船舶工学

概要

船舶工学は船舶の建造（造船）、安全な航行方法や運航にかかわる人間の育成、検査、補修、合理的な海上物流などを取り扱う工学である。船舶はまず水上において航行する能力が求められるが、これを効率的で安全に行うために、波や浮力についての物理学的知識と、具体的な船体設計のための構造力学及び機械工学が必要となる。船舶は貨物や旅客の輸送などさまざまな用途に用いられるため、その目的に適した設計が研究されている。

双胴船

水面下に沈んで水と直接接する下部船体が細長く左右2つに平行している船型である。上部船体部分はほぼ四辺形に広く取れるため車輌用フェリーや海上作業用プラットフォームに適している。波浪に対しては特に左右方向の揺れ（ローリング）が単胴船に比べて小さくなる利点がある。このことから、ブローチングに対する危険度が減じられる。しかし横波による揺れ（ローリング）の固有振動数が高く、少しの短波長の横波でも波に追従して激しく揺れるという問題点がある。
曳き波の発生が単胴船に比べて小さいことも、高速航行時にも周囲への影響が少ない点で有利となる。センターバウがあればバウダイビングに対する安全性の確保に貢献する。
双胴船は古くから考案されていたが、単胴船に比べて水中表面積が増加し摩擦抵抗や粘性圧力抵抗が大きくなる点や、下部船体を左右に分ける事による強度確保のため船体重量が増すことで造波抵抗と他の2つの抵抗を増やしてしまうなどの不利な要素が排除出来ずにいたが、軽量なアルミ合金の普及により実用的な双胴船が建造されるようになった。

三胴船

水面下に沈んで水と直接接する下部船体が中央に1つ、左右に2つ、細長く平行している船型である。中央船体（センターハル）が大きく、左右の船体（サイドハル）はいくぶん小さく構成されていることが多い。双胴船と同じく上部船体部分は左右方向にも広く取れ、中央船体で主要な重量を支えられるために重量配分が双胴船と比べれば単純となる。
オーストラリアの超高速カーフェリー「トリウムファント」（後に「ドルフィン・ウルサン」と改名）が最初の実用船であったが1年ほどで引退し、さらに大きく早い「ベンチジグア・エキスプレス」（127m, 40kn）がカナリー諸島で就役している。
三胴船は双胴船の欠点である横波による揺れを解決するために、左右の下部船体を小さくすることで横波による揺れの固有振動数を長くして、少しの横波ぐらいでは揺れないようにしている。
双胴船と同様に、センターバウがバウダイビング（後述）に対する安全性の確保に貢献する。
中央船体の大きな三胴船は単胴船の左右にアウトリガーを付けて左右復原力を確保した船型とも考えられるため、別名「スタビライズド・モノハル」とも呼ばれている。
双胴船と比べて三胴船はまれであり、主に高速フェリーや外洋レース用として利用されている。
また軍用艦艇ではアメリカ海軍のインディペンデンス級沿海域戦闘艦や、海上自衛隊の水上標的に採用されている。

ウェーブ・ピアーサー

双胴船や三胴船での下部船体を特に細長くすることで造波抵抗を減少させ、超高速航行を可能にした船型。
単胴船では船体を極端に細くすると横波に対する十分な復原力が得られず容易に転覆する危険があるため、ウェーブ・ピアーサー（Wave piercer）は多胴船に採用される。
水中翼船やホバークラフトでは排水量と水中翼の大きさや船底の広さの関係が2乗3乗の法則に縛られてしまい、実用可能な船体規模が制約を受けるが、排水量型であるウェーブ・ピアーサーでは2乗3乗の法則が制約することはないため、超高速航行が可能な大型船舶は必然的にウェーブ・ピアーサー型になる。
船体が細長くなるため貨物の量や幅に制限が生じることから、主に積載量より速度を重視する超高速フェリーや高速航海記録に挑戦する特殊なレース船など、外洋を超高速で航行する船に採用されている。
軍用艦では中国人民解放軍海軍で運用されている紅稗型ミサイル艇、中華民国海軍で2015年3月末より運用開始した沱江級コルベットに採用されている。
オーストラリアのインキャット社は主にウェーブ・ピアーサー方式の船を建造している造船会社である。

その他の船型

その他の船型として水中翼船、表面効果船（地面効果翼機）、ホバークラフトなどがある。

船体線図

水面下の船体の形は船型（せんけい）と呼ばれ、流体力学的に最適の船型が求められる。船型を表す図面は船体線図（せんたいせんず、Lines）と呼ばれ、正面正図（Body Plan）、側面図（縦裁線図、Sheer Plan）、水線面図（半幅平面図、Half Breadth Plan、Water Line）の3方向から見た図で示される。正面正図では右側に最大船幅より前側の形状を示し、左側には後側の形状を示すのが普通である。船体線図はいくつかに区切りられた図面であり、これを3次元的に拡大しても曲面にはならない。3次元的な曲面にする作業はフェアリングと呼ばれ、近年ではコンピュータ上で行なえるようになっている。

