해양공학

Marine engineering
해양 공학과 혼동해서는 안 된다.
"해양 공학"은 여기서 리다이렉트됩니다.선박과 잠수함의 설계는 해군 건축을 참조하십시오.
해양을 연구하는 과학 분야에 대해서는 해양학을 참고하세요.
이 기사는 디자인 공학 분야에 관한 것입니다.선박 엔지니어라고도 불리는 운영 엔지니어는 기술 책임자(선박)를 참고하십시오.
선박 설계도를 검토하는 해양 기술자

해양 공학은 보트, 선박, 잠수함, 그리고 다른 모든 해양 선박의 공학이다.여기에는 다른 해양 시스템 및 구조물의 엔지니어링도 포함됩니다. 특정 학계 및 전문 학계에서는 "해양 공학"이라고 합니다.

해양공학은 기계공학, 전기공학, 전자공학, 컴퓨터공학을 포함한 많은 공학과학을 수상선 추진 [1]및 해양 시스템의 개발, 설계, 운영 및 유지보수에 적용한다.여기에는 연안 및 연안 구조물뿐만 아니라 모든 종류의 해양 차량을 위한 동력 및 추진 플랜트, 기계, 배관, 자동화 및 제어 시스템이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.

역사

아르키메데스는 전통적으로 최초의 해양 공학자로 여겨지고 있으며, 고대에는 많은 해양 공학 시스템을 개발했다.현대 해양 공학은 산업 혁명의 초기(1700년대 초반)로 거슬러 올라간다.

1712년 대장장이 토마스 뉴코멘은 광산에서 물을 퍼내기 위해 증기 엔진을 만들었다.1807년, 로버트 풀튼은 증기 엔진을 사용하여 배를 물속으로 밀어넣는데 성공했습니다.풀튼의 배는 이 엔진을 해양 추진 시스템으로 작은 나무 패들 휠에 동력을 공급하기 위해 사용했습니다.증기기관을 수상기선에 통합하여 해양증기엔진을 만든 것이 해양공학계의 시작이었다.풀턴의 클레르몽호가 첫 항해를 한 지 불과 12년 만에 사바나호는 미국에서 유럽으로 가는 첫 해상 항해를 기록했습니다.약 50년 후 증기로 움직이는 패들 휠은 그레이트 이스트가 탄생하면서 절정에 달했습니다. 그레이트 이스트는 오늘날 화물선 중 하나와 맞먹는 크기였습니다. 길이는 700피트, 무게는 22,000톤이었습니다.패들 기선은 다음 유형의 추진력이 [2]나타날 때까지 30년 동안 증기선 산업의 선두 주자가 될 것이다.

관련성과 범위

지구의 거의 모든 사람들에게 바다는 일상생활과 깊이 연관되어 있다.지구 [3]표면의 4분의 3 이상을 덮고 있는 바다는 세계 무역의 약 80%를 부피로, 70%를 [4]가치로 횡단한다.디지털 통신의 경우,[5][6] 대양 횡단 케이블은 디지털 신호 트래픽의 99%를 국제적으로 전송합니다.게다가, 세계 인구의 40퍼센트가 [7]해안선에서 100킬로미터 이내에 살고 있습니다.환경적인 관점에서, 바다는 지구의 생물종과 바이오매스의 대부분을 포함하고 있고, 육지에 사는 사람들에게도 많은 식량을 제공하며, 지구 [8]기후를 조절하는 데 도움을 준다.이러한 것들은 바다를 일상생활의 필수적인 부분으로 만든다; 이것을 염두에 두고, 해양 공학은 인류를 위해 바다를 이용하는 새로운 방법을 발견하는 것을 목표로 한다.

인간과 바다와의 밀접한 관계에도 불구하고, 바다 자체에 대해서는 많은 것이 알려져 있지 않다.해저의 80%가 [9]미개척 상태로 남아있고,[10] 90% 이상이 과학에 의해 발견되지 않은 상태로 남아 있는 것으로 추정된다.또한, 해양에서 엔지니어링 프로젝트를 수행하는 것은 해수 부식, 유체역학적 및 유체역학적 힘, 프로젝트 위치의 원격성 및 극한 온도와 같은 엔지니어들이 [11]해양 시스템을 성공적으로 설계하기 위해 극복해야 하는 많은 고유한 과제를 제시합니다.

