วิศวกรรมต่อเรือ

"ตาฮิเตียนปริ๊นเซส" ใน Tórshavn, หมู่เกาะแฟโร, สิงหาคม 2009

นาวาสถาปัตยกรรม, วิศวกรรมต่อเรือ หรือ วิศวกรรมเรือ (อังกฤษ: Naval Architecture หรือ Naval Engineering) เป็นสาขาวิศวกรรมที่ทำงานเกี่ยวกับการออกแบบ, การก่อสร้าง, การบำรุงรักษา, และการดำเนินงานของเรือและโครงสร้างของเรือ[1][2]. เป็นศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับงานวิจัยระดับพื้นฐานและการประยุกต์, การออกแบบ, การพัฒนา, การประเมินแบบ, และการคำนวณในทุกช่วงอายุของยานพาหนะทางน้ำ หรือเรือ โดยมีกิจกรรมหลักต่างๆ ได้แก่ การออกแบบเบื้องต้น, การออกแบบรายละเอียด, การก่อสร้าง, การทดสอบ, ปฏิบัติการและการบำรุงรักษา, การนำขึ้นและปล่อยเรือลงน้ำ. การคำนวณเพื่อออกแบบเรือยังเป็นเรื่องจำเป็นสำหรับเรือที่กำลังจะเข้ารับการเปลี่ยนแปลง (ผ่านทางการดัดแปลง, การสร้างขึ้นมาใหม่, การปรับปรุงให้ทันสมัย​ ​หรือการซ่อมแซม). นาวาสถาปัตยกรรมยังเกี่ยวข้องกับการกำหนดกฎระเบียบด้านความปลอดภัยและการควบคุมความเสียหาย การอนุมัติ และการรับรองแบบเรือ เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขของกฎหมายและความจำเป็นอื่นๆ.

วิชาหลัก

คำว่า "เรือ" ในที่นี้มีความหมายครอบคลุมถึง ยานหรือพาหนะทางน้ำทุกชนิด ซึ่งยังรวมไปถึง เรือเหินน้ำ, เรือกึ่งเครื่องบินซึ่งลอยเหนือน้ำโดยอาศัยปรากฏการณ์ Wing-In-Ground (WIG) และเครื่องบินทะเล อีกด้วย ซึ่งแล้วแล้วแต่สามารถใช้เพื่อการขนส่งทางน้ำได้[3]. องค์ประกอบต่างๆ ในหลักวิชาของนาวาสถาปัตยกรรมมีดังนี้:

อุทกสถิตยศาสตร์

แบบลายเส้นเรือ, แสดงทรวดทรงของลำเรือ

อุทกสถิตยศาสตร์ เป็นวิชาที่พิจารณาสภาวะของเรือในขณะลอยอยู่นิ่งในน้ำและความสามารถในการคงสภาพนั้นไว้. วิชานี้จึงเกี่ยวกับการคำนวณเพื่อหาแรงลอยตัว (การแทนที่น้ำ) ตลอดจนคุณสมบัติทางอุทกสถิตยศาสตร์อื่นๆ เช่น ทริมของเรือ (ค่าบ่งชี้ความเอียงในแนวตามยาวของเรือ) เสถียรภาพ (ความสามารถทางการทรงตัวของเรือ ที่จะคืนกลับมาตั้งตรงได้ หลังจากถูกทำให้เอียงโดยคลื่นลม หรือสภาวะการบรรทุก).

อุทกพลศาสตร์

อุทกพลศาสตร์เป็นวิชาที่ว่าด้วยเกี่ยวข้องกับการไหลของน้ำที่อยู่รอบตัวเรือ และรูปทรงอื่นๆ เช่น ใบจักร หางเสือ หรือ อุโมงค์ทรัสเตอร์ (อังกฤษ: thruster tunnels). ความต้านทาน - การหาแรงต้านทานต่อการเคลื่อนที่ในน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลจากการไหลของน้ำรอบลำเรือ สำหรับใช้ในการคำนวณเพื่อกำหนดขนาดต้นกำลังของเรือ. การขับดัน - เพื่อเคลื่อนเรือผ่านน้ำโดยใช้ใบจักร, ทรัสเตอร์, เครื่องพ่นน้ำ, ใบเรือ ฯลฯ ประเภทของเครื่องยนต์ในเรือส่วนใหญ่จะเป็นแบบสันดาปภายใน แต่ก็มีเรือบางลำที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าโดยใช้พลังงานนิวเคลียร์หรือพลังงานแสงอาทิตย์. อาการเรือ - เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของเรือในทะเลและการตอบสนองในคลื่นและลม. ความสามารถในการควบคุม (หันเลี้ยว) - เกี่ยวข้องกับการควบคุมและรักษาตำแหน่งและทิศทางของเรือ.