船体運動

主に波による船体の揺れの6自由度を、次の成分で定義する。

各部の名称

船は船本体である「船体」（せんたい）とその上に設けられた「上部構造物」（じょうぶこうぞうぶつ）から構成される。
船は前から後ろに向かって、船首部、中間部、船尾部と分けられるが、どこから分けるのか厳密な区別は無く、船体の曲線がほぼ直線的な部分が中間部とされているが、かなりあいまいである。

船体・上部構造物

船からさまざまな機械類・装備類を取り外して水面に浮かんでいられる器だけの船の本体を「船体」（Hull）と呼ぶ。船体は造船技術用語では船殻（せんこく）と呼ばれる。船体の左右側面は「舷」（げん）や「舷側」（げんそく）と呼ばれ、その上縁部もまた「舷」「舷側」や「船縁」（ふなべり）「船端」(ふなばた)」などと呼ばれる。船体の上面は、上甲板と呼ばれる強度を備えた単一平面の甲板で覆われることが一般的である。船体より上の構築物は上部構造物や上構（じょうこう）と呼ばれ、船室などに当てられることが多い。上構の中でも横方向に占める構造物の幅が左右舷一杯に達しているものは「楼」と呼ばれる。
船に取り付けられた機械類・装備類は「艤装品」(Equipment)や「艤装」（Rig）と呼ばれる。

船体規模

船舶はその大きさがトン数によって示される。トン数による表記には大きく分けて、船体そのものの重量を示すものと船体内部の容積を示すものとがある。
トンとは酒樽のことであり、トン数で船の大きさを示すのは、15世紀におけるイギリスでは酒樽によって商船が課税されていたことに由来する。トン数と課税には関係が深く、現代でも船への課税は船の大きさを示すトン数を基準に行なわれるため、船主にとっては課税計算に使われるトン数は出来るだけ小さいほうが経済的である。
たとえば、日本では政府の政策としてトラック輸送を陸路ではなくフェリーによる海上交通へ誘導したいために、課税のもとに使われる「国内総トン数」の計算ルールを車輌デッキを2層備えるRORO船では特に小さくしているため、こういった日本国内のフェリー船が海外へ売却されたとたんに総トン数が倍にもなる場合がある。

重量

船舶としての規模を示す場合には貨物などを積まない状態での船体の重量を示す「軽荷重量」と、貨物、乗客、飲料水、燃料などすべての搭載可能な貨物の総重量を示す「載可重量」がある。
軽荷重量と載可重量を足せば満載排水量になる。船体側面の喫水付近にはその船の設計された満載排水量での喫水高が「満載喫水線円環」や「満載喫水線」として明示されている。水の密度は水温や塩分濃度で変わるため、場所ごとに数種類の喫水が記号で表示されている。

容積

船舶の容積は、総トン数、純トン数、責任トン数、パナマ運河トン数、スエズ運河トン数、載貨容積トン数などがある。

速度

船舶の速度は一般にノット（knot:kn）で表される。
1ノットは1時間あたり1海里（かいり、1,852m、ノーティカル・マイル、Nautical Mile:nm）を進む速度である。
1海里は陸上での1マイル（1,609m）とは異なる。
古くは地球の円周部、つまり同一子午線上の海面での地球中心からの角度で1分（ふん、1度の60分の1）に相当する子午線弧長を1海里として使用していたが、地球が真球でなく回転楕円体に近い事や国などによって複数の異なる距離の「海里」が存在していた。その後、20世紀中には地球の平均円周を4万kmとしてこれを360x60で割った距離（の小数点以下を四捨五入して丸めた値）である1,852mに統一された。
代表的な船舶の速度に「最大速力」と「航海速力」がある。
最大速力とはまさにその船の最も速い速度であり、普通は公試の時にエンジンを「最大出力」で運転し全力で疾走した時の速力となる。
航海速力とは実際の航海時に常用される速力であり最適なエンジン状態を考慮して設定された値である。
この航海速力時のエンジン出力は「常用出力」と呼ばれ、常用出力と最大出力との差の比は「シーマージン」と呼ばれる。シーマージンは15-20%程度に設定されるため、常用出力は最大出力の80-85%程度になる。

浮力

アルキメデスの原理から、液体や気体といった流体中の物体にはそれが押し退けた流体分の重量と等しいだけの上向きの力が作用する。これが浮力の原理であり、浮力は流体（船舶の場合には水）の密度と重力加速度、物体が流体中に占める体積の積として算出できる。
船が正しく設計・造船されていれば、浮力を利用することで、波浪等で船体が傾いても復原性を発揮することが可能となる。
物体の重量が浮力より小さければ、流体上に浮いていられるが、物体の重量が浮力を上回れば物体は流体中に沈んでしまう。ヨットが大嵐にいくら揉まれても簡単に沈まないのは、船体が比較的強固に造られているため、たとえ180度上下が逆さまになっても船体の気密性が保たれている限り、内部の空間が十分な浮力を生み出すためである。