관련 필드

해군 건축

해상 선박의 엔지니어링에서 해군 건축은 배의 전체적인 설계와 물을 통한 추진과 관련이 있는 반면, 해양 공학은 선박 시스템이 [12]설계에 따라 기능하도록 보장합니다.비록 그들은 독특한 분야를 가지고 있지만, 해군 건축가들과 해양 기술자들은 종종 나란히 일한다.

해양공학(및 해양공학과의 조합)

해양공학은 연안 플랫폼, 교각 및 항구와 같은 해안 구조물, 해양 에너지 변환 및 수중 생명 유지 [13]시스템과 같은 기타 해양 시스템을 포함한 해양 내 또는 해양에 인접한 다른 구조물 및 시스템과 관련이 있습니다.이것은 사실 해양 공학을 특히 [14]선상 시스템의 설계와 응용에 관련된 해양 공학과 구별되는 분야로 만듭니다.그러나 유사한 명칭과 여러 핵심 분야(예: 유체역학, 유체역학 및 재료 과학)로 인해 해양 공학은 때때로 "해양 공학"이라는 포괄적 용어로 작동하며, 특히 미국 이외의 산업 및 학계에서는 더욱 그러하다.이 문서의 나머지 부분에도 동일한 조합이 적용되었습니다.

해양학

해양학은 해양의 특성을 나타내는 데이터의 획득과 분석에 관한 과학 분야이다.비록 다른 분야, 해양 공학 및 해양학이 밀접하게 관련되어 있지만: 해양 공학자는 종종 해양학자에 의해 수집된 데이터를 그들의 설계와 연구에 사용하고 해양학자는 해양 공학자에 의해 설계된 도구를 사용하여 해양에 대한 이해와 탐사를 증진시킵니다.n.[15]

기계 공학

해양 공학은 기계 공학의 많은 측면을 통합합니다.이러한 관계의 한 가지 징후는 선상 추진 시스템의 설계에 있습니다.기계 엔지니어는 주요 추진 플랜트, 조타, 정박, 화물 처리, 난방, 환기, 에어컨 내외부 통신 및 기타 관련 요구 사항과 같은 선박 기능의 동력 및 기계화 측면을 설계합니다.전력 발전 및 배전 시스템은 일반적으로 공급업체에 의해 설계됩니다. 해양 엔지니어링의 유일한 설계 책임은 설치입니다.

또한, 유체 역학, 유체 역학, 선형 파동 이론, 재료의 강도, 구조 역학, 구조 역학 등의 기계 공학 주제에 대한 이해는 해양 엔지니어의 기술 레퍼토리에 필수적입니다.이들 및 기타 기계공학 과목들은 해양공학 [16]커리큘럼의 필수 구성요소 역할을 한다.

토목 공학

토목 공학 개념은 해양 구조물, 해양 다리와 터널, 항만/하버 설계와 같은 많은 해양 공학 프로젝트에서 중요한 역할을 합니다.

일렉트로닉스와 로보틱스

해양 공학은 전기 공학 및 로봇 공학 분야, 특히 심해 케이블과 UUV를 사용하는 것과 관련된 응용 분야를 다루고 있습니다.

심해 케이블

일련의 대양 횡단 광케이블은 전 세계 인터넷 및 신호 트래픽의 99%를 전송하면서 인터넷을 통해 세계 통신의 대부분을 연결하는 역할을 합니다.이러한 케이블은 극한의 압력과 온도뿐만 아니라 어업, 트롤 어선 및 해양 생물의 간섭이 발생할 수 있는 원격 심해 환경에도 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다.

UUV의 자율성과 네트워크

무인 수중 비행체(UUV)의 사용은 자율 알고리즘과 네트워킹의 사용으로 이익을 얻을 수 있습니다.해양 엔지니어는 자율성과 네트워킹의 진보를 통해 기존 UUV 기술을 강화하고 보다 고성능 수중 수송기의 개발을 촉진하는 방법을 배우는 것을 목표로 하고 있습니다.