ดาดฟ้าของเรือบรรทุกน้ำมัน, มองไปทางท้ายเรือ.

โครงสร้าง

วิศวกรรมโครงสร้างเรือเกี่ยวข้องกับการเลือกวัสดุในการก่อสร้าง, การวิเคราะห์ความแข็งแรงโดยรวมและเฉพาะจุดบนเรือ, การสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนโครงสร้างและการตอบสนองของโครงสร้างเรือยามเคลื่อนไหวในทะเล.

การจัดผัง

การจัดผังบนเรือตามการออกแบบเชิงแนวคิด, รูปแบบและการเข้าถึง, การป้องกันอัคคีภัย, การจัดสรรพื้นที่, สรีรศาสตร์และความจุ.

การก่อสร้าง

การก่อสร้าง หรือผลิต ขึ้นอยู่กับวัสดุที่เลือกใช้. เมื่อเหล็กกล้าหรืออะลูมิเนียมอัลลอยล์ถูกนำมาใช้ ก็จะเกี่ยวข้องกับการเชื่อมแผ่นและรูปพรรณหลังจากการกลิ้ง, การทำเครื่องหมาย, การตัดและการดัดตามแบบโครงสร้างหรือตัวต้นแบบ, ตามด้วยการสร้างและปล่อยลงน้ำ. เทคนิคการเชื่อมเข้าด้วยกันอื่น ๆ จะถูกใช้สำหรับวัสดุอื่น ๆ เช่น ไฟเบอร์กลาส.

ศาสตร์และศิลป์

เรือบรรทุกเครื่องบินยูเอสเอสคิตตี้ฮอว์กที่ฐานทัพเรือเพิร์ลฮาร์เบอร์

ในยุคโบราณ, สถาปัตยกรรมเรือเป็นงานเชิงศิลป์มากกว่าเชิงวิทยาศาสตร์. ความเหมาะสมของรูปทรงเรือถูกตัดสินโดยดูที่ลายเส้นของเรือบนกระดาษหรือมองจากเรือต้นแบบจำลอง. การมีรูปร่างที่ไม่น่าดูหรือมีการเปลี่ยนฉับพลันของลายเส้นก็จะถือว่าเป็นข้อบกพร่อง. สิ่งนี้รวมทั้งสายระโยงเรือ, การจัดดาดฟ้าเรือและแม้แต่เครื่องตกแต่ง. คำวิจารณ์ อย่าง เทอะทะ, แน่นไปหมด และสวยงาม ก็ยังมีใช้กันถึงปัจจุบัน. เรือที่ถูกยอมรับว่า 'ใช้ได้' หมายถึงมีลายเส้นที่ราบรื่นจากหน้าเรือไปท้ายเรือ, และยังเป็นรูปร่างที่ "ถูกต้อง"อีกด้วย. การกำหนดสิ่งที่ "ถูกต้อง" ในสถานการณ์เฉพาะต่างๆ ทั้งที่ยังไม่มีการวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์มาสนับสนุนอย่างชัดเจน ก็สะท้อนถึงความเป็นศิลปะของสถาปัตยกรรมเรือ ที่มีมาจวบจนถึงในยุคปัจจุบัน

ในขณะที่การมีคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงซอฟแวร์พิเศษ และข้อมูลจากงานวิจัย และการทดสอบแบบจำลองต่างๆ ได้ช่วยให้นาวาสถาปนิกในปัจจุบัน

สามารถทำนายประสิทธิภาพการทำงานของยานพาหนะทางทะเล หรือเรือ ได้แม่นยำมากยิ่งขึ้น

ไม่ว่าจะเป็นเรื่อง สเถียรภาพ, ความต้านทาน และการใช้กำลังงาน, การพัฒนาตัวเรือ, การวิเคราะห์โครงสร้าง, การสร้างแบบจำลองของน้ำที่พัดท่วมถึงดาดฟ้า, และการวิเคราะห์กระแทก. ข้อมูลต่างๆ จะถูกนำมาแบ่งปันร่วมกันอย่างสม่ำเสมอในการประชุมระหว่างประเทศที่ได้รับการสนับสนุนโดย Royal Institution of Naval Architects (RINA), Society of Naval Architects and Marine Engineers (SNAME) และสมาคมวิชาชีพที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ.

