアにコンサルティングを行う企業もあります。こうしたコンサルティングは石油業界でよく見られ、 ExxonMobilやBPといった企業は、海洋掘削プロジェクトの様々な側面を管理するために海洋エンジニアを雇用しています。

海洋工学は、主に海軍に関連する多くの軍事用途に適しています。アメリカ海軍のシービー部隊、土木工兵隊、および技術士官は、海洋工学に関連する業務を頻繁に行っています。軍事請負業者（特に海軍造船所の業者）や陸軍工兵隊も、特定の海洋工学プロジェクトにおいて役割を果たしています。

2012年、米国の海洋エンジニアの平均年収は96,140ドル、平均時給は46.22ドルでした。^{[ 23 ]}海洋工学の分野は、2016年から2026年にかけて約12%成長すると予測されています。現在、約8,200人の造船技師と海洋エンジニアが雇用されていますが、この数は2026年までに9,200人に増加すると予想されています。^{[ 24 ]}これは、少なくとも部分的には、海運業界が世界の市場サプライチェーンにおいて重要な役割を果たしていることによるものです。世界の貿易量の80%は、約50,000隻の船舶によって海外で行われており、これらの船舶すべてに船上および陸上で海洋エンジニアが必要です。^{[ 25 ]}さらに、オフショアエネルギーは成長を続けており、海面上昇のため沿岸ソリューションの必要性が高まっています。

• IMarest
• 世界海事大学
• 水中技術協会
• IEEE海洋工学会
• 海洋工学研究所
• インド海事大学
• 英国王立造船技師協会（RINA）
• パキスタン海洋アカデミー
• 造船技術者協会（SNAME）は、海事産業の発展に焦点を当てた世界的な協会です。SNAMEは1893年に設立されました。^{[ 26 ]}
• アメリカ海軍技術者協会（ASNE）
• シマック
• インジェグネリア オフショア エ マリーナ協会

MIT [ ^{27 ] 、} UC バークレー^{[ 28 ]}、米国海軍兵学校^{[ 29 ]}、テキサス A&M 大学^{[ 30 ]}など、多くの教育機関が海洋工学に特化した4 年制の理学士号を提供しています。認定されたプログラムは、微積分、統計学、化学、物理学などの基本的な学部レベルの数学と科学の科目、静力学、動力学、電気工学、熱力学などの基本的な工学の科目、海洋構造解析、水力学、沿岸管理などのより専門的な科目で構成されています。

海洋工学の大学院生は、より高度で詳細な科目の授業を受けながら、大学院レベルの論文を完成させるための研究を行います。マサチューセッツ工科大学は、海洋工学に特化した修士号と博士号を提供しています。 ^{[ 31 ]}さらに、MITは、大学院レベルで海洋工学やその他の海洋関連トピックを研究する学生のために、ウッズホール海洋研究所と共同でプログラムを実施しています。^{[ 32 ] [ 33 ]}

海洋工学に関するジャーナルには、Ocean Engineering ^{[ 34 ]} 、 IEEE Journal of Oceanic Engineering ^{[ 35 ]}、Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering ^{[ 36 ]}などがあります。

海洋工学分野の会議としては、IEEE海洋工学会のOCEANS会議および展示会^{[ 37 ]}や欧州波力・潮力エネルギー会議（EWTEC）^{[ 38 ]などがある。}

• ピーター・ファン・オード氏、ロイヤル・ファン・オードCEO

• マイケル・E・マコーミックは、米国海軍兵学校の造船・海洋工学科の名誉教授であり、波力エネルギー研究の先駆者である。