석유 공학

해양 공학에 대한 지식은 석유 공학 분야에서 유용하다는 것을 증명합니다. 왜냐하면 유체 역학 및 해저 통합이 연안 석유 플랫폼의 설계와 유지 보수에 중요한 요소이기 때문입니다.

해양 공학 특유의 과제

유체역학적 하중

토목 기술자들이 건물과 교량의 풍하중을 수용하도록 설계하는 것과 마찬가지로, 해양 기술자들은 선박의 수명 동안 수백만 번 파도에 부딪힌 배나 잠수함을 수용하도록 설계한다.

안정성.

어떤 선박이든 정수적 안정성이 지속적으로 필요하다.해군 건축가는 비행기 디자이너와 마찬가지로 안정성에 관심이 있다.해군 건축가의 일을 독특하게 만드는 것은 배가 물과 공기라는 두 가지 유체에서 동시에 작동한다는 것이다.선박을 설계해 바다에 띄운 뒤에도 컨테이너를 수직으로 쌓아올리면 배의 질량이 커지고 무게중심이 더 높아지기 때문에 해양기술자들은 화물 균형을 맞춰야 하는 과제에 직면한다.배의 피치가 액체를 이동시켜 불균형을 초래할 수 있기 때문에 연료의 무게 또한 문제를 일으킨다.일부 선박에서는 이 오프셋이 더 큰 밸러스트 탱크 내부에 물을 저장함으로써 상쇄됩니다.해양 엔지니어는 선박의 연료와 밸러스트 물의 균형을 잡고 추적하는 임무를 맡는다.

부식

해상의 선박이 직면한 해수 환경은 선박의 부식에 매우 취약하다.모든 프로젝트에서 해양 엔지니어는 표면 보호와 갈바닉 부식 방지와 관련이 있습니다.부식 반응에서 "희생 양극" 역할을 하는 금속 조각(예: 아연)을 도입함으로써 음극 보호를 통해 부식을 억제할 수 있습니다.이로 인해 선체 대신 금속이 부식됩니다.부식을 방지하는 또 다른 방법은 제어된 양의 낮은 DC 전류를 선체에 흘려보냄으로써 선체의 전하를 변화시키고 전기 화학적 부식의 시작을 지연시키는 것입니다.

오염 방지

오염 방지는 해수계의 필수 성분에서 방해성 유기체를 제거하는 과정이다.해양 생장의 성격과 위치에 따라 이 과정은 여러 가지 방법으로 수행됩니다.

  • 해양 생물은 성장하여 냉각 시스템용 물을 얻기 위해 사용되는 선외기 흡입구의 표면에 부착될 수 있습니다.전기 염소는 바닷물에 높은 전류를 흘려 물의 화학조성을 변화시켜 차아염소산나트륨을 만들고 모든 생물물질을 제거하는 것을 포함한다.
  • 전기분해방법은 2개의 양극에 전류를 흘리는 것을 포함한다(Scardino, 2009).[17]이러한 양극은 일반적으로 구리와 알루미늄(또는 철)으로 구성됩니다.첫 번째 금속인 구리 양극은 이온을 물에 방출하여 생물 물질에 너무 독성이 강한 환경을 만듭니다.두 번째 금속인 알루미늄은 부식을 방지하기 위해 파이프 내부를 코팅합니다.
  • 홍합이나 해조류와 같은 다른 형태의 해양 생장은 선체 바닥에 붙을 수 있다.이러한 성장은 배의 선체의 평활성과 균일성을 방해하고, 배의 유체역학적 형태가 더 느리고 연료 [18]효율이 떨어지는 원인이 된다.선체에서의 해양 생육은 이러한 유기체의 성장을 막는 특수 페인트를 사용하여 교정할 수 있다.

오염 관리

유황 방출

해양연료의 연소는 해로운 오염물질을 대기로 방출한다.선박은 중유 외에 해양용 디젤을 태운다.정제유 중 가장 무거운 중유인 중유(中 oil)는 연소 시 이산화황을 방출한다.아황산가스 배출은 해양생물에 해를 끼치는 대기와 해양의 산성도를 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있다.그러나 중유는 공해에서만 연소될 수 있다.다른 해양 연료에 비해 비용 효율이 뛰어나 상업적으로 유리하다.2020년(Smith, 2018년)[19]에는 중유가 상용화되지 않을 것으로 예상된다.