水の密度と喫水

海水では塩が溶けている分だけ淡水に比べて密度が高くなる。流体の密度が高くなると浮力も増えるため、淡水と海水では船の浮力の違いによって喫水が変化する。
アラビア半島の死海は塩分が多く溶け込んでいるため、海水浴客の体が良く浮かぶことで有名である。

波高

波の高さは ビューフォート風力階級 0-12 で表す。
0では0-0.2m/s 12では32.7m/s以上になる。

不規則波

嵐によって成長した海上の波は、波高も周期もバラバラで不規則な波によって構成されており「不規則波」と呼ばれている。
不規則波の大きさは高い順の上位3分の1の平均値で表され「有義波高」（Significant wave height）と呼ばれる。
不規則波の中で遭遇する可能性がある最も高い波は、有義波高の2倍であることが分かっている。

大きな波の成長

嵐の中では強く吹く風が原因で大きな波が生まれる。風速が速ければ大きな波が生じるが、風が吹く時間と距離も波の大きさに関係する。この風が吹いている時間を「吹送時間」、吹いている距離を「吹送距離」と呼んでいる。
波の大きさはSMB法（Sverdrup, Munk, Breschneider、スベルドラップ、ムンク、ブレットシュナイダーの3名によって開発された有義波高の計算手法）によって有義波高が求められる。
長時間、風が吹き続けばそれだけ波も成長するが、無限に大きくなる訳ではなくある程度の大きさで成長は頭打ちとなる。この成長しきった状態を波の「完全発達状態」と呼んでいる。

風の抵抗

推進エネルギーの損失を考える場合には、空気の密度は水の約800分の1であるため、水による損失のみが検討され、空気による抵抗成分は従来はあまり考慮されなかった。ただ横風による船体の動揺や横滑りが操船に無視できない影響を与えることが生じている。

接岸時と離岸時の危険性

純自動車専用船（Pure car carrier, PCC）のような上部構造物の巨大な船では船首部や船尾部を丸く作る事で風の抵抗を出来るだけ受けないようにする工夫も行なわれるようになった。
PCCに限らず、巨大コンテナ船や超大型フェリーも運搬対象がかさばる割に重量が軽い。このため、水面上の船体が水面下の船体に対して非常に大きい。これは空荷状態か満載状態によらない。いずれの場合も水に浮かぶサッカーボールのように風に簡単に流されてしまう。この現象は広い公海上ではそれほど問題とならないが、港での接岸と離岸時には危険を生む。実際に、これらの船が風に吹かれて流され、たびたび事故が発生している。

船底

航海時に水流と接する船の底の表面の粗さは、直ちに摩擦係数の増大となって船足を下げ燃費の悪化を招くため、可能な限り平滑な状態を維持しなければならない。
船底には自己研磨性防汚ポリマー剤が塗装されており、これが水中へと徐々に溶け出すことでフジツボなどの海洋生物の付着を防止して平滑度を維持している。

バルバス・バウ

近年21世紀初頭でのほとんど全ての大型で単胴の船舶の造船では、水中の船首部をバルバス・バウ（球状船首）とすることで造波抵抗を最小化する工夫を取り入れている。
バルバス・バウも設計時の喫水では最適の効果を発揮するが、空荷の時の貨物船やタンカーではバルバス・バウが水面上まで出てしまってかえって効率を悪くすることがある。
バルバス・バウは水面下で船の前方に大きく突き出ているため、港に停泊中に小さなボートなどがこれらの船の前を横切ろうとする場合などに、誤って船底を擦ってしまう恐れがある。他船からバルバス・バウであることが判るように船首の両側面にバルバス・バウを備えているという印が描かれている。

船体の大型化と推進力の大出力化を阻むもの

21世紀初頭現在、大きなディーゼルエンジンは、ボアは90cm、ストロークは3mほどになり、12気筒ほどが最大である。これ以上の出力を求めると燃費の良い低速回転ディーゼルでも、ギヤード・ディーゼルでマルチプル・エンジンにしないと、エンジンルームが前後にばかり場所をとってしまう。
また一軸推進のままだと、出力に見合ったプロペラを製作する工場がないと言う問題と共に、通過する海峡、水路などの深さから喫水に制約を受けることによってあまり大きなものは付けられない。

ガスタービンエンジン

小型軽量で比較的大出力が得られるガスタービンエンジンは艦船や高速客船や高速カーフェリーなどで使用される。
ディーゼルエンジンのような大きな振動も発生せず、使用燃料の灯油は大型ディーゼルエンジンの重油と異なり比較的良質なため、窒素酸化物（NOx）や硫黄酸化物（SOx）といった有害な排気ガスは少なくて良いが、燃費は悪くなり、エンジンそのものとメンテナンスのコストがディーゼルエンジンに比べて高い。ガスタービンエンジンには航空機用のものと陸上での発電などで使う産業用のものがあるが、船舶に使われるものは航空機用エンジンの転用品がほとんどである。
ガスタービン・エンジンは陸揚げしての整備が可能なように取り付けられている。