นาวาสถาปนิก

เรือคอนเทนเนอร์ 'Cosco เซียะเหมิน' ออกจาก ปากน้ำ Burrard (ท่าเรือแวนคูเวอร์)

เนื่องจากความซับซ้อนของระบบต่างๆ ที่ต้องทำงานสอดคล้องกันในเรือแต่ละลำ, การออกแบบเรือจึงต้องใช้ความร่วมมือระหว่างหลายกลุ่มของบุคคลที่มีความรู้ความสามารถทางเทคนิคที่เป็นผู้เชี่ยวชาญในสาขาเฉพาะอย่าง โดยจะถูกประสานงานโดยหัวหน้านาวาสถาปนิก (นาวาสถาปนิก เป็นคำที่แปลตรงตามจากภาษาอังกฤษว่า Naval Architect ทั้งนี้ไม่ได้หมายถึงสถาปนิก แต่หมายถึงวิศวกรเฉพาะทาง และเพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน บ้างจึงเรียกแทนว่า วิศวกรออกแบบเรือ หรือ วิศวกรต่อเรือ) .

นาวาสถาปนิกคือวิศวกรที่มีความรับผิดชอบในการออกแบบ, ก่อสร้าง, และ/หรือการซ่อมแซมเรือขนาดใหญ่, เรือเล็ก, เรือทางทะเลอื่น ๆ, และโครงสร้างนอกชายฝั่ง, ทั้งในเชิงพาณิชย์และการทหาร, รวมไปถึง:

• เรือสินค้า - เรือบรรทุกน้ำมัน, เรือบรรทุกก๊าซ, เรือบรรทุกสินค้าทั่วไป, เรือบรรทุกสินค้าเทกอง, เรือคอนเทนเนอร์
• เรือข้ามฟากสำหรับผู้โดยสาร/ยานพาหนะ, เรือใบ (อังกฤษ: cruise ships)
• เรือรบ - เรือฟริเกต, เรือทิ้งทุ่นระเบิด, เรือบรรทุกเครื่องบิน, เรือสะเทินน้ำสะเทินบก
• เรือดำน้ำและยานใต้น้ำ
• เรือทลายน้ำแข็ง (อังกฤษ: icebreakers)
• ยานความเร็วสูง - ยาน hovercraft, เรือหลายลำตัว, เรือ hydrofoil
• เรือใช้งานขนาดเล็ก - แพ, เรือประมง, เรือจัดการสมอ, เรือจัดทำแพลตฟอร์ม, เรือลากจูง, เรือนำทาง, เรือกู้ภัย
• เรือยอชท์, เรือกำลัง, และเรือสันทนาการอื่น ๆ
• แพลตฟอร์มนอกชายฝั่งและโครงสร้างการพัฒนาใต้ทะเล

บางส่วนของเรือเหล่านี้อยู่ในกลุ่มของเรือที่ใหญ่ที่สุด (เช่น supertankers), ที่ซับซ้อนที่สุด (เช่นเรือบรรทุกเครื่องบิน) และโครงสร้างเคลื่อนที่มูลค่าสูงที่ผลิตโดยมนุษย์. การใช้เรือมักจะเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการขนส่งวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ของโลก. วิศวกรรมที่ทันสมัยในขนาดที่ใหญ่นี้จะต้องเป็นกิจกรรมของทีมงานที่ดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญในสาขาของแต่ละคน. นาวาสถาปนิกเป็นผู้บูรณาการกิจกรรมเหล่านี้ ซึ่งต้องการบุคลิกความเป็นผู้นำที่มีคุณภาพด้านการบริหารจัดการและความสามารถในการรวบรวมความต้องการที่มักจะขัดแย้งกันเองของข้อจำกัดการออกแบบต่าง ๆ ให้เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะอย่างที่สุด.

นอกเหนือจากบทบาทความเป็นผู้นำนี้, นาวาสถาปนิกยังต้องมีหน้าที่ผู้เชี่ยวชาญในการสร้างความมั่นใจว่าได้ผลิตงานที่ออกแบบด้วยความปลอดภัย, ประหยัด, เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีค่าทางทะเล. ในการดำเนินงานทั้งหมดเหล่านี้, นาวาสถาปนิกจะต้องมีความเข้าใจในหลายสาขาของวิศวกรรมและต้องอยู่ในแถวหน้าของการใช้เทคโนโลยีระดับสูง. เขาหรือเธอยังจะต้องสามารถใช้บริการที่ได้รับจากนักวิทยาศาสตร์, ทนายความ, นักบัญชี, และนักธุรกิจในหลายรูปแบบ อย่างมีประสิทธิภาพ

นาวาสถาปนิกมักจะทำงานให้กับอู่ต่อเรือ, เจ้าของเรือ, บริษัทและที่ปรึกษาด้านการออกแบบ, ผู้ผลิตอุปกรณ์, สังคมระดับชั้น, หน่วยงานกำกับดูแล (กฎหมายทางเรือ), ทหารเรือ, และรัฐบาล.