유수 배출

물, 기름, 그리고 다른 물질들은 빌지로 알려진 배의 바닥에 모인다.빌지 물은 외부로 펌핑되지만 15ppm(ppm/m)의 오염 임계값 테스트를 통과해야 배출됩니다.물은 테스트되고 깨끗한 경우 배출되거나 다시 테스트하기 전에 분리될 유지 탱크로 재순환됩니다.이 탱크가 다시 보내지는 오일 워터 세퍼레이터는 점도로 인해 중력을 이용하여 유체를 분리합니다.400톤 이상의 선박은 기름과 빌지 물을 분리하기 위해 장비를 운반해야 한다.또한, MARPOL에 의해 시행된 바와 같이, 400톤 이상의 모든 선박과 150톤 이상의 모든 유조선은 석유 기록부에 모든 석유 수송을 기록해야 한다(EPA, 2011).[20]

캐비테이션

캐비테이션은 저압 영역에 의한 액체 기화 현상으로 인해 액체에서 기포가 형성되는 과정입니다.이 저압 영역은 액체의 끓는점을 낮춰 기체로 증발시킵니다.펌프에서 캐비테이션이 발생할 수 있으며, 이는 유체를 시스템을 통해 이동하는 임펠러가 손상될 수 있습니다.캐비테이션은 추진력에서도 나타난다.저압 포켓은 분당 회전수가 증가함에 따라 프로펠러 블레이드의 표면에 형성됩니다(IIMS, 2015).[21]프로펠러에 캐비테이션이 발생하면 프로펠러 블레이드가 휘어질 수 있는 작지만 격렬한 내파가 발생합니다.이 문제를 해결하려면 블레이드가 많을수록 같은 양의 추진력을 허용하지만 회전 속도는 낮습니다.잠수함은 프로펠러가 잠복하기 위해 함정을 비교적 조용하게 유지해야 하기 때문에 이는 매우 중요하다.더 많은 프로펠러 블레이드를 통해 선박은 더 낮은 축 회전 시 동일한 양의 추진력을 얻을 수 있습니다.

적용들

다음 범주는 해양 엔지니어들이 노력을 지시하는 많은 초점 영역을 제공한다.

북극 공학

북극에서 작동하는 시스템(특히 기상 계측기와 해양학 부표와 같은 과학 장비)을 설계할 때 해양 엔지니어는 일련의 설계 과제를 극복해야 한다.기기는 극단적인 온도에서 장시간 작동할 수 있어야 하며 유지보수가 거의 또는 전혀 필요 없습니다.따라서 뛰어난 내온성 재료와 내구성이 뛰어난 정밀 전자 부품이 필요합니다.

해안 설계 및 복원

해안 공학은 토목 공학 및 기타 분야를 혼합하여 해양 또는 해양 근처의 지역을 위한 해안 솔루션을 만듭니다.해양 엔지니어는 파도의 힘, 침식 및 해수면 상승으로부터 해안선을 보호하기 위해 바위와 콘크리트로 만든 방파제, 암거 또는 해수벽과 같은 "회색" 인프라 솔루션을 사용할 것인지 아니면 수생 식물, 맹그로브 및/[22]또는 습지 생태계를 통합하는 "녹색" 인프라 솔루션을 사용할 것인지를 고려해야 한다.회색 기반 시설은 구축 및 유지 비용이 더 많이 들지만, 고에너지 파동 환경에서 [23]해양력에 대한 더 나은 보호를 제공할 수 있다.그린솔루션은 일반적으로 비용이 적게 들고 지역 식생과 잘 통합되지만 부적절하게 [24]실행되면 침식이나 손상이 발생할 수 있습니다.많은 경우 엔지니어는 회색 솔루션과 녹색 [25]솔루션 요소를 결합한 하이브리드 방식을 선택합니다.

심해 시스템

라이프 서포트

수중 고압 잠수실과 같은 수중 생명 유지 시스템의 설계는 압력 용기, 잠수 생리학 및 열역학에 대한 자세한 지식을 필요로 하는 독특한 일련의 과제를 제시합니다.수중 생명 유지 시스템의 최근 발전된 것 중 하나는 윈슬로 벌레슨과 마이클 [26]롬바르디가 설계한 해양 우주 서식지다.이 시제품은 수중 텐트를 닮아 [27]잠수부들의 생명 유지 기능을 모두 만족시킨다고 한다.