焼玉エンジン

従来漁船に多く用いられた焼玉エンジン（Semi-diesel engine）はディーゼル・エンジンに代わった。

蒸気ピストン・エンジン

蒸気ピストン・エンジン（Steam reciprocate engine）を使用する船は21世紀の現在、全くない。

蒸気タービン・エンジン

21世紀の今でも液化天然ガス（LNG）タンカーでは蒸気タービン・エンジンを使うものが多い。運搬中のLNG（液化天然ガス）が少しずつ気化するためにこれをエンジンの燃料として利用できるためである。
蒸気タービンでは前進時とは別に後進用にタービンを備え、前進時に常に空転している無駄を小さくするために後進用タービンの大きさは半分程度としているのが普通である。このため、船のブレーキに相当する「後進全速一杯」（クラッシュ・アスターン）の時のエンジン出力も小さくなるという弊害がある。
原子力航空母艦や原子力砕氷船に使われている原子力機関も、核燃料の核分裂エネルギーを熱源とする蒸気タービン・エンジンの仲間である。

機関補機

エンジン（主機関）にはエンジン本体とは別に、エンジンを運転させるために必要なさまざまな機械類が取り巻いている。
これらの機械は機関の補機と呼ばれ、エンジンの種類によって異なったものが必要とされる。以下では大型船の搭載機関としては主流の低速回転ディーゼル・エンジンの補機について説明する。

推進器

船の用途などに応じてさまざまな推進器が開発されている。
一般にスクリュー・プロペラは大きな物をゆっくりと回すことがもっとも効率が良いが、あまり大きな物では船が軽くなった時や波で揺れた時に、スクリューが水面上に出てしまい空回りを起こしたり、水面近くで気泡を作るのにエネルギーを無駄に消費するために上端の位置には限度があり、船底より下に突き出ると浅い海での破損のリスクがあるために下端も船底より高い位置を守る必要がある。20世紀末からは「ハイスキュー・プロペラ」と呼ばれるキャビテーションの発生を低減して、より高回転での使用を可能にしたプロペラも登場している。

スクリュー・プロペラ

スクリュー・プロペラ（screw propeller）は最も一般的な形式の推進器である。

二重反転プロペラ

プロペラの回転によって生み出される水流そのものの回転運動によって、プロペラが生み出すエネルギーの3分の1が推進力に寄与せずに失われる。二重反転プロペラ(Contra Rotating Propeller, CRP)では、前のプロペラで生じる回転水流とは逆方向に回転する後ろのプロペラによって受け止めることで、後ろのプロペラの回転力に加えて前からの水の回転力も推進力に転化できるため、一重プロペラに比べてエネルギーの無駄が少なくなる。
25万トン級のVLCCタンカーに採用された例では、約15%ものエネルギー効率の改善が報告されている。

ノズル・プロペラ

ノズル・プロペラはプロペラのエネルギー効率を上げるため、プロペラの周囲を整流板（ノズル）で囲った形式である。ダクトプロペラやとも呼ばれる。航空機に使われるダクテッドファンの類似形式である。
1934年に登場したコルト式ノズル・プロペラ（Kort nozzle）では低速高加重での大推力が得られ、推力が30-45%増大するが、キャビテーションの発生が激しくノズル側面に穴が開くなど問題もあるため、砕氷船を除けばあまり採用されない傾向がある。

シュナイダー・プロペラ

シュナイダー・プロペラは2つのローターより突き出たそれぞれ4-6枚のブレードの取り付け角を連続的に変えて任意の方向への推力を与えることが出来る推進器である。「フォイト・シュナイダー・プロペラ」「トロコイダル・プロペラ」「サイクロイダル・プロペラ」とも呼ばれる。従来はタグボートなどで使用されていたが、21世紀になってからはポッド推進の登場によって、幾分効率の悪いこの方式は減っている。舵は必要なく、その場での回転を含めて自由な操船が行なえた。

ウォータージェット推進

ウォータージェット推進は船底から水を取り込み、導入流路を絞り幾分加圧された環境下でプロペラによって高圧にして吐出ノズルから後方に噴き出すしくみである。ノズルを可変にすると舵の機能を持たせられ、前方へのリバースドア（後進バスケット）を備えれば逆進も可能になる。
通常のプロペラ推進ではキャビテーションの発生による高速回転域での制限があるが、この方式では流路を狭めることで40-50ノットでの高速航行時にも高回転・高圧力が維持できる。高速船での使用だけでなく、岩場でスクリューを傷めたり魚網を巻き込んだりしないため浅瀬や河川を航行する船にも使われる。沿岸警備において不審船や密漁船が故意にロープや漁網を絡ませ進行を妨害することを防止可能であることから採用されることもある。