무인 수중 비행체

해양 엔지니어는 사람이 탑승하지 않은 채 물속에서 작동하는 무인 수중 차량을 설계하거나 자주 사용할 수 있다.UUV는 많은 환경적 요인(예: 깊이, 원격성 및/또는 온도)으로 인해 인간이 접근하기 어렵거나 불가능한 위치에서 작업을 수행하는 경우가 많다.UUV는 사람, 반자율 또는 자율에 의해 원격으로 조작할 수 있습니다.

환경 공학

모든 연안 및 연안 프로젝트에서 환경 지속 가능성은 해양 생태계와 천연 자원의 보존에 중요한 고려 사항입니다.해양 엔지니어가 환경 공학에 관한 지식으로부터 이익을 얻는 예로는 어업의 창조, 기름 유출의 정화, 해안 [28]해법의 창조 등이 있다.

오프쇼어 시스템

해양 엔지니어가 완전히 또는 부분적으로 설계한 수많은 시스템이 해안선에서 멀리 떨어진 연안 지역에서 사용되고 있습니다.

해상 석유 플랫폼

연안 석유 플랫폼의 설계에는 많은 해양 공학 과제가 수반됩니다.플랫폼은 구조적으로 통합되고 해저에 완전히 고정되면서도 해류, 파력 및 해수 부식에 견딜 수 있어야 한다.또한 시추 부품은 오일 누출 및 유출이 해양을 오염시키지 않도록 높은 안전 계수로 이와 같은 과제에 대처할 수 있도록 설계되어야 합니다.

해상 풍력 발전

해상 풍력 발전소는 석유 플랫폼과 유사한 해양 공학 문제에 직면해 있습니다.이들은 육지의 풍력발전소보다 높은 수율로 재생 에너지원을 제공하지만 일반 대중들의 저항은 적다(NIMBY [29]참조).

해양파 에너지

해양 엔지니어들은 분산형 또는 그리드 애플리케이션의 실행 가능한 동력원으로서 해양파 에너지의 가능성을 계속 조사하고 있다.많은 설계가 제안되고 수많은 프로토타입이 제작되었지만 파동에너지를 비용 효율적인 방식으로 활용하는 문제는 대부분 [30]해결되지 않은 채 남아 있습니다.

항만 설계

또한 해양 엔지니어는 항만 및 항만 설계의 계획, 생성, 확장 및 수정 작업을 수행할 수 있습니다.항구는 자연적이거나 인공적일 수 있으며 정박 중인 선박을 바람, 파도, [31]조류로부터 보호할 수 있다.항구는 선박이 계류, 적재 또는 하역되는 도시, 마을 또는 장소로 정의할 수 있습니다.항구는 일반적으로 항구에 상주하며 승객, 벌크 화물 또는 컨테이너 [32]화물 등 특정 화물을 처리하는 하나 이상의 개별 터미널로 구성됩니다.해양 엔지니어는 항구에서 발견되는 다양한 유형의 해양 터미널과 구조물을 계획하고 설계하며, 평생 동안 이러한 구조물에 가해지는 하중을 이해해야 합니다.

복구 및 복구

수중 인양 및 회수 기술은 난파선이나 바다에서 유실된 다른 귀중한 물품들을 찾고 회수하기 위해 지속적으로 수정되고 개선된다.해양 엔지니어는 탐색 계획부터 난파 현장의 문서화, 선박 전체, 인공물 또는 그 일부의 물리적 복구에 이르기까지 이 과정의 모든 단계에서 도움을 주기 위해 자신의 기술을 사용합니다.수많은 유명한 난파선들이 존재하지만, 복구에는 스칼로스(이후 USS 세일피쉬로 개명)와 1974년 미국 해군과 CIA가 글로마 [33][34]익스플로러를 타고 소련 잠수함 K-219의 일부를 몰래 건져낸 프로젝트 아조리안(Project Azorian)이 포함된다.

직업

산업

다양한 엔지니어링 배경을 가진 해양 엔지니어들은 수학, 과학, 기술 및 엔지니어링의 모든 분야에서 다양한 산업 분야에서 일하고 있습니다.Oceaneering International이나 Van Oord와 같은 몇몇 회사가 해양 엔지니어링을 전문으로 하고 있고, 다른 회사들은 특정 프로젝트를 위해 해양 엔지니어와 상담합니다.이러한 컨설팅은 석유 산업에서 흔히 행해지고 있으며, 엑손모빌이나 브리티시페트롤리엄과 같은 회사들은 해양 엔지니어들을 고용하여 그들의 해양 시추 프로젝트의 측면을 관리하고 있습니다.

군사의

해양 공학은 주로 해군과 관련된 여러 가지 군사 분야에 응용할 수 있습니다.미 해군의 시비, 토목공병대, 공병 의무 장교들은 종종 해양 공학과 관련된 업무를 수행한다.군 청부업자(특히 해군 조선소에 있는 자)와 육군 공병단도 특정 해양 공학 프로젝트에서 역할을 한다.

예상되는 성장률

2012년 미국의 해양 엔지니어들의 평균 연간 수입은 96,140달러였고 시간당 평균 수입은 46.[35]22달러였다.분야로는 해양공학이 2016년부터 2026년까지 약 12% 성장할 것으로 전망되고 있다.현재 8,200명의 해군 건축가와 해양 엔지니어가 고용되어 있지만, 2026년에는 9,200명으로 증가할 것으로 예상된다(BLS, 2017).[36]이는 적어도 부분적으로 세계 시장 공급망에서 해운 산업의 중요한 역할에 기인합니다. 세계 물동량 기준 무역의 80%는 50,000척에 가까운 선박에 의해 해외에서 이루어지며, 이 모든 것에 선박 엔지니어가 탑승 및 해안에서 필요합니다(ICS, 2017).[37]또한 연안 에너지는 계속 증가하고 있으며 해수면 상승으로 인해 연안 솔루션에 대한 필요성이 더욱 커지고 있다.

교육

훈련선 골든 베어호가 캘리포니아 해양 아카데미에 정박했습니다.

해양대학은 해양분야 학생들을 가르치고 훈련시키는 데 전념하고 있다.해양 공학자는 일반적으로 해양 공학, 해양 공학 기술 또는 해양 시스템 공학 학사 학위를 가지고 있습니다.실무 교육은 학사 학위뿐만 아니라 고용주들에 의해 가치 있게 여겨진다.

전문기관

해양공학 학위

MIT,[39] UC [40]Berkeley, 미국 해군사관학교,[41] 텍사스 A&M 대학교를[42] 포함한 많은 기관들이 해양 공학에 특화된 4년 학사 학위를 제공합니다.인정 프로그램은 미적분, 통계학, 화학, 물리학과 같은 기초 학부 수학과 과학 과목, 정역학, 전기공학, 열역학 같은 기초 공학 과목, 해양 구조 분석, 수문학, 해안 관리 같은 보다 전문화된 과목으로 구성되어 있습니다.

해양공학과 대학원생들은 대학원 수준의 논문을 완성하기 위해 연구를 진행하면서 보다 고급적이고 심층적인 과목에 대한 수업을 듣는다.매사추세츠 공과대학은 해양 공학에 [43]특화된 석사 및 박사 학위를 제공합니다.또한 MIT는 대학원 수준에서 [44][45]해양 공학 및 기타 해양 관련 주제를 연구하는 학생들을 위해 Woods Hole Oceanographic Institute와 공동 프로그램을 개최합니다.

저널 및 컨퍼런스

해양 공학에 관한 저널에는 해양 공학,[46] IEEE 해양 공학[47] 저널, 수로, 항만, 연안 및 해양 [48]공학 저널이 포함됩니다.

해양 공학 분야의 컨퍼런스에는 IEEE 해양 공학 협회의 OCEANS Conference and[49] Exposition, 유럽 파도와 조력 에너지 회의(EWTEC)[50]가 포함됩니다.

해양 엔지니어링 업적

저명한 해양 엔지니어

업계 내

학계에서

  • 마이클 E.미국 해군사관학교 해군건축해양공학부 명예교수이자 파동에너지 연구의 선구자인 McCormick씨.

미디어와 대중문화에서

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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