外輪（外車）

大きな水車（外輪）を回転させて水をかいて進む。パドル式とも呼ばれる。スクリュー・プロペラの登場によって推進効率が低く破損しやすい外輪船（外車船）は時代遅れとなり、琵琶湖汽船の「ミシガン号」のような一部の観光用途を除いては使用されていない。外輪を船体の左右側面に備えるものと、船体後部に1つ備えるものの2つの形式がある。
1845年4月3日にイギリス海軍が当時登場したスクリュー・プロペラの能力を試すため、800トンで200馬力同士の外輪船「アレクト」とスクリュー船「ラトラー」に綱引きさせた実験が有名である。2.5ノットでスクリュー船が引き勝ったことや、外輪は大きく重く、また、敵の砲撃や強い波浪によって容易に破損するなど、多くの点でスクリュー・プロペラに劣っていたため、イギリス海軍は以降、スクリュー・プロペラを軍艦の推進器に採用した。（詳しくは蒸気船を参照。）

アルキメディアン・スクリュー

アルキメデスのねじの原理を応用した「アルキメディアン・スクリュー」は砕氷船のガリンコ号のような特殊な船で使われている。ガリンコ号では大きな4本のねじ型回転部が砕氷器と推進器を兼ねていて、流氷や氷上、雪上、柔泥地でもそのまま進むことができる

船体構造

単胴船での船体構造について説明する。

スラミングへの対策

バウダイビングとは逆に船首船底が水中から躍り出てしまい、一瞬の後に水面に叩きつけられる「スラミング」と呼ばれる現象がある。スラミングの直後には「ホイッピング」と呼ばれる船体全体が大きく振動する現象も起きることがある。
スラミングによってバウダイビングと同様に船首部が折れる大事故が過去に発生している。

この対策として、船首部船底をV字型にして水面から受ける衝撃を斜め方向に受け流すようにする設計が高速船に行なわれている。

復原性

単胴船での船体設計時に最も重要な要素に「復原性」（Stability）
がある。復原性とはたとえ一度は船体が傾いても、転覆せずに正常位置に復帰出来る性能である。
搭載物を含めた船体重心の位置が浮力の中心より低いことで復原性が生じる。大きな帆を備えるヨットでは船底の最も下部に重い重りとなるキールを持つために横風を受けて傾いてもすぐに元に戻ることが出来るのも重心が浮力中心に比べて十分に低い為である。
ヨットのような特殊な船型をしていない場合には、船の長さを幅に対してあまりに長細くすると容易に転覆してしまい復原する前に浸水する危険があるため、細長い船型には限界がある。

復原力曲線

設計した船体が復原する力は復原力曲線によって表される。復原力曲線は船体の復原てこ（GZ）が縦軸に傾斜角度が横軸になり、それぞれの傾斜ごとでの復原てこがいくらになるかが示され、船体の戻りやすさと転覆の危険度が読み取れるようになっている。

復原力曲線のグラフ上の面積が排水量当りの動復原力を示し、船を転覆させるには復原てこ（GZ）が正の値をとる面積分のエネルギー（動復原力）が波浪などから船体に加えられる必要がある。

復原性に対する自由水影響

浸水時などで船内に流動性のある水があると船体の傾きによって低いほうへとその水が流れるためにさらに復原性を失わせるため転覆する可能性が増すことになる。こういった現象を復原性に対する「自由水影響」と呼ぶ。タンカーでのスロッシング (Sloshing) もローリングを増幅することがあり危険であるため、油槽内はいくつかに仕切られている。

荷崩れによる危険性

貨物船などでは、搭載物が船の揺れや傾きによって片舷に寄ると、設計時の意図しない形で重心が偏るため、搭載物の固定は復原性を確保するのに重要である。特に穀物や粉体等の擬似的に流動性を持つ貨物は、船艙内であまり自由な運動を許すと船が波浪などで傾いた時に突然流動性を帯びて荷崩れを起こし復原性に対する「自由水影響」と同様の効果によって船の安定を著しく損なう場合がある。
専用運搬船では設計段階から船艙上部の隅をあらかじめ三角形の壁面で構成して荷崩れでの影響をあまり受けないようにしているが、それも8-10割程度の積載時の場合にしか効果はなく、全船艙に半分ずつ均等に積載するようなことはなるべく避けて、満載と空虚を交互に配置するような方法をとるのが普通である。これにより安全と共に、積み卸しとその後の清掃の手間がいくぶん省けるが、船体に剪断力が加わることになる。

腐蝕対策

アルミは鋼鉄に比べて腐蝕を起こしにくいため、水に浸かり続ける船体には適した金属であるが、長い時間の経過と共に少しずつ腐蝕は進行するため、やはり塗装は必要となる。

異種金属腐蝕

鋼鉄の船体では塗装は必須であるが、特に異種金属腐蝕も問題となる。電解質溶液中にイオン化傾向の異なる金属をつなげて浸しておくと、一方の低電位の金属が激しく腐蝕を受ける現象である。
この現象はボルタ電池として利用されることもあるが、船ではほとんどのプロペラに銅合金が使われているため、陽極（＋極）となる船尾の鋼鉄を激しく腐蝕する。このため、犠牲となって溶ける亜鉛などの「アノード」（Anode）と呼ばれる金属片をプロペラの周囲に貼り付けて、船体の腐蝕を防ぐ。この方法を「犠牲防蝕」と呼ぶ。

航海計器

航海に使用する測定器や計器類、航法装置は航海計器と呼ばれる。

ジャイロスコープおよびジャイロコンパス

一度設定した方位を保持し続けて針路の決定に利用する装置であるジャイロスコープと、地球の自転とジャイロ効果の作用により方位を自己修正するジャイロコンパスがある。
物理的なコマの回転を利用するジャイロコンパスから、精度が高くコンパクトなレーザーリング型やレーザーミラー型のジャイロスコープへとかわって来ている。しかし、ジャイロスコープには方位を自己修正する能力がなく、また、いずれも停電時に使用できなくなるため、磁気コンパスとの併用が規則によって定められている。機能上、自動操舵装置とのつながりが深いので、自動操舵装置に含まれているものも多い。
ジャイロスコープのみで方位を示す場合、いくら精度が高くても、時間と共に誤差が蓄積してくるため、時々は修正が必要になる。

流圧式ログ・電磁式ログ

ともに水に対する速度を測る装置である。流圧式ログはピトー管による圧力によって、電磁式ログでは水の電磁誘導によって速度を測る。GPSの利用が進んだ21世紀初頭現在では、大型船を中心に海流の影響を受け測定誤差も大きなこれらの測定器に代わって、GPS装置が描く自らの航跡に基づいた速度の利用が多くなっている。

ドップラーソナー

航海計器としてのドップラーソナーは、船底から前後に向けて発射した水中超音波の反射波を測定し周波数のずれから、水底までが近ければ対地速度を、遠ければ対水速度を測る装置である。側方に発射・測定すれば港での岸壁までの距離が測れる。

音響測定器

航海計器としての音響測定器は、船底から下に向けて発射した水中超音波の反射波を測定し、船底から水底（海底など）までの距離を測るものである。

自動操舵装置

自動操舵装置（オートパイロット）はジャイロコンパスや航法支援装置からの情報によって設定した方位から針路がずれると、自動的に舵を操作することで針路を保持する。風や潮流によって横に流されるズレには対応できず、他船舶との回避運動も行なえないので、人間が常に船橋（ブリッジ）から見張り（Look out）をして適切に操船する必要がある。

航海灯

白赤緑の3色の「航海灯」が夜間航海時の船舶の互いの視認に役立てられている。
これら3種類5個の航海灯の配置は万国共通で決められており、レーダーに頼らなくても、夜間に船体が見えなくても船の方向や大きさがほぼ判るようになっている。
後進した場合については法的に決められていないが、左右の赤と緑を逆にできるように左右とも赤緑両方が付いている場合と後部マストに左右逆に航海灯が付いている場合があり。後進している状態でも進路を誤認させないように工夫されていることが多い。

消火設備

「海上における人命安全会議」（SOLAS : Safety of lofe at sea）で1914年にSOLAS条約が13ヶ国で調印され海運の国際秩序と海上における人命及び財産の安全確保のために「IMCO」（政府間海事協議機関）が1958年に発足した。これらの機関によってその後、さまざまな案設備に関する決まりが定められた。
船舶では防熱上や構造上の境界によって40mを越えない仕切られた区域に区分されている。特に居住部分は他の部分から隔離されている。船内は可燃性材料の使用を控え、火災探知、警報、消火、脱出の各装置が備えられている。持ち運べる消火器も多数が用意されている。
消火設備は、消火専用のポンプの他に、普段はバラスト・ポンプ、雑用水ポンプ、衛生ポンプとして使用しているものを火災発生時に消火用に使用することが認められている。多くのポンプが機関室にあるため、機関室からの火災の場合を考えて機関室外の独立して働くポンプも備えられていて、通常は船尾舵機室にある。船内のどこから出火しても2条以上の放水が可能なように消火水配管と消火栓、消火ホースが配置されている。消火ホースは船長30mに付き主と予備の合わせて2組を備え、最低5組が用意される。
固定式の消火装置として、ガスによるもの、発泡水によるもの、霧状放水によるもの、スプリンクラーによるものがある。これらが火災探知機とともに、特性・効果を考慮して配置されている。
タンカーにはイナート・ガス発生装置が備わり、油槽からの火災を未然に防いでいる。
火災探知機は光の遮断を探知するものや、空気中のイオンを探知するもの、空気の膨張を探知するものなどがある。

救命胴衣

およそ船舶と名の付くものすべてに、乗船する乗員乗客の総数以上分の「救命胴衣」（ライフジャケット）の搭載が義務付けられている。
固体式（浮力材：発泡スチロール）、気体封入式（浮力：常圧のガス）、膨張式（使用時にボンベからのガスで膨張する）、固体膨張ハイブリッド式、等の救命胴衣がある。
救命浮輪（きゅうめいうきわ、Life Buoy）も露天デッキの各所に備えられている。

救命ボート

ある程度の距離を航海する船舶は、船体が沈没や火災などの危険な状態から乗員乗客が安全に避難できるよう、必要なだけの「救命ボート」の搭載が義務付けられている。外洋客船では国際規則によって、片舷の救命ボートだけでも乗員乗客の避難に必要なだけの数を備えるように決められている。
救命ボートにはボート型の他にプラスチック・カプセルに収められた膨張式の「救命いかだ」（Life raft）もある。救命いかだのカプセルはたとえ沈没する船に放置されたままでも4m以上の水深水圧が加われば自動的に離れて水中から浮かび上がり展張するようになっている。
救命ボート内には1人当り3リッター分の飲料水をはじめ、食料や発煙信号器、懐中電灯などいくつかの救命用備品が備えられている。
大型のクルーズ船では100人程度が乗船できるテンダーボートと兼用の小型船を搭載していることが多く、大型船が接近できない場所を観光する際にも使用される。

GMDSS

GMDSS（Global Maritime Distress and Safety System）は海上安全の為の包括的な遭難通信システムの全体構想の名称であり、1999年2月から完全実施が開始された。実際に船に搭載されるのは次に示す E-PIRB、DSC通信装置、インマルサット通信装置、SART という個別の通信装置である

E-PIRB

大型船の露天デッキに備わっている「E-PIRB」（非常用位置指示無線標識装置、Emergency Position Indicate Radio Beacon、イーパブ）は沈没する船に放置されたままでも4m以上の水深水圧が加われば自動的に離れて浮かび上がり、船名や位置情報を含む救難信号を発信するようになっている。
1999年2月1日からは「SOS」で有名だった海上緊急通信としてのモールス信号は公式には廃止され、電子装置が発するデジタル信号を基本とするGMDSSに置き換わっている。E-PIRBもGMDSSを使用している。

DSC通信装置

DSC（デジタル選択呼出：Digital selective calling）通信装置は無線機に付加して特定の無線局との通信チャンネルを自動的に設定する機能である。ボタン一つで遭難信号を送信する機能も備える。

SART

SART（Search and rescue radar transponder）は沈没などの事故時において、捜索航空機のレーダー電波に対して自動的に遭難信号を応答発信する装置であり、沈没前に海上に浮かべておけば救難捜索活動の短縮化に役立つ。

国際VHF

国際VHF（marine VHF band）は入出港時や遭難時などに使用される。総トン数が100トン以上の日本船舶には、DSC付き国際VHFの設置が義務付けられており、その他の日本船舶の設置は任意である。これらを使うには総合無線通信士、海上無線通信士またはレーダー級以外の海上特殊無線技士の資格が必要である。ただし、第三級海上特殊無線技士は5Wをこえるもの及びDSCは操作できない。（無線従事者参照）
総務省は、2008年のイージス艦衝突事故を契機に、国際VHFを船舶共通通信システムと位置づけ、設置義務の無い100トン未満の船舶に対し普及促進するため2009年10月に省令・告示を改正した。

アンカー

アンカー（錨）は比較的浅い沿岸海域などで停泊する場合に、海底に投錨することで船体の移動を抑制する機能を果たす。
特に台風などで強風や波浪の高まりが予想される場合には、大型船は港内での高潮によって岸壁に乗り上げたり係留索の断裂等による事故を避ける為、港から開けた沿岸海域に事前移動後、投錨して危険を避ける事が普通である。
21世紀はじめの近年では、使用しないときには余分な重量となるアンカーは軽量ものを1つだけ搭載する船もあり、いざとなればエンジンをかけて風に対抗することでアンカーの軽量化分を十分補えるとしている。

運動

船舶の運動は地上での自動車での走行とは異なり、いくつか特異な挙動を示す。以下に単胴船での特異な運動例を示す。

旋回

船舶では右旋回を面舵（おもかじ）と呼び、左旋回を取舵（とりかじ）と呼ぶ。例えば、面舵（右旋回）の開始直後の短時間だけいちど船は反対方向の左へ向かう。これは「キック」と呼ばれ、舵によって操向される船独特の挙動である。以下の説明では右旋回での例を示すが、左旋回でも左右が逆になるだけで同じである。
標準的な船舶の舵は、スクリュー直後の位置に取り付けられていて、面舵（右旋回）の時は舵面は右側に突き出される。スクリューによって生み出された水流が舵面の揚力によって右に偏向されるため、船体後部は左方向へ押される。船体後部の左方向への力は船の向きを右へと回転させるように働くが、回転する効果が現れる前に船体後部で生じた左方向への押す力が先に船体を左へと押し流す。これがキックである。キックは喫水の浅い船で強く現れる。
船舶が旋回する時に、舵によって生み出される回転力は実は実際の旋回に発揮される力の一部でしかなく、船体が旋回を始めて船に対する水流方向が斜めになるために生じる船体を押す力も回転力として効果を発揮している。
また旋回時にはまずキックが起きるのと同じ理由で、水面下で舵が左方向へ船体を押すために船は短時間だけ右側へ、つまり回転内向きに傾き（内方傾斜、ないほうけいしゃ）、少し遅れて船が右方向へと曲がりだすと遠心力で船体が左に、つまり回転外向きに傾く（外方傾斜、がいほうけいしゃ）。特に外方傾斜は大きく傾くため、強い旋回を行なえば、客船では快適性が損なわれ貨物船では荷崩れのリスクが高まる。
このように、舵によって船体が左右に傾くことを利用して、船の揺れを抑える減揺装置に利用しようという研究が進められている。

停止

通常の船舶ではブレーキは存在しないため、航走状態から停止するにはエンジンを逆回転するなり、ギヤを逆回転位置にするなり、可変ピッチプロペラ・スクリューを逆ピッチにするなりしてスクリューが生み出す水流を後進方向に変えることでブレーキの働きを行なわせている。
危険回避などでこのような全速後進を行うことを「クラッシュ・アスターン」と呼ぶ。大きな船ではクラッシュ・アスターンでも船の長さの十数倍の距離を進んでしまう。
スクリューが通常とは逆方向の水流を作る時には、舵はほとんど役目を果たさなくなる。
停止のための逆進を行なわずにいれば、大型船ではエンジンを切っても3km程は惰性で進む。

保針性能

船では旋回性能だけでなく直進する性能も重要である。まっすぐ進む性能を「針路安定性能」や「保針性能」と呼ぶ。船は常に波にさらされながら航海する場合がほとんどであり、波は船の針路を少しずつ曲げてゆく。
保針性能が低いと波の影響によって常に針路を修正しなければ正しい航路を維持できず、常に舵によって修正を続けることは操舵装置への負担と共に、抵抗も増えて燃費が悪くなる。
保針性能を測るには船をジグザグに走らせるジグザグ試験（Z試験）によってその反応から判定する。

サイドスラスター

大型船が港に入港する時には小回りが効かないためにタグボートで押したり曳いたりしてもらって接岸することがある。多くの大型船、特に大型客船では「サイドスラスター」と呼ばれる横方向に小さな推進力を備えた船が多い。サイドスラスターは水面下で船体を左右に貫くトンネルとその中で回転する電動スクリューにより構成される。
船首側にあるものは「バウスラスター」、船尾側にあるものは「スターンスラスター」と呼ばれる。
複数のサイドスラスターを持つ船も珍しくなく、大型客船では船首に3つ、船尾に3つ備える船も現れている。航行中に舵の代りに使おうとしても、前後方向の水流にじゃまされてスラスターの横推力が発揮できなくなり、5ノット程度を境に使用されない。推進器の方向が変えられるアジポッドなどを備える船は、それによって自由な操船が行なえるために、普通はサイドスラスターを持たない。

エンジン

大まかに言えばディーゼル・エンジンの出力はシリンダー内の体積に比例するが、低速で航海する船体が受ける抵抗は水と接する表面積に比例する。このため、3乗の出力効率と2乗の抵抗成分によって船の大型化が輸送効率という意味での燃費効率の向上につながる。
船舶用のディーゼル・エンジンは長ストローク化や低回転化、排気タービン過給器やインタークーラーの装備によって大きく燃費が向上した。また、ディーゼル・エンジンで電子制御システムを採用して、燃料噴射と排気弁の制御タイミングを最適化することで、燃費を向上しながらNOx排出量を抑制している。

プロペラ

プロペラは出来るだけ大きなものを1つだけ水中でゆっくりと回すのが効率が良くなる。多軸推進は経済性の面では不利となる。2重反転プロペラは回転エネルギーが効率よく推進力に変換できるので燃費向上には有利となる。

高速化

排水量型船体の高速化は造波抵抗と粘性圧力抵抗の急速な増大化を招き、摩擦抵抗も比例して増大するが、ウェーブ・ピアーサーのような船型によって大きな抵抗の増大が避けられ、高速を生かして1隻で2隻分の働きを行なえるなら人件費や燃料費、船体購入費やメンテナンス費などの総合的なコストを勘案すれば必ずしも割高とは限らないといえる。
ただ、東京⇔小笠原航路に就役予定で東京都が三井造船に求めた高速船「スーパーライナーオガサワラ」号の事例では、14,500総トンの船体で最高速度39knを実現したものの、定員740人で運べる貨物はたった210トンであり、しかも往復で700トン以上の燃料を消費することから、計画は白紙に戻されて完成した船体の使い道がなくなってしまう事態となった。
このように、高速船を長距離航路で運用することはコスト的に引き合わない可能性が高い。

造船工程

造船は海や湖、河に面した造船所によって行なわれる。